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国家电网:调度运行创新挤出消纳“海绵空间

作者:赵冉 来源:中国电力报 时间:2019-03-12 浏览:

讯:2月24日,共有3台30万千瓦火力发电机组、共计90万千瓦容量的兰州铝业有限公司自备电厂(以下简称“兰铝电厂”)单台机组运行,出力14万千瓦。此时,它正扮演着电网“蓄电池”的角色,正式名称叫“虚拟储能”。

2018年国家电网有限公司持续提升电网平衡调节能力,挖掘火电调峰潜力,推广调峰辅助服务市场试点,探索开展需求侧响应;同时,积极实施全网统一调度,加强省间电网调峰互济,完善区域和跨区旋转备用共享机制,通过各种调度创新手段为新能源消纳挤出了 “海绵空间”。虚拟储能正是西北电网调峰辅助服务市场创新的手段。

深度调峰虚拟储能挖掘火电潜力

兰铝电厂曾经过着自给自足的“小日子”。每年43万吨的电解铝和23万吨的预焙阳极炭块综合生产能力,配上3台30万千瓦的火电装机,刚好满足每年60亿千瓦时的自发自用电量。但是在全国绿色发展的形势下,兰铝电厂逐渐走上了“绿色电解铝”的发展道路。

兰铝电厂是全国首个虚拟储能试点电厂。虚拟储能是2018年西北电网首创的跨省调峰辅助服务市场的一个交易品种,指在不新增储能设施的情况下,利用网内自备企业、直流配套电源等独立控制区的调节能力,为新能源提供存取服务。“新能源的生产是不稳定的,但整个大电网的供用要保持实时平衡,我们就好像电网的蓄电池,电网根据需要实时从我们这里调取不同的电量。”兰州铝业有限公司总经理助理徐薇向记者介绍。

西北电网共有自备电厂155座,总装机3817万千瓦,占西北发电总装机的29.53%,全网自备电厂实际运行最大功率约为400万千瓦。经初步测算,若自备电厂参与虚拟储能,可释放900万千瓦调峰能力,相当于建设百万千瓦级抽水蓄能电站9座。以兰铝电厂为例,通过压减自备电厂出力,用新能源发电量进行置换,截至2018年底,兰铝电厂共计消纳新能源发电量64.43亿千瓦时。

为更好地开展新能源替代,兰铝电厂在国网甘肃省电力公司 (以下简称 “甘肃电力”)的指导下对机组进行了灵活性改造,增强电网调峰能力和运行灵活性。“在两台机组压停的情况下,单台机组最大可深调至12万千瓦。去年12月我们两次深调至12万千瓦,分别运行了6~8小时。目前14万千瓦深调已是常态。”兰铝电厂厂长武玉钢说。

2018年4月1日,甘肃电力辅助服务市场正式启动运营。甘肃电力调度控制中心调控处处长伏岁林说,通过市场化激励手段,火电机组启动深度调峰意愿增加,全网增加调峰电力134.3万千瓦。火电机组推进灵活性改造积极性增加,预计2019年完成8家电厂灵活性改造,将再增加调峰能力65.8万千瓦,可有效缓解冬季供热期间电网调峰与新能源消纳的矛盾。

国家电投河南电力有限公司开封发电分公司(以下简称“开封火电厂”)2号汽轮机灵活性深度供热改造于2018年底完成,是全国首例60万千瓦机组深度供热改造。这台60万千瓦机组按照设计工况,最低可深调至17万千瓦。

“改造技术就是在中低压缸导汽管上安装严密性好的关断阀门,在机组运行中关闭导汽管上阀门,低压缸不进汽,中压缸排汽基本上全部对外供热。实现了在不设置离合器或不换转子的情况下,切除低压缸(低压缸零出力)运行,实现了机组抽凝运行和背压运行的自动切换,具有较大的调峰能力和可实现供热能力最大化。两台机组通过深度供热改造后新增最大热负荷897.2兆瓦折合供热供汽量1261.7吨/小时。”开封火电厂副总工程师丁民介绍说。

目前,国网河南省电力公司(以下简称“河南电力”)已促请政府推动完成供热机组灵活性改造150万千瓦,提升电网调峰能力30万千瓦,预计到2020年共计完成500万千瓦供热机组灵活性改造。

旋转备用共享提供省间强大后援

处于京津冀大气污染防治通道上的河南省近年来为解决煤炭散烧问题,对火电机组大量进行了供热改造。目前全省共有供热机组78台,供热容量2700万千瓦,装机容量占统调火电机组装机容量的52.7%。

“实际运行的时候火电机组占比更高,因为供热机组‘以热定电’要保持一定的负荷,低负荷比常规火电机组高,电网负荷高时顶峰能力又不足,因此,在供热季,河南电网的调峰形势更严峻了。”河南电力调度控制中心副主任镐俊杰向记者介绍说,河南电力开发建设了供热在线监测系统,根据供热流量实时监视供热机组电负荷下限,严格按照“以热定电”的原则调整供热机组发电。

“我们公司自主开发的供热在线监测系统,可对全省所有供热机组的供热流量进行实时采集,在实时运行监测中督促相关电厂达到调峰能力,对达不到‘以热定电’要求的机组进行考核。”河南电力调度控制中心计划处处长张树森表示,在供热期不知道机组实际供热量的情况下,有些机组会借供热的名义超发电量。有了供热在线监测系统,就可以把调峰空间充分利用。

据介绍,在西北地区新能源大发期间,河南本地火电机组采取小开机方式,在用电晚高峰时光伏负荷下去了,而风电负荷还没有上来,电网顶峰能力有限,这时跨省备用共享机制就发挥了巨大作用。2018年,国家电网完善区域和跨区旋转备用共享机制,将新能源发电出力纳入电力电量平衡研究,打破分省备用模式,充分利用跨省调节资源及各区域电网负荷特性差异,建立跨区备用共享机制。河南省就是依靠湖南、江西等兄弟省份提供备用来保障晚高峰期间河南电网的安全稳定运行。

甘肃电力也向记者表达了跨省备用共享机制对新能源消纳的重要性。“甘肃省新能源占比这么高,要计算火电最小开机方式来保障电网的安全稳定运行。晚高峰如果火电出力开太大,会影响新能源的消纳空间,所以我们通常留有一定的缺口给新能源,然后依托跨省旋转备用共享机制,利用青海的水电、新疆的火电来给甘肃省调峰。”甘肃电力调度控制中心计划处副处长杨春祥说。

用经济手段充分调动市场主动性

2017年底,河南能源监管办印发《河南电网并网发电厂调峰辅助服务的补充规定(试行)》,2018年3月1日起执行。调峰能力低、不参加调峰或反调峰的单元向调峰能力强且参与调峰的单元提供相应的补偿。非供热期,当天低谷时段最低系统负荷率小于或等于0.55时,启动运行机组调峰辅助服务考核,而在供热期间则需当天低谷时段最低系统负荷率小于或等于0.6时方可。

河南省常规火电机组是按照50%的开机方式调峰的,这是新能源发展形势下火电机组的普遍状态,但这对火电装机比重高的河南来说显然是不够的。

“对于火电机组调峰,国家有补偿措施,全国基础的条款差不多,但从实际情况看,按照这个标准调峰补偿和考核的量并不大,不能对火电企业形成真正意义上的刺激。”张树森介绍说,“河南电力促请能源监管部门对‘两个细则’(《发电厂辅助服务管理实施细则》《发电厂并网运行管理实施细则》)部分条款进行了修订,进一步完善调峰考核补偿机制,冬季调峰困难时段,根据河南电网负荷水平自动启动燃煤机组负荷率考核,负荷率较高的机组对负荷率低的机组进行经济补偿,利用经济手段推动燃煤机组加快技术改造,提升调峰深度。”

“两个细则”规定,常规燃煤机组和热电联产机组在非供热期必须调峰,基本调峰标准为其额定容量的50%,对发电机组超过基本调峰范围进行深度调峰的服务进行补偿,对超过50%负荷机组进行考核,而负荷率考核与基本负荷考核有很大不同。

“基于平均数考核的量是比基于基本负荷考核量大很多。我们测算,一个月全网考核资金可达几千万元的规模,落实于某一个电厂金额也不小,调峰力度还是相当大的。”张树森说。

甘肃省也在50%基本负荷考核的基础上进行了大胆尝试。在50%以下另设两档:机组负荷40%~50%时,补偿最高上线是0.4元;机组负荷40%以下时,补偿最高上线是1元。各电厂竞价申报,调控中心优先调用报价低的机组深度调峰。“自去年甘肃省实施了调峰辅助服务市场以来,新能源增发电量4亿千瓦时。”庞伟介绍说。

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