承擔采暖負荷的背壓機組電力調峰優(yōu)化運行

摘要：本文將采暖建筑物、熱網(wǎng)、熱電廠(chǎng)及電網(wǎng)作為一個(gè)整體系統，利用供熱系統熱慣性大的特點(diǎn)，建立背壓機組組成的熱電廠(chǎng)參與電力調峰的優(yōu)化運行模型。最后，舉例給出一個(gè)采暖季背壓機組供熱和發(fā)電量的優(yōu)化分配方案。 關(guān)鍵詞：背壓機組 熱慣性 優(yōu)化運行 符號說(shuō)明 B ---- 煤耗量 噸/小時(shí) Z---- 目標函數值 C ---- 電能價(jià)值當量 元/kw.ha、b、g、q、w、j、a、b--- 公式系數 Ｃ；---- 定壓熱容 KJ/°C 下標 G ---- 熱網(wǎng)水流量 噸/小時(shí)g --- 供水 I ---- 階數或采暖期一天的時(shí)段數h---- 回水 J ---- 階數或目標函數選取的天數n ---- 室內 t ---- 溫度 °Cw ---- 室外 p ---- 發(fā)電功率 千瓦t ---- 當前時(shí)段 q---- 供熱流量 吉焦/小時(shí)max ----最大 DT ---- 時(shí)段長(cháng)度 小時(shí)min ---- 最小 q ---- 供熱流量 吉焦/小時(shí)其它 V ---- 燃料的價(jià)格 元/噸(k)--- 第k時(shí)段 一．前言 熱電廠(chǎng)在電力系統中占有舉足輕重的地位。到1997年底，我國單機6000千瓦以上的供熱機組總容量已達2197.1萬(wàn)千瓦，占同容量火電裝機容量的12.12%[1]，而北方熱電聯(lián)產(chǎn)的熱負荷大部分用于冬季采暖。這種熱電廠(chǎng)的運行方式主要是以熱定電，其發(fā)電在電網(wǎng)中主要承擔基荷，其不同時(shí)間發(fā)電量的多少受供熱量的影響。在傳統的熱網(wǎng)供熱運行中，供熱量在一天內一般不做大的調整，因而造成供熱機組不能實(shí)現最優(yōu)的電力調峰運行。 如果在不影響供熱采暖效果的同時(shí)，改變一天之中不同時(shí)段的熱網(wǎng)供熱量，會(huì )使熱電廠(chǎng)參與電力調峰的優(yōu)化運行成為可能，從而會(huì )減少電網(wǎng)中其他調峰電站的高額投資，提高電力負荷低谷期電網(wǎng)系統的發(fā)電效率，進(jìn)而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。 文獻[3]針對熱網(wǎng)和采暖建筑物熱慣性大的特點(diǎn)，對供熱系統的熱力工況進(jìn)行了定量分析，并對以抽凝機組為例，研究了承擔采暖負荷的熱電廠(chǎng)參與電力調峰優(yōu)化運行方式。本文將研究背壓機組的電力調峰優(yōu)化運行問(wèn)題。 二．供熱系統熱力工況分析 目前集中供熱系統熱力工況調節大都是從穩態(tài)出發(fā)，根據當天的室外溫度，給出當天的日平均供、回水溫度來(lái)指導運行。這種靜態(tài)調節方法無(wú)法反映熱網(wǎng)和建筑物的動(dòng)態(tài)特性，一天中熱網(wǎng)的供熱負荷很少變化，使得熱電廠(chǎng)背壓機組的發(fā)電功率在一天之中變化幅度很小。這是承擔采暖負荷的背壓供熱機組無(wú)法參與電力調峰的主要原因。 事實(shí)上，一天中某一時(shí)段供熱量的改變對室溫的影響并不顯著(zhù)。熱網(wǎng)實(shí)時(shí)運行數據表明，隨著(zhù)室外溫度的下降，熱網(wǎng)供熱量并不立刻隨之升高，外溫升高時(shí)供熱量也不立刻隨之下降。如果利用這種特性，通過(guò)動(dòng)態(tài)方法獲得小時(shí)級而不是以天為單位的采暖建筑物室溫與熱網(wǎng)供熱量、外溫之間的關(guān)系， 則在室溫被控制在允許的范圍內前提下，可以改變一天之中不同時(shí)段的熱網(wǎng)供熱量，從而使熱電廠(chǎng)參與電力調峰成為可能。 對于一個(gè)以質(zhì)調節方式運行的熱網(wǎng)供熱系統，從系統辯識的角度看，其輸入參數為熱網(wǎng)供水溫度tg和室外溫度tw，輸出參數為熱網(wǎng)回水溫度th和建筑物室溫tn，現以AMRA時(shí)間序列模型表示輸出參數與輸入參數之間的關(guān)系：

以上兩式中各項系數及階次I、J取決于供熱系統的特性，可由實(shí)際熱網(wǎng)運行數據確定?，F以沈陽(yáng)某熱網(wǎng)一采暖期逐時(shí)運行數據為基礎利用公式（1a）、公式（1b）確定該熱網(wǎng)輸入輸出參數之間的定量關(guān)系。選取時(shí)間長(cháng)度4小時(shí)為一個(gè)時(shí)段，對進(jìn)行預處理，并采用最小二乘法由實(shí)際運行數據獲得公式（2a）、公式（2b）的各項系數[3]，見(jiàn)表1。 公式（1b）中系數j1、w1遠小于系數q1，說(shuō)明瞬時(shí)熱網(wǎng)供水溫度對室溫的作用并不十分顯著(zhù)，采暖建筑物室溫主要取決于前一時(shí)段的室溫。這反映出，某時(shí)段采暖建筑物室溫是過(guò)去多個(gè)時(shí)段熱網(wǎng)供熱量共同作用的結果。因此，可以改變過(guò)去各時(shí)段供熱負荷的比例，而不影響當前時(shí)段建筑物的采暖效果。這就為在不影響采暖效果的前提下調整熱電廠(chǎng)不同時(shí)段的熱負荷，進(jìn)而優(yōu)化供熱機組的運行方式、參與電力系統的調峰創(chuàng )造了條件。 三．熱電廠(chǎng)的調峰優(yōu)化運行 熱電廠(chǎng)的運行，首先要保證用戶(hù)對熱負荷的需要。對于承擔采暖熱負荷的熱電廠(chǎng)，應保證采暖建筑物室溫在允許的范圍內。由本文第二部分對熱網(wǎng)系統供熱工況的分析可知，在不影響采暖效果的前提下，熱電廠(chǎng)的供熱負荷分配在一天中是可以改變的。熱電廠(chǎng)在不同時(shí)段該如何發(fā)電和供熱才是最優(yōu)運行方式？當然，目前許多熱電廠(chǎng)發(fā)電量的多少受電力部門(mén)統一調度，不能任意多發(fā)。但是，如果將電力系統、熱電廠(chǎng)和供熱系統作為一整體研究，必然有一個(gè)最優(yōu)的熱電廠(chǎng)運行方式。 1．分時(shí)電價(jià) 如果僅研究某個(gè)熱電廠(chǎng)的運行，那么將該熱電廠(chǎng)與電力系統的其他電站統一進(jìn)行運行規劃的研究方法是不合適的，因為某一熱電廠(chǎng)發(fā)電量在電網(wǎng)中的比例是很微小的。因此，需要有一聯(lián)系熱電廠(chǎng)和電網(wǎng)的紐帶，作為衡量熱電廠(chǎng)不同時(shí)間發(fā)電量對包括熱電廠(chǎng)在內的整個(gè)電力系統貢獻大小的尺度。本文采用文獻[4]所提出的基于電能價(jià)值當量理論的分時(shí)電價(jià)作為這一尺度。 電能價(jià)值當量理論給出了小時(shí)級的單位電能生產(chǎn)和消費的價(jià)值，即小時(shí)級的分時(shí)電價(jià)。電力負荷高峰期和低谷期電能的分時(shí)電價(jià)不同，因而可衡量熱電廠(chǎng)不同時(shí)段發(fā)電量的價(jià)值，指導熱電廠(chǎng)的調峰運行。將小時(shí)級分時(shí)電價(jià)平均折算至各時(shí)段(4小時(shí))中，某電網(wǎng)典型日各時(shí)段分時(shí)電價(jià)分布見(jiàn)表2，作為本文計算的依據。