上汽超超临界汽轮机灵活性运行策略研究-北极星火力发电网

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摘要：随着新型清洁能源的推广应用和调峰竞价上网的发展趋势，开发汽轮机蓄能，提高机组灵活性运行成为火电机组发展的必由之路。以上汽超超临界机组为例，结合具体试验数据，介绍了火电机组灵活性运行切实可行的策略应用，并展望了火电机组灵活性运行未来的发展方向，并对各具体策略进行了优劣和可行性分析。

(来源：微信公众号“清洁高效燃煤发电” 作者：秦攀)

关键词：灵活性运行;超超临界;快速调频; 深度调峰

0前言

现代科学技术暂时还不能解决大容量电能的经济性存储问题，电网中发供电设备的出力必须时刻与变动着的用电负荷保持动态平衡。随着国民经济的不断发展和用电结构的变化，电力系统面临电网峰谷差偏大，调峰能力不足的矛盾;另一方面，光电、风电等新型清洁能源的大量投用，大规模间歇性能源的并网发电，剧了电网的波动性，因此电网对火电机组参与调峰甚至是深度调峰提出了更高的要求。机组灵活性运行就是利用先进的控制技术，实现火电机组快速、深度调峰的稳定运行。提高机组灵活性运行水平正成为火电机组适应当前电力市场的金钥匙。

近几年来，以上汽-西门子联合设计，开发制造的1000MW/660MW汽轮机为代表的超超临界汽轮机在国内获得了日益广泛的应用，该类型汽轮机良好的经济性能代表了当今先进的汽轮机发展水平。但是超超临界机组均配置直流炉，蓄热能力小，一般亚临界汽包锅炉的蓄热能力比直流锅炉要大2～ 3倍，而且上汽超超临界机组高压调节汽门全开的运行方式，更使得锅炉侧有限的蓄能无法快速转化为发电负荷，降低了机组灵活性运行能力，减弱了机组AGC响应水平。目前许多科研院所、发电集团都在改进此类型汽轮机的控制方式以寻求新的调节手段，以增进该机型灵活性运行水平。

1、灵活性运行的策略研究

上汽厂超超临界汽轮机代表了当今先进技术水平的“HMN”型(高压单流H型积木块，中压双流M型积木块，低压双流N型积木块)汽轮机。摒弃了美、日等双流调节级的设计理念，采用全周进汽，圆筒形单流高压缸设计，效率较高。随着对该类型汽轮机探索的不断深入，灵活性策略也一步步从理论研究走向实际应用，目前主要有以下几种技术方案有了比较成功有效的应用实例。

1.1 高压调阀的节流应用

对汽机侧灵活性应用，最快速有效的方法就是通过高压调阀节流调节，释放存储在机组内的蓄能，实现机组灵活性应用。但是这与上汽超超临界汽轮机的设计初衷相背离。其最初设计理念是：在30%--100%负荷范围内，采用滑压运行方式，调节阀全开，尽量减少节流损失，以带基本负荷为主。要使机组具有调节功能，全周进汽必须使用节流调节，而这势必引起经济性的下降。据西门子资料介绍，5%的全周节流会使机组热耗率增加12—20kJ/kwh。即主汽调阀节流虽然是最直接有效的方法，但该方式要以牺牲机组经济性为代价。

研究某1000MW机组高压调节阀开度和机组一次调频能力发现，为满足机组具备6%额定负荷的一次调频能力，在额定参数下，调节阀的开度需要小于31.5%才能够确保机组具有6%额定负荷的调频能力。

为提高该机型汽轮机日常运行效率，主汽滑压参数优化调整后，高压调阀的目标开度在45%左右。在调节阀开度31.5%、45%下的一次调频能力比较如下图所示，随着调门开度增大，机组一次调频能力明显下降。

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