采用蓄热技术扩大供热机组调峰裕度的研究

王 凯，田昊明，贾 静

(1.华北电力科学研究院有限责任公司，北京100045;2.大唐国际发电股份有限公司下花园发电厂，河北 张家口075300;3.哈尔滨动力设备股份有限公司，黑龙江 哈尔滨150040)

当今电力发展中心已经从传统的火电、核电转向了洁净的新能源发电。风电是当今认可范围最广的新能源、清洁能源。风力发电已经在国内大范围建设［1－4］。不过，大量的风电接入电网对电网的调峰能力提出了挑战［5－6］。

最近，各大电网几乎已经将调解能力提升到很高的程度，仅仅依靠传统的降低常规电厂负荷的调解方式已经不能满足不断增加的风电电量的需求。这就要求我们寻求更多的风电接纳思路，从2010年开始，国家电网已经开始风能光能储存项目研究，就是通过蓄电池将风能光能储存起来，规避新能源直接接入电网所引起的瞬间波动［7－8］。从常规调峰方式来看，冬季供热机组调峰方式单一，仅局限于较低负荷范围内参与电网调峰，各大电网几乎已经将调解能力提升到很高的程度，仅仅依靠传统的降低常规电厂负荷的调节方式已经不能满足不断增加的风电电量的需求，供热机组在冬季基本参与不了调峰。

1 蓄热技术参与供热

蓄热技术早期应用在热力集团采暖蓄热。采暖蓄热是指采用电锅炉和蓄热水箱(如图1所示)或水池，在电网低谷时进行蓄热作业，而在采暖负荷高峰时，将所蓄的热量释放的技术。一般分全负荷蓄热及部分负荷蓄热两大类。蓄热系统可以采取蓄热、释热供热、蓄热加释热供热等多种方式的组合。全负荷蓄热就是总热负荷全部由蓄热装置提供，仅靠蓄热水箱向用户供热［9］。部分负荷蓄热是指设计总热负荷的30%～70%由蓄热装置提供，蓄热装置和电锅炉联合运行。部分负荷蓄热方式因为初投资较低得到广泛应用。目前，国外已经有成功利用大型蓄热器进行供热调节的先例。图2中的热源为国外联合循环热电厂，供热抽汽通过抽凝式汽轮机提供，热负荷800 MW，配备2个大型蓄热器容量20 000 m3。正常运行时，热电厂的热网水通过热网水管供给热用户，热网回水再通过热网回水管回到热电厂。该电厂基本参数其目的主要是从简化运行操作，节约能源角度出发，通过在热负荷需求低的情况下进行错峰蓄热，缓解供热能力不足。原理主要是增加一套蓄热装置(如图3)，在热负荷较低的时候由机组向蓄热器进行蓄热，热负荷较高的时候蓄热器可以放热给热用户，避免机组供热波动，同时增加供热裕度。

图1 大容量蓄热器内部原理

图2 蓄热装置在热电厂的应用

图3 间接蓄热工作原理图

国内大容量蓄热技术利用正处于起步阶段，小容量的蓄热器在热电冷联产中有过一些应用［10］。也有利用蓄热器进行空调系统冷凝热回收［11］。

以北京为例，北京市城六区集中供热面积(包括居民和公建)2011年已达1.7亿m2，并逐年增长。采暖、生活热水为主要用热负荷。供热关系到国计民生，在供热季供热机组最优先保障的是热负荷。热电厂作为集中供热的主热源为热网供热，在电厂设置蓄热器将为电厂的经济运行以及电网的调峰调度提供一项灵活的手段和措施。

2 利用蓄热技术改变热电厂参与调峰方式

冬季是供热的重要季节，也是风力发电的高峰。这就给电网调峰带来了困难，即:供热机组几乎不能参与调峰，电网调峰裕度低;风力发电量大必然带来更大的调峰需求，这正是目前各大电网急需解决的关键问题。各电网目前广泛应用的方式是增加调节裕度大的抽水蓄能机组以及调节速度快的燃气机组。

供热机组在纯凝工况可以进行深度调峰，以300 MW机组为例(表1)，在纯凝工况可以至少50%调峰，即可以有150 MW的容量参与调峰。然而在最大供热状态下，为了保证供热抽汽量，负荷变化范围明显缩小。通过300 MW机组相关参数可以看出450 t/h抽气量时能够调节量为15 MW，500 t/h抽气量时不能调节。

表1 某发电公司机组热点关系数据

通过对热电厂供热以及电网调峰情况的长期了解，可以发现蓄热技术完全可以利用在转变热电厂运行方式中，扩大热电厂冬季调峰裕度。但是，前提是电网及供热集团对于发电集团新增蓄热装置的相应补偿。机组进行深度调峰时，可以参与调峰的总负荷量大，接纳新能源(风电、光电)入网的能力强。可见，机组深度调峰对新能源接入电网的重要意义。

针对上述问题，本文提出新的蓄热利用调峰方法(图3中所示)。通过在供热高峰来临之前进行必要的供热蓄热，当供热高峰来临的时候机组完全不供热，由蓄热装置进行放热，而机组进行纯凝工况调峰。本方式增加了供热季火电机组参与电网调峰的总负荷量，能够使电网尽可能多的接纳新能源入网，并且避免了供热火电机组在参与调峰过程中，降低负荷带来的机组安全以及寿命的影响。

3 结论

综上所述，蓄热技术在增大电网新能源接纳能力方面的应用价值巨大。该技术在热电厂的应用既可以满足供热需求，还能保证电网大规模接纳新能源的调峰。在电网公司、供热集团以及发电集团的多方协调下，利用蓄热技术转变热电机组供热模式的新方法必将得到广泛推广及应用。

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