供热机组发电调度的研究及应用

张宇1，刘卫平1，鄂志君2，王伟臣2，徐元孚2，沙威1，甘智勇1，张利1王建1

（1．天津市电力公司电力科学研究院天津市 300384；2．天津市电力公司调度控制中心天津市 300010）

供热机组发电调度的研究及应用

张宇1，刘卫平1，鄂志君2，王伟臣2，徐元孚2，沙威1，甘智勇1，张利1王建1

（1．天津市电力公司电力科学研究院天津市 300384；2．天津市电力公司调度控制中心天津市 300010）

天津市电力公司建立“天津电网供热机组调峰能力在线监测与辅助决策系统”。本文结合该系统的研究建设，分别对系统建设、数据实时监测、电负荷调峰区间实时计算、次日电负荷可调区间计算等核心内容进行论述，并对系统在首个采暖投运期的应用情况进行分析。

供热机组；节能发电调度；以热定电；节能减排；调峰能力；次日负荷区间预测

1 引言

天津市电力公司于2009年10月负责独立调度天津电网220 kV电厂以及对外联络线调度，按照《国务院办公厅关于转发发展改革委等部门节能发电调度办法（试行）的通知》（国办发[2007]53号）的要求，切实落实供热机组“以热定电”政策，对供热机组必须安装并实时运行热负荷实时监测装置，并与电力调度机构联网，实现实时动态监管。

到2010年天津电网4大主力调峰电厂，合计14台主力调峰机组，均为供热机组，总共装机容量4000MW，占天津电网总装机容量的58%。正在筹建的新增机组也全部为供热机组，供热机组容量比重在不断地增加。在冬季供热期间以热定电的情况下，调峰能力就随之下降。因此，对于供热机组调峰能力的研究更加重要，建立“天津电网供热机组调峰能力在线监测与辅助决策系统”，为进一步掌握和挖掘冬季供热期供热机组调峰能力，切实落实供热机组“以热定电”政策，同时为我国在部分网省公司实现“节能发电调度”奠定基础有着重要意义。通过调度综合业务信息网将电厂数据传回到天津市电力公司内网，在电力公司ATM网内设置通讯服务器用来接收数据存至数据库服务器，通讯服务器前置硬件防火墙，计算服务器通过模型计算后，通过Web发布服务器将关键参数进行内网发布。

系统通过实时监测、调度支持、热数据监测、统计报表、公告信息、系统管理等6个主模块，分别提供供热机组实时数据、电负荷调整区间、次日负荷预测区间、供热指标计算、统计报表等主要信息。

图1 系统总监控界面

2 系统建设方案

“天津电网供热机组调峰能力在线监测与辅助决策系统”是一套基于Web结构、实时通讯的在线监控系统。系统

图2 系统功能结构图

3 调峰能力在线计算

对于供热机组的发电调度，供热机组调峰能力在线计算是其核心部分，包括供热机组数据实时监测和电负荷调峰区间实时监测两部分主要内容。

3.1 供热数据实时监测

供热数据实时传输是实现供热数据实时监测以及实现供热机组发电调度的基础。考虑到节能、安全、可靠的建设原则，系统利用数据专网进行集中式数据传输管理。通过调度综合业务信息网将数据传回到公司内网，最终通过Web发布服务器将重点参数进行内网发布。

系统对所有供热数据进行区分，通过实时供热工况图、实时数据列表、统计报表等不同方式进行界面展示。其中实时供热工况图做为系统展示中心内容，分别对不同机组进行主要供热生产流程展示，提出影响机组出力和安全的关键参数的可调整控制范围，并加入机组最小进汽量限制线和机组最低负荷限制线。

图3 系统工况信息图界面

3.2 电负荷调峰区间实时监测

供热机组发电调度中电负荷调峰区间实时监测以及热电比、节能比等主要监测数据取自供热机组热力曲线数学模型的计算结果，系统计算服务器通过集中式数据传输管理接收来自不同电厂的供热实时数据，按照数学模型进行计算，并将计算经过通过不同模块进行展示。

虽然不同类型的供热机组热电制约关系差别较大，但是基于机组生产流程和热电关系的共性，并且天津电网14台主力调峰供热机组中，10台为300MW等级亚临界机组，其余4台为200MW改造机组，为构建通用数学模型带来了便利条件。同时为了保证数学模型的科学性，项目组对不同机组进行了供热机组调峰能力试验，通过试验真实数据对理论数学模型的等效热降值进行系数修正，得出不同机组真实准确的热力曲线数学模型。

热力曲线数学模型是利用等效热降法，通过改变新蒸汽的参数，来确定机组的供电负荷。由方程式可以看出，供热机组在冬季供热工况，确保供热负荷的条件下，即保证采暖抽汽流量GCN一定，通过改变主蒸汽流量G0，即可获得机组可调负荷区间。

式中：N—机组发电功率，kW；

G0—机组主蒸汽流量，kg/h；

H0—机组纯凝工况下，1kg新蒸汽的实际做功，即等效热降，kJ/kg；

GCN—机组采暖抽汽流量，kg/h；

HCN—机组采暖工况下，1kg采暖抽汽的实际做功，即等效热降，kJ/kg。

图4 实时供热曲线界面

4 次日电负荷可调区间计算

机组次日发电计划做为电网调度一项主要工作，冬季采暖期为调度计划部门提供准确的供热机组次日电负荷可调区间预测也是本系统的另外一项重要功能。系统能够根据电厂客户端提供的24点供热曲线以及天气预报计算出次日机组96点热负荷曲线，从而纳入供热机组次日计划安排，提高调度部门对供热机组次日处理计划安排的科学性。

图5 出力计划界面

在采暖供热期间，采暖抽汽流量随热网用户需热量的变化而改变，而热网用户的吸热量又与热网循环水供水温度和室外环境温度直接相关，因此我们可以建立热网循环水供水温度以及室外环境温度与采暖抽汽流量之间的数学模型，在确定了次日的室外环境温度曲线与热网循环水供水温度曲线的情况下，即可估算出次日的采暖抽汽流量曲线，然后根据供热机组热力曲线调峰能力数学模型计算得到第二天各个时段的采暖供热机组负荷区间。

式中：—单位面积供暖热负荷，kW/(m2·℃)；

S—采暖供热面积，m2；

—采暖抽汽焓值，kJ/kg；

—热网加热器疏水焓值，kJ/kg；

—热网加热器效率，一般取0.99。

5 应用效果

“天津电网供热机组调峰能力在线监测与辅助决策系统”于2010年10月15日正式运行。以系统正式运行的首个采暖期（2010-2011年）为例，对系统的应用效果进行分析。

5.1 调峰能力数字化，提高电网稳定运行，确保网间能源资源优化配置

通过系统的建设科学准确的确定了供热机组在2010年-2011年供暖期内平均电负荷可调峰总量为-443MW～+279MW，确定了在以热定电前提下供热机组准确、详实的调峰区间，实现了供热机组供热期调峰能力的数字化，从而进一步保证天津电网安全稳定运行；同时加深了天津电网调峰能力，确保天津电网与华北电网间的能源资源优化配置，加大了冬季采暖期吸纳高效机组和风电等清洁能源的容量空间，为构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系提供技术支持。

5.2 节能减排，充分发挥高效、清洁机组能源利用率

通过系统的实施，2010-2011年供热期相比2009-2010年供热期，共压缩电量9.3586亿kw.h。这部分电量完全从外网购买，则在整个2010-2011年度供暖期内天津地区可减少CO2排放82.9万吨，粉尘排放量减少470.6吨；这部分压缩电量全部交由高效纯凝机组发电，则可节约标煤16845吨，即可为国家节约资金1347.6万元。即充分发挥高效机组和清洁能源的能源利用率，同时降低整体电网能耗水平，减少天津地区污染物排放，达到节能降耗的目的。

5.3 有效控制联络线，达到考核指标

通过系统的实施，2010年-2011年供热期联络线考核A1点数为9、A2点数为56，无考核电量，相比2009年-2010年供热期给公司带来直接经济效益45.46万元。

6 结论

通过对热电数据实时传输及监测、数据实时工况图、电负荷调峰区间实时计算、次日电负荷可调区间计算等重要问题的研究，并成功应用于“天津电网供热机组调峰能力在线监测与辅助决策系统”，为进一步掌握和挖掘冬季供热期供热机组调峰能力，切实落实供热机组“以热定电”政策，节约能源，减少环境污染，促进能源和电力结构调整，充分发挥电网调度在能源结构调整中的调度平台作用，确保电力系统安全稳定高效运行实现电力工业的可持续发展,同时为我国在部分网省公司实现“节能发电调度”奠定基础有着重要意义。

【1】发电企业节能降耗技术，中国电力出版社，2010

【2】“天津电网供热机组调峰能力在线监测与辅助决策系统”工作报告、技术报告，天津市电力公司，2011

【3】天津地区主要供热机组供热调峰能力试验报告QC20110038，天津市电力科学研究院，2011