天津市主力热电联产机组热电解耦改造分析

王 坤 彭 晟 张应田 王梓越

(1国网天津市电力公司电力科学研究院 天津 300384 2国网天津市电力公司 天津 300010 3天津市电力科技发展有限公司 天津 300384)

引言

近年来，由于国家一系列政策的大力支持下，我国新能源发电发展十分迅速。因此，天津地区的新能源装机容量也增长迅速。据统计，截至2017年6月底，天津电网所辖区域内共有4座风电场并网运行，共计186台风机，装机容量共计285.5MW；共有31座光伏电站并网运行，装机容量共计576.3MW，共占火电机组装机容量比重为10.3%。

然而，由于新能源发电受环境因素影响，发电不稳定，又装机比例逐年增高，降低了电网系统的调峰容量比，造成可再生能源发电消纳困难，尤其是在供热期，由于热电联产机组受到“以热定电”的限制，天津地区冬季热-电矛盾十分突出。因此，推动天津电力行业健康发展，提高热电联产机组调峰能力刻不容缓。2016年11月，国家发展改革委和国家能源局发布“电力发展“十三五”规划”，其中指出将全面推动煤电机组热电解耦改造。为顺应发展需求，天津地区主力热电联产机组正在积极进行热电解耦改造。

1 主要热电解耦改造技术分析

针对热电联产机组的热电解耦改造技术，目前主流的改造方法有5种，分别是：储热供热、电蓄热供热、汽轮机旁路供热、切低压缸供热以及吸收式热泵供热，其具体分析如下：

（1）储热供热。其改造方法为给热电联产机组加装大型储热设施来解耦“以热定电”的约束。其具体运行机理为：在电负荷低谷时间段，机组进行高负荷运行并储存热量到储热罐中；而在电负荷尖峰时段，机组进行低负荷运行并把储存的热量进行供热，在一定程度上达到热电解耦的目的。由于大部分热电厂都没有建造储热设施，该改造方法的初期成本较高，改造后由于未对汽轮机组本身进行改造，且技术比较成熟，运行成本不高。然而，由于这种热能先储存再供给的方式会有一定的热量损失，造成经济效益的降低。

（2）电蓄热供热。该改造方法是给热电联产机组加装电蓄热锅炉，具体运行原理为：在电负荷低谷时间段，除了汽机抽汽供热之外，热负荷缺口由电蓄热锅炉将电能转换成热能直接供热；在电负荷尖峰时段，热负荷全部由汽机抽汽供热。同样，这种改造方法初始投资较高，且直接将高品位的电能转化为低品位的热能，造成机组能效降低。

（3）汽轮机旁路供热。这种改造方法是对汽轮机主蒸汽管道进行旁路改造，运行原理为：在供热高峰时段，直接将主蒸汽进行减温减压进行供热。该方法初始投资较低，改造方便，但是减温减压降低了蒸汽参数，损失了蒸汽有效高位热能，造成机组能效降低。

（4）切低压缸供热。这种改造方法是将原本进入低压缸的蒸汽用于供热，并保证机组安全稳定运行。该方法改造简单，投资较少，且具有一定的经济效益。但是在机组抽凝和且低压缸供热切换复杂，且低压缸零出力运行过程中，电负荷受热负荷控制，无法快速响应电负荷。

（5）吸收式热泵供热。此改造方法是在机组实际运行条件的基础上，将传统的“热网加热器供热方案”通过升级改造为“热网加热器供热+热泵联合供热方案”。具体原理为：以电厂采暖抽汽为热泵驱动热源，将电厂循环冷却水余热引接至热泵进行余热回收，驱动汽源凝结水及提取余热后的余热载体返回至电厂主机系统；热网回水依次进入热泵、热网加热器进行二次串联加热。该方法是一种新型的热电解耦技术，在实现热电解耦和节能协同提升的同时，还要保持汽轮机抽凝运行模式下的灵活响应电负荷的能力，具有很高的发展潜力。

2 天津市主力热电联产机组热电解耦改造现状

目前，受供热期热电矛盾的影响，各大主力热电厂积极进行热电解耦改造，目前，主要采取的改造方法为切低压缸供热和吸收式热泵供热，且已经投入运行，运行效果显著。

（1）天津国电津能热电有限公司为了满足日益增长的供热负荷需求并提高机组在供热期的调峰灵活性，于2014年完成#2机组吸收式热泵改造，历时3年，经过一系列测试分析和优化调整，截止到2017年底，最终完成了基于吸收式热泵回收循环冷却水余热对外供热的热电解耦改造项目。热泵运行后，#2机组供电煤耗达到182g/kW·h，最大供热能力达到1700GJ/h，发电负荷调峰范围扩大77MW，最低发电负荷可降至132MW，为额定容量的40%，节约标煤10万吨/年，增加新能源消纳空间1.9亿kW·h/年，实现了实现热电解耦和节能协同提升，效果显著。

（2）天津华能杨柳青热电有限责任公司7号机组在2017年进行了提升供热机组灵活性的低压缸零出力技术改造。机组改造投运后，各项运行参数均处于安全运行范围内，机组热-电特性达到预期目标。通过此次改造，杨柳青热电厂7号机组供热抽汽流量增加90t/h以上，折合供热负荷增加65MW；相同供热负荷条件下，改造后机组发电功率降低约46MW，发电煤耗率降低40g/kWh以上。机组电调峰能力和供热能力大幅提高，供热期发电煤耗大幅下降，提高了机组在发电供热市场的竞争力。

结语

天津市主力热电联产机组面临新能源消纳困难和供热期热-电矛盾突出的现状，迫切需要进行热电解耦改造。目前主流的热电解耦改造技术有五类，分别是：储热供热、电蓄热供热、汽轮机旁路供热、切低压缸供热以及吸收式热泵供热，有其各自的优缺点，适合不同情况的机组。天津市各大主力热电厂正在积极进行热电解耦改造，包括天津国电津能热电有限公司吸收式热泵改造和天津华能杨柳青热电有限责任公司低压缸零出力技术改造，改造后机组电调峰能力和供热能力大幅提高，为新能源消纳释放空间，有效缓解了天津市热-电矛盾。