循环机组

近年随着北京市电网用电负荷不断的增长，北京作为特大城市也伴随产生了昼夜间用电负荷峰谷差极大的问题。并且华北电网夜间还要进行新能源风电负荷的消纳，这就更加加重了昼夜间负荷的峰谷差。燃气联合循环机组由于有着启停灵活、负荷响应速度快的优点，承担起了配合电网进行启停调峰，平衡电网昼夜负荷峰谷差的任务。目前国内外联合循环机组多为“一拖一”形式，机组进行启停调峰时只需将整套机组停运即可，无需进行“二拖一”与“一拖一”方式转换。而“二拖一”燃气联合循环机组进行启停调峰时，需进行状态转换。但随着近些年联合循环发电技术的不断进步，状态转换已可全自动完成，耗时在1h内，操作的灵活性、安全性极高，可快速有效的配合电网承担启停调峰任务。 当进入冬季供热期后，联合循环机组由于担负城市供暖的任务，为了保证城市供暖，机组维持基本供热负荷不参与启停调峰任务。因此，当机组冬季供热处于抽凝或背压工况运行时，“二拖一” 机组再进行启停调峰。目前国内外并没有成熟的技术和行业内的其他经验。 目前冬季供热季仍采用原纯凝工况的启停调峰方案: 为防止并退汽过程中热网及汽机跳闸，机组先由背压切为抽凝，再切至纯凝状态后进行机组启停和并、退汽操作，整体需要耗时约6h左右。而且在此期间，机组已基本停止对外供热，对北京市城市供热主管网的影响较大。并且燃机启停调峰操作的灵活性和安全性也较差，无法实现配合电网快速进行启停调峰消纳清洁能源的任务。 因此，针对目前华北电网的调峰需求，以及冬季保供热的民生要求，就迫切的需要开发出一套“二拖一"联合循环机组的供热方式下灵活启停调峰技术，以满足调峰和保证供热要求。

本项目属于火电厂热工测量与控制领域。 本项目选取典型机组进行燃机机组的特性与控制系统研究，并针对电网调度特点与考核要求优化设计其一次调频、AGC 控制策略；选取典型机组对其控制系统软、硬件进行研究，设计与其控制系统相适应的一次调频在线监视系统的实施方案并加以应用；选取多台燃机进行 AGC、一次调频测试，研究其负荷调节特性，结合政府要求与行业规范，比较燃煤机组的调节特性，研究适合于燃机的考核标准。本项目将广义预测控制算法策略引入燃气蒸汽联合循环机组负荷控制系统使机组实发功率能够尽快地跟踪 AGC 指令。将燃气机组的一次调频指令经过模糊智能计算直接叠加于燃气轮机燃料阀开度之上，解决了传统的一次调频控制带来的燃气轮机组负荷响应时间长、跟踪精确度差、易于振荡的技术问题。采用快速积分控制技术控制 9E 型燃气轮机的负荷变化，配合合理的负荷调节死区，能够有效地弥补上述的缺陷。设计一套新型的联合循环机组的一次调频测试系统，在调度端实现了对 9E 型燃气机组的在线监测功能。 项目获发明专利一项，项目研究阶段，研究成果在华电吴江热电有限公司、华能金陵燃机发电有限公司燃气机组上成功实施，项目完成后推广至全省所有 9E 型燃气机组。目前全省该类型燃机机组的一次调频、AGC、一次调频在线监测系统全部投用，各项运行指标均满足考核要求。项目提出的针对燃气机组的考核推荐指标，已被《江苏电网统调发电机组运行考核办法》（苏经信电力[2016]855 号）采用。后续应用可逐步并推广至 9F 型及 6E 型燃气机组。

本技术为国内首套“SIMENSE9F级“二拖一”联合循环发电机组--一抽凝及背压供热方式下灵活启停调峰技术”。该技术完全是本企业自主研发，无任何行业内借鉴和范例，完全拥有自主知识产权，填补了国内、行业内技术空白。在单纯依托现有机组和技术人员情况下，不进行大规模机组系统改造的同时，单纯依靠通过保护参数优化、控制逻辑优化、操作方案优化等，解决了“西门子9F级“二拖一”联合循环机组”在供热期无法配合电网快速启停调峰的问题，为电网消纳清洁能源电能、保证民生供热做出了巨大的贡献。由于机组无大规模系统改造，所以技术研发过程中投资极低，但取得的社会效益和经济效益极大。目前该技术方案已被国内同类型机组电厂借鉴以及应用，均取得了良好的效果。

本项目以建设“低碳环保、技术领先、世界一流的数字化电站”、“一键启动，无人值守、全员值班的信息化电站”为目标，燃气热电在建厂规划阶段就定员全厂30人，生产运行人员定员12人，每值3人，这在现有的电厂模式下是不可能的，尤其是机组启停阶段是操作量大、风险点多、安全要求高，必须有一套全程自动且安全可靠的自动系统（APS）才可以在如此少的人员配置下完成工作。现有的APS技术大多是基于主机启停来设计的，化学制水、辅机启动、锅炉上水等均需要人工完成，造成人员需求较多，值班人员操作量大，常常连续好几个小时满负荷的操作，容易出现误操作和注意不到位的情况。而且现有的APS断点较多，到断点时需要人工参与确认，这样容易导致各系统间协调不好，影响启动过程，延长启动时间。所以设计一套从辅机启动开始直到二拖一并网完成的全过程无断点APS非常有必要。在互联网+、工业4.0等新技术引领科技发展的今天，电厂的智能化已经势在必行，作为生产单位，发电生产系统的智能化才是根本，这就需要我们尽可能将生产过程智能化的实现，也就是将规程的操作要求和人员操作中的思维过程实现程序化，让APS系统全程自动的实现。三菱M701F4机组为国外进口机组，对该类机组的国内基本处在常规应用阶段，本项目的研究需要多处调用三菱的控制程序，可以促进国内对引进机组的深化应用。

由于国外燃机厂商的技术垄断、燃气-蒸汽联合循环机组各设备之间的相互影响关系复杂，给燃气发电机组设备指标管理和分析的带来了较大的难度。目前，燃机发电厂在对机组的经济性进行评价时，通常是对一些主要的综合性厂级指标进行统计分析，这种分析评价方法只能在一定程度上掌握机组的总体运行经济水平，无法追踪影响机组经济性的因素以及影响程度，难以指导运行人员优化调整机组的运行。本项目首创性建立燃气发电机组耗差分析理论，通过建模和理论计算的方法给出影响机组能耗水平因素的耗差因子，建立多层级的燃气发电机组能耗指标耗差分析体系。以能耗指标耗差分析为基础建立燃气发电机组的技术经济指标体系，将指标逐级分解直至运行小指标，构建机组之间、电厂之间、区域之间、集团之间四个层级的燃气发电机组能耗指标对标管理体系，开展燃气机组能耗指标对标管理活动，并融合信息化等技术，在华电集团内燃气发电企业进行指标分析及对标应用，查找能耗差距，挖掘节能潜力，提高机组能效水平。按照华电集团约 1300万重型燃机装机计算，通过精细化指标管理，提高机组能效水平，机组相对效率提升 0.5%，年利用小时数按照 1000~3500 小时计算，则每年可为集团节省 3000~11000 万元。 本项目完善了燃气发电机组能效指标对标管理工作，填补了国内的空白，通过精细化指标管理，为行业内燃气机组的能耗指标对标管理工作奠定基础。本项目共申报中电联行业标准 1 项，《燃气发电机组能耗指标耗差分析》，目前已征求意见完毕，待评审，申报中电联团体标准 1 项，《燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理导则》，目前已通过评审待发布。共申请发明专利 5 项，其中 1 项已授权，授权实用新型专利 1 项，共取得软件著作权 4 项。

本项目根本解决西门子二拖一燃气一蒸汽联合循环供热发电机组，并列运行全自动并/退汽及旁路系统自动升温、升压控制，抽凝、背压及汽机全工况自动切换控制，从循环水泵启动开始的机组启、停全过程无断点智能自动化控制技术。多参数拟合负荷出力模型动态修正AGC负荷上限，联网实时调峰经济性调度。二化技术高度融合，相关数学模型进行机组效率、耗差量化分析，计算机组最优出力工况运行数据，实现电厂智能运营、精细化和设备资产全生命周期一体化管理。项目在京桥热电机组实施取得明显效果后，不但已经集团推广应用于京能集团高安屯、京西、未来城电厂项目，且燃气一蒸汽联合循环热电联产机组乃至整个发电供热行业的建设、生产具有示范和推进作用。

本研究所采用的方法为国内其他联合循环热电厂生产经营效益的优化提供了指南，部分原则性研究结论也适用于同类机组。联合循环热电厂通过自身经营策略优化，合理安排生产，在节能降耗的同时获得增量的经济效益，可进一步激发生产积极性、提高燃气热电的市场竞争力，促进燃气热电行业健康发展，具有显著的社会效益。 本研究通过建立9E联合循环机组仿真模型对9E联合循环机组热力特性进行研究分析，获得了9E联合循环供热机组在不同气象条件下的热力特性以及9E联合循环供热机组生产经营效益与达标热电比、能源价格（气价、电价、热价）之间的影响规律；同时结合运筹学相关优化原理，研究了能源价格变动情况下的全厂全年最优生产策略，获得了最优策略数学模型以及具体的优化策略。本研究成果已由华能集团公司和西安热工院在华能系统同类燃机电厂推广。