火力发电深度调峰对电力系统的影响及意义

火力发电深度调峰对电力系统的影响及

意义

摘要：基于当下双碳目标的提出以及新能源发电设备和技术的上马应用，当下国内以火电为主体的发电模式正逐步转变为多能源并举的新型发电结构，火电的主体地位也日趋相关辅助性地位转变，但是基于各新能源技术的应用存在内外因素影响干扰容易出现电能供应的间歇性不稳定情况，因此当下的火电技术依然需要在很多情况下发挥电能供应和电网保障的作用，而这一情况下的火电技术应用就需要以深度调峰的技术支持提升供能效果。

关键词：火力发电；深度调峰；电力系统

1.火力发电深度调峰对电力系统的影响意义

火力发电深度调峰地进行对于电力系统的影响极为深刻，综合论述来看，火力发电深度调峰的进行会对电网的结构产生良好的影响。在电网运行中，

随着电力系统的峰谷差不断增加，电力系统中的电力质量问题也变得日益突出。因无法在电网内进行大量存储，因此，电能通常处于恒压、恒流、恒频、恒波、恒相的条件下，以光速传输给终端客户。“电五恒态”随峰谷差的增大而增大。根据现有数据显示，20天来中国电力系统由于“谷电无效负荷”而造成的电力损失，相当于三峡水电机组1a所产生的电力损失。而深度调峰的应用能够有效地解决电力系统中存在的峰谷差异问题，从而减少电力资源的损耗。在现有的网架下，电网的调峰容量能够很好地满足新能源的接入需求，且随着调峰容量的增大，其对新能源的消纳容量也随之增大。目前，除了我国南部水能资源相对充足、可调蓄水电站数量多、可调蓄水电站数量多之外，中国多数区域仍以煤、火发电为主体，依托大容量锅炉进行深层调峰已成了我国电力发展的必然趋势。深层调峰是指增加调峰能力，为电网配备调频电源，使电网的频率保持在一个可调节的区间内。深水调峰系统虽然具有很大的调节能力，但是它的反应速率很低，

而对于大容量的系统来说，它的负载跟踪性能很低。面对新能源发电引起的频率

变化，燃煤发电单元只有在某一特定的频率上才具有稳定的性能，超出燃煤发电

单元容量所能承受的频率变化，仍然会给电网带来一定的冲击。所以，当风电等

新能源接入电网的时候，就需要首先对深度调峰机组的调峰性能展开深刻的研究，在此过程中要事先做好风险点的分析和预防控制措施，并对有可能发生的事故，

要做好相应的预案，并进行相应的演练。结合日负荷曲线和相关区域机组典型风

电机组出力曲线合理安排调度方案[2]。

2.火力发电深度调峰对电力系统的措施要点

基于火力发电深度调峰对电力系统的应用价值，本文建议在当下的技术应用中，做好如下火力发电深度调峰措施要点的落实。

2.1明确并采取多样的调峰方式

1）启停两班制调峰方式，这是一种适合于白天负荷大，晚上负荷小的调峰

方法，所以采用这一方法的时候，通常是在白天正常运行，在晚上停止运行，第

二天凌晨可以正常地开始运作。该方式的优势在于：可适应大规模的电网负荷，

且可实现100%的负荷量；但其不足之处在于，在频繁启动和停止的情况下，在交

变应力作用下，电机的蠕变损失和低循环疲劳将大幅提高，从而显著降低电机的

使用寿命。2）低速旋转热备用调峰方式。在此模式下，汽轮发电机将负载降至0，并与电网发生解列，再利用燃料和注入汽轮发电机的水蒸气，实现了发电机在较

高温度下的低速运转。该方法具有更高的安全性和更简便的特点；其缺点在于，

在使用该方法的时候，需要专门的人员进行实时监测，存在着一些使用限制。3）少蒸汽无负荷调峰方式。采用这种调峰模式，通常是在白天工作，夜间负荷低谷

期实现零载工作，期间只需从电网抽取一小部分的电力，就可以实现机组在额定

速度下工作。该方式具有运行周期短、机组损失小的特点；但其不足之处在于，

这种方法对设备的性能有一定的需求，而我国已有的大部分设备都不具备这种方

法的能力，因此，这种方法在国外得到了广泛地使用，而在我国却很少使用。4）低负荷调峰方式。这种方式是当前我国使用最多的调峰手段，它主要有定压、变

压和混合变压三种运行方式，从而对机组的负载进行调整，从而达到对电网的调

峰要求。与其他三种方法相比，这种方法有着最大的优势，也有着最大的安全性、最大的灵活性和最小的操作量，但考虑到机组的经济性，并不适合长期使用。

2.2落实深度调峰下的机组优化

国内大部分燃煤电厂机组，都是在50%的额定负载下以启停机控制为主，没

有进行持续的调整，对电力系统的调峰和调频反应也没有太多的经验。在小负载

工况下，给水流量和汽包水位等计量部件的精度较差，波动较大，对有关环节的

稳定造成很大的不利影响；协调回路、给水回路和燃油回路因其与中、高负载条

件下的调速目标特征存在显著差别，其控制质量通常无法达到自动化、持续性的

要求。在上述情况下，本文建议通过如下措施对深度调峰下的机组予以优化，以

此保障深度调峰作用的有效发挥。1）协调系统控制优化策略。目前已有的“负

载命令前馈+PID反馈”的常规协同调控方法，仍然面临着锅炉难以跟上汽轮机组

的问题，汽机组只有几秒钟到数十秒钟的迟滞和惯量，而锅炉却有几百秒甚至上

千秒的惯性时间，这一情况下，会容易出现机组之间的能量失衡以及机组的不稳定。对于该问题的改进，本文认为基本思路是：尽量把“过量调节”改为“非超

量或提前调整”。将传统的PID控制器改为以预测控制和神经网络为中心的闭环

控制。一方面，预测控制可以根据主汽压力和蒸汽温度等，实现对机组运行状态

的准确预报，提高了机组运行效率。另一方面，利用神经网络对所涉及的各类特

征参数进行在线估计，并对其进行动态调节，使得所设计的优化模型始终处在一

个学习的过程中，对煤种的改变等有着良好的自适应能力。根据系统中各特性参

数的变化趋势实时改变系统所加的前馈量，确保在各种工况下均有最合适的前馈量。2）给水控制系统优化策略。直流锅炉从低负载向高负载过渡时，有一个从

非干燥状态向干燥状态过渡的过程。由于机组长时间处于潮湿状态，会引起水冷

壁上的传热与传热性能恶化，蒸汽温度异常等问题，影响机组的平稳运行。同时，减小锅炉的干、湿过度负载，有利于提升电力系统的深度调峰性能。当前，在直

流锅炉的干湿状态转化过程中，现有的控制方式采用了顺序控制和模拟量控制两

结合的方式，但这两种方式在很大程度上仍是依赖顺序控制。直流炉给水控制主

要分为储水箱水位控制、中间点焓值-给水流量控制及循环流量控制。其中前者

是通过水位做被调量，采取串级回路控制和给水流量控制器进行你给控制。后者

以中间焓值为被调量，采取比例积分控制器进行控制，结果与给水量目标值做前