利用低温省煤器吸纳弃风电量研究

王 野，邓 楠，杨剑永，郎 强

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.大唐国际发电股份有限公司辽宁分公司，辽宁 沈阳 110001）

利用低温省煤器吸纳弃风电量研究

王 野1，邓 楠1，杨剑永1，郎 强2

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.大唐国际发电股份有限公司辽宁分公司，辽宁 沈阳 110001）

为了解决我国冬季弃风严重的问题，提出了一种利用低温省煤器原有热力系统来吸纳弃风电量的方法，该方法建设成本低、维护简单、效率高且不会对环境造成污染。通过对江苏南热发电有限责任公司1号机组试验分析可知，该方法可以最大限度降低机组能耗，避免由于气候原因造成资源浪费，能够吸纳的弃风电量非常可观。

低温省煤器；弃风电量；热力系统

煤炭、石油和天然气等典型传统能源的大量开发和利用给生态环境造成了难以恢复的破坏。如何高效开发风能、太阳能和生物质能等新能源成为急需解决的问题，其中风能作为一种洁净且可再生的新能源在近几十年来得到了广泛利用，风力发电技术也不断趋于成熟。但是，风电自身的多变性和反调峰特性制约了风电的发展，造成了全国各地的弃风现象。由于“以热定电”的限制，弃风现象最为严重的是我国“三北”地区，据统计，2011年弃风电量为123亿kWh，弃风率达16.23%，直接弃风经济损失高达66亿元［1］。因此，合理吸纳弃风电量不仅能够带来一定的社会经济效益，还能缓解日渐严重的环境污染问题。

1 吸纳弃风电量的几种常用方法

1.1 抽水蓄能

利用抽水蓄能电站可以在负荷低谷时吸纳弃风电量蓄能，在负荷高峰时利用蓄能发电。研究人员也认为采用水电来平衡风电的波动性是一种增加电力系统调峰能力的有效方法［2］。但是，水电站建设周期长、成本高和选址要求高等问题制约了此方法的应用。

1.2 电动汽车

发展电动汽车技术是一种吸纳弃风的方法，在负荷低谷时利用弃风电量对电动汽车进行充电，负荷高峰时电动汽车储存的电能又可以返回电网。目前丹麦将这种方法作为平衡风电的重要手段之一［3］。然而，这种方法需要坚强的智能电网技术，目前我国的智能电网技术还不成熟，在我国无法通过发展电动汽车技术来吸纳弃风电量。

1.3 弃风外送

当本区域负荷需求量低且风电产量过剩时，将风电外送至其他地区，当本区域负荷需求量高时，从其他地区输送风电至本区域。弃风外送在丹麦等国家已经得到了很好的应用［4］。但是，我国的电网线路还不能满足弃风电量在各地区间的输送，即使现在建设电网线路，也存在着周期长、投资大、维护成本高和利用率低等诸多问题。

1.4 旁路补偿

在负荷需求量低且风电产量过剩时，利用汽轮机旁路将蒸汽减温减压后直接通过热交换器对外供热。旁路补偿不仅可以降低机组本身对外输出的电负荷，使电网有能力吸纳更多的弃风电量，还能够增加对外供热量。外国学者研究表明，短时间内采用旁路补偿的方法来吸纳弃风电量有一定的可行性［5］。然而，大量高温高压蒸汽通过减温减压后对外供热，会造成能量品质降低，降低电厂运行效率，而且汽轮机长期处于非设计工况运行，无论从安全性还是经济性考虑都不合适。

由于受技术和经济上的制约，上述几种方法均不适用于解决我国的弃风问题［6－8］。本文以江苏南热发电有限责任公司600 MW超临界机组为例，提出一种利用低温省煤器原有热力系统吸纳弃风电量的技术，这种方法建设成本低、维护简单、效率高且不会对环境造成污染。

2 利用低温省煤器原有热力系统吸纳弃风电量

2.1 技术特点

低温省煤器是安装在锅炉尾部烟道的热交换设备，它利用锅炉排烟余热加热凝结水，不仅能够降低锅炉排烟温度，减少引风机耗电量，还能回收烟气“废热”，使之返回热力循环，降低汽轮机热耗率。目前，国内很多火电机组都通过改造低温省煤器来提高整个机组的热经济性，江苏南热发电有限责任公司1号机组于2014年进行了低温省煤器改造并取得了显著效果，热力系统见图1。低温省煤器的投入受到季节性的限制，冬季环境温度较低且为了防止锅炉尾部烟道低温腐蚀，必须严格控制省煤器出口烟温，这就使得低温省煤器无法在冬季按设计状态投入，热力系统处于闲置状态。

图1 低温省煤器热力系统

我国弃风问题在冬季供暖期最为严重，主要因为风能自身的特点和“以热定电”对火电机组出力的制约。这时可以利用低温省煤器原有的热力系统吸纳弃风电量来加热凝结水，不仅能够解决我国冬季弃风严重的问题，还能够使闲置设备发挥作用，降低机组热耗，提高热力循环经济性。

将弃风电量转换为凝结水的热能，必须在低温省煤器凝结水管道加装电锅炉，改造后系统见图2。电锅炉是利用电加热管将冷水加热至规定温度的热水或者蒸汽的一种常用设备。目前，我国电锅炉技术已经较为成熟，市场上电锅炉的规格、功能和种类也比较齐全，可以根据气候条件和机组状态自由选择加热后的水温和热水返回系统的位置，配合低温省煤器灵活使用。另外，电锅炉结构简单、维护费用低、不产生污染且效率高，利用电锅炉作为加热设备非常经济实用。

图2 利用低温省煤器原有热力系统吸纳弃风电量系统

综上所述，利用低温省煤器原有热力系统吸纳弃风电量的方法，在夏季风电出力较低时将低温省煤器全部投入，冬季风电出力较高时切除或部分切除低温省煤器，投入吸纳弃风电量的电锅炉来加热凝结水，实现热力系统的低温省煤器和吸纳弃风电量的电锅炉之间灵活配合，能最大限度降低机组能耗，并节约建设成本，发挥已有设备的作用。

2.2 试验研究

江苏南热发电有限责任公司1号机组是东方汽轮机有限公司生产的超临界参数、一次中间再热、两级抽汽供热（可调式）、三缸四排汽、双背压凝汽式汽轮机，型号为CC600－24.2／4.2／1.0／538／566，额定功率为600 MW，该机组设有8段回热抽汽，依次供给3台高压加热器、1台除氧器和4台低压加热器，其中4段抽汽还作为拖动汽动给水泵的小汽轮机汽源，主要设计参数见表1。该机组于2014年进行了低温省煤器改造，设计发电煤耗至少降低2.3 g／kWh。为了评估低温省煤器在冬季由于不能全部投入所产生的经济损失，挖掘利用低温省煤器原有热力系统吸纳弃风电量的潜力，分别在低温省煤器投入和切除状态下对机组进行热耗率测定试验。

表1 主要设计参数

试验于2015年2月4日进行，依照GB／T 8117.2—2008《汽轮机热力性能验收试验规程第2部分：方法B各种类型和容量的汽轮机宽准确度试验》。试验工况点以额定负荷为基准，热力系统保持常规状态，关闭对外供汽和与相邻机组联络的阀门（包括吹灰、辅汽等），关闭补水门，保持机组单元制运行，回热系统按厂家热平衡图设计系统正常投入，将运行参数调整到接近额定值，并在规定范围内波动。试验中的运行参数应接近设计值，使偏差修正值减到最小，机组运行参数按表2给出的主要参量容许偏差和容许波动范围调整并稳定。为了保持凝结水流量的稳定性，禁止人为调整凝汽器热水井水位、除氧器水箱水位及凝结水系统水侧调整门，使各加热器保持正常水位。调整后机组稳定运行1 h，记录相关参量2 h，汽轮机组热耗率试验结果见表3。

表2 主要参数容许偏差和容许波动范围

表3 汽轮机组热耗率测试结果

试验结果表明，相比低温省煤器切除状态，仅经二类修正后的机组在额定负荷、低温省煤器投入状态下，热耗率降低58.26 kJ／kWh，发电煤耗降低2.15 g／kWh。可以得出，由于冬季低温省煤器不能全部投入造成直接经济损失0.15 g／kWh。在我国北方，冬季气候更加寒冷，低温省煤器投入率更低，损失将会更多。如果投入能够吸纳弃风电量的电锅炉来配合低温省煤器加热凝结水，不仅能解决北方冬季弃风严重的问题，还能最大限度降低机组能耗，避免由于气候原因造成的资源浪费。

在低温省煤器投入状态下，7号低压加热器出口水侧温度为99.74℃，6号低压加热器入口水侧温度为106.78℃，温升为7.04℃，比焓升高29.58 kJ／kg，每小时回收总热量38.38 GJ。由于我国电锅炉技术已经比较成熟，电锅炉换热效率能够达到95%以上，要达到低温省煤器的节能效果，至少需要电量11 222 kW。由此可知，在冬季利用低温省煤器原有热力系统能够吸纳的弃风电量非常可观。

3 结论

a.利用低温省煤器原有热力系统吸纳弃风电量可以解决我国冬季弃风严重的问题。

b.与吸纳弃风电量的几种传统方法相比，利用低温省煤器原有热力系统不仅可以降低建设成本，还可以自由选择加热后的水温和热水返回系统的位置，操作灵活，可控性强。

c.通过对江苏南热发电有限责任公司1号机组试验分析可知，利用低温省煤器原有热力系统吸纳弃风电量可以最大限度降低机组能耗，避免由于气候原因造成的资源浪费，能够吸纳的弃风电量非常可观。

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［7］田增垚，张明理，张 楠.东北电网风电调度管理模式探讨［J］.东北电力技术，2011，32（10）：40－42.

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Research on Absorbing Curtailed Wind Power by Low Temperature Economizer

WANG Ye1，DENG Nan1，YANG Jian⁃yong1，LANG Qiang2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Datang Liaoning Branch Company，Datang International Power Generation Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110001，China）

In order to solve the problem of curtailed wind seriously in winter，this paper puts forward the method of absorbing curtailed wind power by the thermodynamic system of low temperature economizer.Low temperature economizer has the characteristics of low con⁃struction cost，simple maintenance，high efficiency and non⁃pollution.The method reduces energy consumption of unit extremely，a⁃voids resource waste because of the climate and absorbs the considerable curtailed wind power greatly according to the test analysis of u⁃nit 1 of NanRe thermal power plant in Jiangsu province.

Low temperature economizer；Curtailed wind power；Thermodynamic system

TM621

A

1004－7913（2016）05－0027－04

王 野（1985—），男，硕士，工程师，从事汽轮机节能技术研究工作。

2016－01－12）