M701F4燃气轮机组不同控制模式下的经济性分析

陈昭

(杭州华电江东热电有限公司，杭州 310000)

M701F4燃气轮机组不同控制模式下的经济性分析

陈昭

(杭州华电江东热电有限公司，杭州 310000)

为使M701F4燃气-蒸汽联合循环发电机组在高负荷运行时获得最大的经济效益，将机组置于几种不同控制模式下稳定运行，对发电气耗、厂用电等数据进行统计、分析，结合一次调频的要求与考核，对温控和非温控模式下的综合经济效益进行量化对比，得出转速控制(贴近温控)模式的最优运行方式，可为同类型机组运行方式的选择提供参考。

M701F4燃气轮机；发电气耗；转速控制模式；温度控制模式；一次调频

0 引言

目前，三菱M701F4燃气-蒸汽联合循环发电机组在高负荷下进入温度控制模式时，升负荷裕量接近0，降负荷速率也非常缓慢，无法满足电网对一次调频性能的要求。根据机组特性，负荷越低效率也越低，因此，为了满足一次调频功能且尽量提高机组效率，高负荷段一般将燃机负荷控制在温控负荷以下一定区间，使机组脱离温控模式运行，从而保证调节性能，保障电网安全。但该种模式与温控模式之间的经济效益差距并没有量化对比，鉴于此，2017年夏季，对某电厂#2机组运行状态进行适当调整，在大量运行数据的基础上进行综合经济效益对比。

1 运行控制模式及试验

1.1 机组控制模式

根据三菱公司的设计，机组在稳定负荷区间运行时，可投入功率控制(Load Limit)或转速控制(Governor)方式对机组负荷进行控制，转速控制为有差调节，功率控制为无差调节[1]，转速控制的负荷响应速率大于功率控制，满足电网对机组一次调频性能的要求。而当叶片通道温度(BPT)或燃机排气温度(EXT)超过温控基准线时，机组会自动进入温控模式，此时，机组升负荷被限制，降负荷也需先待以上温度缓慢下降至温控线以下、燃机脱离温控模式后才能下降，过程比较缓慢，无法满足一次调频性能要求[2]。

1.2 试验统计

在不同日期及不同时间段对#2机组进行工况调整，对相关数据进行统计、对比。

1.2.1 试验1

2017年7月28日，对运行中的#2机组(未抽汽供热)进行工况调整。分别在14:00—14:05，14:39—14:53，将机组置于不同负荷及控制模式，并对相关数据进行统计并计算气耗，统计数据见表1。由表1可以看出，在热值、大气温度等外部因素无明显变化的情况下，机组温控与转速控制(贴近温控)模式下的气耗差为0.000 261 5 m3/(kW·h)(负荷差为-16.93 MW)。

表1 试验1数据

注：试验时间内各项参数处于稳定状态；本文数据均为：每10 s取1个数据点，一个时间段内所有数据剔除10%最高数据点和10%最低数据点，剩余数据取平均数。

1.2.2 试验2

2017年8月2日，对#2机组(抽汽供热)进行工况调整。分别在13:00—14:00，14:00—15:00，15:00—16:00将机组置于不同负荷及控制模式，并对相关数据进行统计、计算，见表2。由表2可知：工况稳定时，机组温控与2次转速控制(贴近温控)模式下的最大气耗差为0.000 547 7 m3/(kW·h)(负荷差为-9.50 MW)；未进入温控模式时，2个不同负荷下(负荷差为 -0.05 MW)发电气耗差为0.000 020 1 m3/(kW·h)。

表2 试验2数据

表3 试验3数据

表4 2种控制模式数据对比

1.2.3 试验3

2017年8月11日，对#2机组(抽汽供热)进行工况调整。分别在12:47—13:24，13:53—14:30，14:30—15:30，16:20—17:20将机组置于不同负荷及控制模式，并对相关数据进行统计、计算，见表3。由表3可知：工况稳定时，机组温控与3次转速控制(贴近温控)模式下的最大气耗差为0.000 639 4 m3/(kW·h)(负荷差为-6.95 MW)；未进入温控模式时，3个不同负荷下的最大发电气耗差为0.000 229 6 m3/(kW·h)(负荷差为-4.26 MW)。

1.3 试验分析

1.3.1 温控与非温控模式的对比分析

将以上试验的负荷差与气耗差及参与差值计算的对应负荷、气耗列成表4，由表4可知，温控模式气耗较低，而不同次试验间的气耗差异无明显规律(受环境、热值、真空度等影响)。长期运行表明，因工况不同，进入温控模式的负荷点有所不同，进入温控模式后，负荷可缓慢上升的幅度也有所不同。以上数次试验中，2种控制模式的最大负荷差为16.93 MW(该差值比经验值略大)，最大气耗差为0.000 639 4 m3/(kW·h)。

1.3.2 非温控模式之间的对比分析

将试验2，3中转速控制(贴近温控)模式下发电气耗及负荷进行对比，见表5。由表5可知，机组同一启停日期内，在非温控模式下高负荷运行时，负荷越贴近温控模式负荷，气耗越低。

表5 转速控制(贴近温控)模式数据对比

2 经济性分析

2.1 2种控制模式下的生产及检修费用对比

根据试验数据与运行经验，对机组长期处于温控或转速控制(贴近温控)模式下的实际运行小时数(AOH)及两者的差值进行计算，对AOH差引起的检修费用差和厂用电差以及长期处于2种不同控制模式引起的气耗差进行计算分析。

按机组历年月均发电量1亿kW·h计，在忽略启停机过程(不影响此次分析)的情况下，根据试验中温控模式的最高负荷399.25 MW计算，每月需运行250.5 h；按试验中转速控制(贴近温控)模式的最低负荷382.32 MW计算，每月需运行261.6 h。负荷差为16.93 MW，每月机组AOH差为11.1 h。

(1)检修费用差。燃机检修周期一般根据机组AOH计算，当机组AOH达12 000 h时进行C修(费用约500万元)，达24 000 h时进行T修(费用约1 000万元)，达48 000 h时进行M修(费用约3 000万元)，1个大修周期内共需检修费用5 000万元，折合每小时检修费用0.104万元。根据2种不同模式下机组每月产生AOH差为11.1 h计算，检修费用差为1.15万元。

(2)厂用电费用差。负荷393.04 MW时每小时厂用电量为7.833 MW·h，停机时每小时厂用电量为2.257 MW·h，每小时差5.576 MW·h。根据2种不同模式下机组每月产生AOH差为11.1 h计算，厂用电量每月相差61.9 MW·h。按上网电价0.52元/(kW·h)计算，厂用电费用差为3.22万元。

(3)气耗费用差。按试验中2种模式最大气耗差0.000 639 4 m3/(kW·h)、月发电量1亿kW·h计算，月消耗天然气量的差值为63 940 m3。按气价2.31元/m3计算，气耗费用差为14.77万元。

以上各项指标差值总和为：1.15+3.22+14.77=19.14(万元)。

2.2 2种控制模式下的电网考核费用

长期运行表明，在非温控模式下，机组一次调频性能合格，免于考核。在温控模式下运行，根据《华东区域发电厂并网运行管理》的规定，涉及一次调频性能考核有正确动作率和性能2项。

(1)一次调频正确动作率考核。根据规定，对于一次调频月正确动作率小于80%的机组，每月考核电量为

Q1=(80%-λ)Ptα，

式中：Q1为一次调频正确动作率考核电量；λ为机组一次调频月正确动作率；P为机组额定容量，MW；t为考核时间，1 h；α为一次调频考核系数，取值1。

#2机组额定容量为480 MW，在全程温控模式下运行时，负荷无调整裕量，一次调频月正确动作率接近0%。因此，Q1=(80%-0%)×480×1×1=384 (MW·h)。

(2)一次调频性能考核。根据规定，以每月机组一次调频效果的算术平均值D作为机组一次调频性能指标，对月平均D值小于60%的机组进行考核，每月考核电量为

式中：Q2为一次调频性能考核电量；Qi为第i次一次调频理论计算积分电量；Qs为第i次一次调频实际计算积分电量。

机组全程在温控模式下运行时，Qs接近0，因此被考核量为

统计计算2017年5—7月一次调频动作次数与#2机组运行小时，得出运行时一次调频平均动作频率为4.9 次/h，每次动作的理论计算积分电量平均值为16 (kW·h)/次。按每月进温控运行250.5 h计算，Q2=0.1×250.5×4.9×60%×16=1 178 (kW·h)。

由此可得，总考核电量为：Q1+Q2=385.178 MW·h，按上网电价0.52 元/(kW·h)计，为20.03万元。

2.3 效益对比

综合以上计算，#2机组转速控制(贴近温控)模式下运行的经济效益略优于满负荷温控模式，效益差额为0.89万元。

3 结论

在夏季工况下，通过分析计算可得以下结论：#2机组在转速控制(贴近温控)模式下运行的经济性略优于温控模式；在转速控制(贴近温控)模式下，机组负荷越接近温控负荷，发电气耗表现越优。

机组一次调频是保障电网安全的重要手段。华东电网已逐步形成特高压大受端电网，而特高压直流闭锁故障时有发生，给电网安全带来较大风险，几次故障显示，全网机组一次调频性能不能很好地满足新的要求,频率跌幅超出预期。因此，电网对机组一次调频性能的要求必将越来越高，考核力度必然会越来越大。在现行的电网“两个细则”制度下，牺牲一次调频性能、将燃机置于满负荷温控模式以取得更优发电气耗的方法，在电网安全与机组综合经济效益方面皆不可取。发电企业应密切关注电网要求和“两个细则”制度的新动向，特别应关注电网关于一次调频性能考核的计算方法和系数的调整，在保障一次调频性能的前提下，适当调整机组运行工况，以取得最佳效益。

[1]潘蕾.重型燃气轮机发电系统一次调频控制策略及电网调度的仿真研究[J].汽轮机技术，2003，45(6)：368-371.

[2]宣晓华.特高压受端电网直流闭锁故障下机组一次调频性能分析[J].中国电力，2016，49(11)：140-144.

TK 477

A

1674-1951(2017)12-0021-03

2017-09-07；

2017-11-03

(本文责编：刘芳)

陈昭(1986—)，男，浙江浦江人，工程师，从事火力发电机组的调试、维护及专业技术管理工作(E-mail:260649102@qq.com)。