基于两班制运行模式的9F燃机机组经济调度研究

张钊宇 谢冰

摘要：以广东粤电新会发电有限公司的机组启停数据为基础，根据运行经验和实际情况，建立机组启动经济性计算模型，准确计算机组在冷、温、热态下的启动经济性，对基于两班制运行模式的9F燃机机组进行经济调度研究。通过分析停机时长、启动模式、操作优化、节能降耗以及机组性能水平对启动经济性的影响，得出基于启动经济性的调度基本原则，实现9F燃机机组在两班制运行模式下的经济调度。

关键词：9F燃机;两班制;经济调度;启动经济性

1    启动经济性计算及分析的必要性

广东粤电新会发电有限公司（以下简称“新会电厂”）规划4×390 MW级改进型（F级改进型）燃气—蒸汽联合循环机组，首期建设2×390 MW级改进型（单套容量430 MW及以上）燃气—蒸汽联合循环机组。新会电厂两台机组为两班制调峰机组，负荷曲线由中调根据需要决定。中调每天约21：00在发电计划曲线系统下发次日负荷曲线，安排次日机组运行台数、各机组并网时间以及次日各机组负荷大致变化趋势。如果次日机组只运行一台，新会电厂电力营销部可在曲线下发后与调度沟通，争取根据实际情况选择次日启动的机组。因此，新会电厂两台机组的总启停次数由中调决定，而分配到两台机组的启停次数可在一定程度上由新会电厂进行控制。那么，在机组总启停次数无法自由控制的情况下，实现各机组的经济调度，尽量减少成本高昂的冷态、温态启动，成为新会电厂提高启动经济性的有效途径。在目前发电形势严峻、节能降耗空间狭窄、检修等生产成本增加、盈利能力大幅下降的不利环境下，对启动经济性进行计算及分析，实现机组经济调度显得尤为必要。

2    机组启动经济性算法

为准确计算两台机组在冷、温、热态下的启动经济性，根据运行经验和实际情况，我们初步建立起了一个较为合理的机组启动经济性计算模型（以下简称“模型”），模型涉及的参数共13个，包括机组负荷、转速、高压缸进口金属温度、天然气质量流量累积值、天然气密度、调压站#1气体色谱仪低位热值、调压站#2气体色谱仪低位热值、凝结水补水量累积值、燃机主变电量、汽机主变电量、燃机发电机电量、汽机发电机电量、厂高变电量，以上参数均可利用DCS数据库历史数据查询功能，迅速、准确地获得其在任意时刻的具体数据，作为机组启动经济性计算的原始数据。

2.1    燃料物性计算

机组启动经济性计算的一个关键就是启动过程中消耗的燃料热量计算是否正确，限于实际条件，目前采用如下方法计算：

（1）天然气质量耗量、天然气密度、天然气低位热值可通过DCS分别读取;

（2）天然气质量耗量与天然气密度的乘积即为机组启动过程中的天然气体积耗量;

（3）天然气体积耗量与天然气低位热值的乘积即为机组启动过程中消耗的燃料热量。

2.2    直接厂用电量计算

机组启动经济性计算的另一个关键是确定启动过程中的直接厂用电量。为了得到尽量准确的直接厂用电量，目前采用如下方法计算：

（1）将直接厂用电量分为“启动过程厂用电量1”和“启动过程厂用电量2”两部分，前者为启动开始时间到并网时间的厂用电量，后者为并网时间到启动结束时间的厂用电量;

（2）启动过程厂用电量1可通过DCS分别读取“厂高变电量”在并网时间和启动开始时间的数值，两者之差为启动开始时间到并网时间的厂用电量;

（3）启动过程厂用电量2为发电量与供电量之差;

（4）直接厂用电量=启动过程厂用电量1+启动过程厂用电量2。

2.3    计算启动过程各经济指标

（1）发电量、供电量：

发电量=燃机发电机电量+汽机发电量电量

供电量=燃机主变电量+汽机主变电量

（2）发电效率、供电效率：

发电效率=发电量/天然气热量

供电效率=供电量/天然气热量

（3）发电气耗、供电气耗：

发电气耗=天然气体积耗量/发电量

供电气耗=天然气体积耗量/供电量

（4）启动过程收益：

启动过程收益=供电量×上网电价-天然气热量×天然气价格-除盐水耗量×除盐水成本

该指标仅考虑启动过程中的供电收益及所耗天然气、除盐水成本，不考虑设備折旧与维护、输变电损耗、人工等各类成本。

3    机组启动经济性计算结果及分析

根据上一节介绍的机组启动经济性算法，利用DCS数据库分别读取#1机和#2机2019年7月1日至2019年7月31日共43次正常启动过程（#1机热态16次、温态3次，#2机热态19次、温态5次）以及2019年3月15日（#2机组冷态）、4月8日（#2机组冷态）、5月14日（#1机组冷态）的相关历史数据，代入启动经济性计算模型，将部分计算结果汇总成表1，并绘制机组启动过程供电效率—停机时长关系曲线、机组启动过程收益—停机时长曲线，如图1、图2所示。

通过上述图表，可分析出影响机组启动经济性的几个因素：

3.1    停机时长增加，机组启动经济性降低

机组启动经济性与停机时长整体上呈反比例关系，停机时间越长，机组启动经济性越低。当停机时长大于200 h后，机组将转为冷态，整个热力系统已完全冷却下来，而后停机时长再增加，机组启动经济性不再变化。

3.2    启动模式是影响机组启动经济性的最关键因素

当停机时间的增加使启动模式发生变化时，机组启动经济性将发生突降。即使机组启动模式处于临界状态，只要不发生模式变化，启动经济性也不会发生大幅降低。根据统计结果，热态、温态、冷态启动的平均启动收益分别约为-1万元、-2万元和-14万元，即温态启动比热态启动成本高约1万元，而冷态启动比温态启动成本高约12万元。

3.3    节能降耗、机组性能水平是影响机组启动经济性的因素

同一启动模式下，机组启动经济性在小范围变化，与停机时长关系不大，而主要取决于启动操作是否合理、系统保温保压情况、设备运行情况等因素对于暖机时间的影响。

4    基于启动经济性的调度基本原则

根据机组启动经济性影响因素的分析结果，仅从经济性角度出发，不考虑操作量及对设备的影响，总结出两班制运行模式下9F燃机机组经济调度的基本原则如下：

（1）尽量避免机组启动模式变化，尤其是要尽量避免冷态启动。当机组启动模式将要变化时，应优先启动，其中转为冷态优先于转为温态。

（2）当机组启动模式相同时，综合考虑近期机组运行计划，优先启动停机时长较短的机组。

（3）优先启动性能较高、综合能耗水平较低的机组。如新会电厂#1机组凝结水泵变频器于2019年6月1日发生故障，机组能耗水平较高，故优先启动#2机组。一般来说，机组距上次检修、水洗间隔时间越短，性能越高。

5    结语

在电力改革的浪潮中，在电力峰谷相差较大的广东电力市场，广东的燃气—蒸汽联合循环机组大部分被用于调峰运行，肩负着电网安全调峰调频的重要作用。针对基于两班制运行模式的9F燃机联合循环机组，做好启停经济性分析，合理安排各机组的经济调度，是电厂生产经营工作的重要基础。

收稿日期：2019-12-13

作者简介：张钊宇（1993—），男，广东广州人，热动助理工程师，研究方向：电力运行。