F级燃气—蒸汽联合循环热电联产机组运行策略分析

摘要：热电联供作为日前能源布局发展趋势的形式在全国各地工业区推广，燃气—蒸汽联合循环机组在启停速度、调峰速率、污染排放等各方面展现出其强大优势。本文通过分析燃气—蒸汽联合循环热电联供系统的评价指标，结合机组运行特性，提出适当的机组运行策略，以提高热电联供机组的能源利用效率和经济效益。

关键词：联合循环、热电联供、运行策略

0 引言

燃气—蒸汽联合循环具有效率高、环保低排放、调节特性强等特点，在日益严格的环保要求下，特别适合在负荷中心向周边提供电能、热能甚至冷量。分布式能源系统促进能量梯级、高效利用，不仅可以减少电能远距离输送过程中的损失，回收发电过程中低品位热量供给周边用热单位，降低用热工厂的制热成本。本文通过分析、对比不同因素下机组发电量与供热量之间的运行策略，实现机组优化运行。

1 燃气—蒸汽联合循环热电联供系统评价模型

目前，国内外对热电联供系统的主要研究分为：热电联供系统主要部件容量的优化配置[1]、热电联供系统经济性与能效评价及热电联供系统变工况性能等三方面。

国内外对热电联供系统的能效评价指标[2]基本以热力学第一定律为出发点，结合本文建立的模型，可以得到如式（1）所示的效评价指标。其中可根据不同侧重点取不同值，从而得出不同侧重点下的效评价指标。

式中为输入燃气轮机的天然气低位热量;为燃机、汽机发电机对外输送的电量;为对外输出的中压抽汽热值;为对外输出的低压抽汽热值。

1）当时，式（2）可以定义为热电联供系统的总能量利用效率，总能量利用效率可以反映出天然气在热电联供电厂的能量利用率，是建立在以能量守恒为基础的分析方法。

2）当

其中为环境温度，分别为中、低压供热抽汽温度，式（2）可以定义为热电联供系统的系统当量火用效率，系统当量火用效率可以反映可有效使用能量的效率，侧重体现能量“品位”。结合本文机组特性，取0.555，取0.494。

3）当、分别为中、低压供热蒸汽价格与电价之比时，式（2）可以定义为热电联供系统的经济火用效率。经济火用效率是参考系統当量火用效率得出来的，侧重在从经济角度展现系统的能量利用效率。

2 燃气—蒸汽联合循环热电联供机组运行特性分析

如图1所示，为某机组供热抽汽参数曲线，该机组在不同中压抽汽流量工况下，整套机组满足供热条件下最小电负荷随低压抽汽流量变化。随着抽汽量的上涨，最小电负荷需求随之上涨，低压抽汽量相同时，中压抽汽量逐步增加，最小电负荷增长的幅度呈现逐步下降趋势。

如图2所示，为某机组在不同中压抽汽流量工况下，整套机组最大供电负荷曲线，最大电负荷随着抽汽量的增加而降低;其中低压抽汽在0-106.537MJ/s时最大电负荷下降最快，中压抽汽为8.878MJ/s-22.195MJ/s时，机组最大电负荷与中压抽汽流量无明显影响。

3 燃气—蒸汽联合循环热电联供机组运行策略优化分析

当进行热电联供系统的总能量利用效率分析时，式（2）可简化为式（3）所示。

忽略抽汽量导致汽轮机运行效率的影响，由式（3）可以得，机组对外供热量越大，总能量利用效率越高。因此在以总能量利用效率为最终评判标准时，应尽可能增大供热抽汽量。

当进行热电联供系统的系统当量火用效率分析时，式（2）可简化为式（4）所示。对于该机组现阶段的运行策略而言

若期望系统当量火用效率与系统的经济火用效率一致时，为追求机组能量合理利用性指标及经济性指标，对应中、低压供热抽汽的定价应与电价联动。

4 结论

本文通过搭建热电联供系统评价模型，以某燃气—蒸汽联合循环热电联供机组为例，结合机组在不同工况下运行特性，得出以下主要结论：

1）从能量守恒的侧重点进行分析，若忽略抽汽对汽轮机效率的影响，机组抽汽供热量越大，总能量利用效率越高;

2）从能量阶梯利用的侧重点进行分析，供热定价宜采用热价—电价联动形式，具体定价可按经济火用效率与系统当量火用效率相当为依据，以实现能量利用率与经济性协同的目标;

3）燃气—蒸汽联合循环机组在对外供热时，受机组安全运行边界限制，存在最小电负荷和最大电负荷区间，随着抽汽量的增加，运行调整区间逐渐压缩。

参考文献：

[1]燃机热电冷联供自备电站优化配置研究[J]. 中国电机工程学报， 2004， 24（010）：183-188.

[2]廖春晖， 赵加宁， 王磊. 国内外热电联产性能评价指标介绍与分析[J]. 煤气与热力， 2012， 032（001）：4-9.

作者简介：李金锋（1962.10-），男，工程师，广东粤电中山热电厂有限公司

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