生物质电厂降低厂用电率、节能降耗的研究

张 峰

（广东粤电湛江生物质发电有限公司，广东 湛江 524000）

0 引 言

在现代化能源供电系统管理背景下，厂内用电率数值被当下供电企业视为衡量电力生产效率的重要指标。长久发展中，寻求电厂机组低用电率数值始终是电力企业进行能源节约和减少污染的重要任务，同时也是市场化经营环境下提升场内竞争力并谋取更多企业盈利的主要手段。本次研究从ZJ电厂的实际市场经营表现出发，从该电厂近年来开展的节能减排工作入手，着重拆解分析场内各发电机组、生产辅助机组及其整体系统的真实运行生产状态，进而找到对场内用电率产生影响的各类可控变量因素，用以针对性谋求实现厂内用电率目标的可操作办法。

1 案例概况

电厂企业作为事关我国民生稳定和国家能源安全的企业，其生产经营过程中的厂内用电率数值是衡量其实际经营效益的重要指标，同其市场化经营过程中的经营稳定性和同行竞争力密切相关，因此该数值指标尤其受到生产规模较小的小机组容量的生物质类型发电企业的关注[1]。ZJ电厂正是此类型发电企业的代表，具有较强的典型意义。案例电厂内部在开展全效能生产运营过程中将动用厂内两台50 MW功率型号的发电机组，采用单纯进行生物质燃料燃烧的方式实现由热能到电能的转换。经研究人员实地考察，目标电厂在建设之初所设定的电厂用电率目标数值为11%，但自从该电厂于2011年正式开厂生产后，其每年所报告的年度用电率数值均超于原始设定计划数值，2020年及2021年的用电率数值出现了显著飙升趋向。为了改善案例电厂此项生产经营指标，目标公司于内部运行部门内下派了1组用电率控制专属技术人员，同时在厂内成立了用于专门控制该项指标的管理团队，用以通过实地考察深层次探寻厂内用电率居高不下的现实原因，并从技术与管理两个层面上探索能够有效降低厂内用户电率数值的实际措施。

为寻找厂内生产活动所影响用电率数值的规律，ZJ电厂运行部门技术人员对2020年及2021年度的厂内月度用电率数值进行数据比对分析，其具体对比情况如表1所示。

表1 厂内月度用电率数值对比表（2020—2021） 单位：%

此外，为明确厂内用电作业的合理性以及自身生产过程中的效率情况，ZJ电厂运行部门技术人员对2020年及2021年度的厂内月度用电负荷率数值进行数据比对分析，其具体对比情况如表2所示。

表2 厂内月度用电负荷数值对比表（2020—2021） 单位：kW

2 用电率影响因素

结合上述表1、表2中由技术管理人员所记录的真实数据分析案例电厂内影响用电率增长的各类现实因素，参考实际生物质能源转化生产条件将其归纳为以下9点。

2.1 2号引风设备调整

为了提高能源生产供应效率，2020年厂内对2号生产锅炉引风装置进行了扩容优化改装，致使该项设备在稳态完成200 t工作任务的前提下，供电需求由85 A飙升至95 A，出现同厂内50 MV基础生产设备抢占电力负荷的现象。

2.2 生产机组频繁启停

受限于生物质能源电厂的生产规律限制，电厂内每一次全面重启操作都将耗费大量生产基础电能进行锅炉预热与系统维护，并在某一时段内呈现出耗能大且产能少的病态生产态势[2]。而受到新冠肺炎疫情及环境保护政策影响，案例电厂2021年度的经营生产过程中较2020年增加了两次厂内生产机组全面停止操作，这也无疑为常规电力企业生产过程增加了能源消耗与用电率压力。

2.3 锅炉系统效用降低

目标电厂采用的锅炉工艺为流化生产方式，而随着锅炉使用年限的增加，锅炉作为承担生物质能量转换的主要生产场所，内部生产环境持续恶化，突出表现为内胆流化不良、尾端排气管道积灰结块、空预器设备气密性变差等情况[3]。而此类问题除了将在生产过程中降低生物质能源转换效率外，还将严重拉低生产机组的电负荷率，致使厂内大量电能消耗在设备运行过程中。

2.4 燃烧耗材品质下降

考虑到成本因素，案例电厂在近年来的生产过程中对原有生物质耗材进行了品类变更，新的燃烧用耗材内部含有较多的水分及不可燃杂质，除此以外其内部可燃成分配比也相比初始耗材较为不合理。在材料进入火电锅炉前，入炉口处常因其材料形状的不规则和较大的颗粒直径而出现堵塞问题，而后当耗材正式进入能源转换生产中时，锅炉往往需要运行更长的时间用以确保炉内材料的充分燃烧与转换，进而加剧了厂内电负荷波动频率，不利于锅炉对用电负荷率的数值贡献，致使厂内综合用电率与运营成本有所上涨[4]。

2.5 机组运行参数调整

考虑到政治因素限制，目标电厂2020年起便接受到国家电力机组低参数运行的改革要求，并以此为时间节点对厂内负责电力生产的关键机组内部运行参数进行下调。但由于该厂所使用的生产设备型号较为古老，其内部参数下调后对生产产能的影响巨大，致使该年后厂内普遍出现机组能源转换效率下跌、发电供应数量减少以及设备整体电能负荷比率表现不佳的问题。

2.6 冷却装置上水调节

案例技术人员在对厂内设备例行检查历史记录进行查阅时发现，厂内1号、2号锅炉生产线旁路的水冷调节管道处存在节流损失隐患，在生产过程中厂内屡次发生因给水线路水泵节流调整一场所引发的区域电流波动，致使案例电厂线路内的局部出现电阻过高的用电损失，进而成为抬升目标能源企业用电率数值的重要因素之一[5]。

2.7 冷却辅助频繁启用

受到全球变暖的影响，2020年间高温天气明显增多，而为了保障电厂内部生产的安全性，在该年度内目标电厂为冷却水装置添加了风机辅助设备，而该设备的采用迅速在厂内生产进程中营造出了依赖性效果。在冷却水水温长期偏高的背景下，冷却辅助风机几乎在全年都处于高频运转状态中，而每台冷却辅助设备的运行都会为厂内机组生产用电率的数值表现增加0.3%[6]。

2.8 清洁能源设备损坏

参考厂内初始生产设计图纸，技术人员发现厂内存在一定数量的太阳能光伏能源接收设备，此类清洁能源的收集与利用将有效中和厂内电力能源的耗能过多现象。然而随着使用时间的增加，案例电厂内所搭设的太阳能装置已经在不同程度上遭受台风、暴雨等恶劣天气影响，其在厂内的能源贡献效率正呈现逐年递减的态势，目前已经不具备辅助电厂进行电力能源节约的功能。

2.9 员工节能意识薄弱

随着目标电厂多年来的发展，厂内员工团队逐渐扩大，因此厂内所使用的电力能源结构不得已向非电力生产线的部分进行倾斜。与此同时，厂内节能宣传的缺失，则为厂内员工各类不健康的用电行为埋下隐患，长期明亮的照明光源、全年开放的环境制冷等现象的出现无不影响着厂内最终的用电率数值[7]。

3 用电率优化措施

对生物质电厂生产过程中电能节约与损耗降低的关注，同样离不开厂内有序且科学的规章制度设计，经由同类企业发展文献经验参考，案例研究人员结合电厂实际生产情况从技术层面和管理层面分别提出了如下几点兼具操作性与实用性的方案意见。

3.1 运行技术管理方案

第一，尽可能协调布置低耗能设备在生产线中参与运行，以应用尽用的理念指导能源生产效能高的设备取代生产线内出力效率的设备，同时可以将此类替换后的设备作为企业生产中的备用机组，用以保证能源生产线的稳定性与安全性[8]。

第二，在冬季生产过程中加强关注厂内凝气设备的真空数值表现，在数值表现偏高时，尽量避免循环冷却系统同真空泵水设备的同时使用，进而起到节约生产所用电能的目的。

第三，将原有双线运行变压策略变更为单线变压供电方式，在将其中1台变压设备采用暗备用安装后，令剩余的1台变压设备全权负责厂内生产公用系统中的冷却循环水系统、综合生产用水系统、综合生产电力系统以及能源耗材输送系统。但需要注意的是，为了兼顾节能性与稳定性，能源耗材变电控制回路的控制场所必须要放置在控制室由专业技术人员进行细节手动操作，用以避免厂内各系统串联所带来的短路跳闸隐患[9]。

第四，将原有自动运行的冷却水辅助风机系统调为手动控制，同时厂内派遣专门技术人员对该系统进行负责，令其只在冷却水温高于运行安全阈值时运行，用以确保此类设备在电厂生产过程的耗电必要性。

第五，强制厂内已经安装自动化变频调节的生产设备在日常生产过程中以节能模式进行运转，尽量避免非必要情况下的全力运转，用以实现节能目的。

第六，增派人员管理燃料耗材锅炉入口，尽最大可能限制材料破碎设备的无用做功。

3.2 文明节能制度方案

3.2.1 生产用电

在生产机组开启前，现场管理人员应当采取科学性的生产规划，针对生产任务选择是否在机组启动时同步启用备用变电设备。同时还要关注各类辅助生产机组的协同效用发挥，如在机组启动之初可以采用仅开放一侧风机的策略，同时指导锅炉上水操作与点火操作的同步进行，用于降低辅助冷却水泵的整体启动时长[10]。

在生产机组停止过程中，为了避免由于电负荷骤降所产生的辅助系统能源浪费现象，厂内应当派遣经验丰富的管理人员专门负责停机过程中各类辅助系统的细节控制，帮助除生产机组外的各类辅助装置在第一时间停止非必要运行，用以从整体上减少厂内生产耗能。

在生产机组完全停止后，现场技术人员需要及时将该生产线上的冷却水线路切换至其他的运行机组上，并在观察到目标水泵数值达成停运指标后的第一时间关闭供水，用以兼顾生产锅炉的温度养护与厂内整体的节能控制。

3.2.2 非生产用电

第一，严格限制厂内员工活动区域的空调温度为25 ℃，避免非必要过分制冷，将更多电能资源专注于厂内生产活动。

第二，在保证抽风机正常运转前提下，限制以配电室为代表的非员工活动区域内的空调启用。

第三，将厂内照明模式由小区域单独操作转变为统一管理，并设置专人对其进行管理，重点避免白昼亮灯的能源浪费。

4 结 论

通过本文研究得知，生物质电厂内部发电机组的系统构成精密且运作逻辑性强，在集约型能源产业转型背景下，亟需从用电率指标出发，对厂内各生产机组采用减少能源浪费并提升能源转换率的有效措施。为此本次研究从ZJ电厂经营实际案例出发，参考其近两年来的经营数据表现，详细分析该厂用电率高居不下的技术性原因与设备基础因素，而后从运行技术管理和文明节能制度两个方面提出可操作性强的针对性建议，以此保障我国能源安全并有序推进现代化产业结构调整的可持续战略。