新型电力系统下火电机组灵活性运行技术发展及挑战

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23079

发电技术 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 189-198.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23079

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新型电力系统下火电机组灵活性运行技术发展及挑战

王放放¹, 杨鹏威², 赵光金¹, 李琦², 刘晓娜², 马双忱²

^1.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南省郑州市 450000
^2.华北电力大学(保定);环境科学与工程系，河北省保定市 071003

收稿日期:2023-07-24 出版日期:2024-04-30 发布日期:2024-04-29
通讯作者: 马双忱
作者简介:王放放(1991)，男，硕士，工程师，从事电力储能技术研究，939882516@qq.com；
马双忱(1968)，男，博士，教授，从事燃煤大气污染控制教学与研究，本文通信作者，msc1225@163.com。
基金资助:
中央引导地方科技发展资金项目(236Z3703G);国网河南省电力公司电力科学研究院科技项目(52170222000Q)

Development and Challenge of Flexible Operation Technology of Thermal Power Units Under New Power System

Fangfang WANG¹, Pengwei YANG², Guangjin ZHAO¹, Qi LI², Xiaona LIU², Shuangchen MA²

^1.Electric Power Science Research Institute of Henan Electric Power Company, Zhengzhou 450000, Henan Province, China
^2.Department of Environmental Science and Engineering, North China Electric Power University (Baoding), Baoding 071003, Hebei Province, China

Received:2023-07-24 Published:2024-04-30 Online:2024-04-29
Contact: Shuangchen MA
Supported by:
Central Government Guides Local Science and Technology Development Fund(236Z3703G);Science & Technology Project of Electric Power Research Institute,State Grid Henan Electric Power Company(52170222000Q)

摘要/Abstract

摘要：

“双碳”背景下，新能源开始大规模并网发电，但新能源发电的随机性与波动性对电网造成一定冲击，亟需构建新型电力系统。在这一过程中，作为电力系统的基石，传统火电将向提供可靠容量、调峰调频等辅助服务的基础保障性和系统调节性电源转型，火电机组的灵活性改造成为必然选择。分析了构建新型电力系统的阶段性目标及面临的困难与挑战，探讨了现阶段火电机组灵活性改造遇到的问题，结合火电运行数据，分析火电机组配置储能设备的技术途径。研究认为：构建新型电力系统过程中存在着电力系统不稳定、传统火电转型困难、能耗大、环保压力大等问题；火电机组本体的灵活性改造面临调峰能力不足、运行成本较高、负荷响应慢、运行能耗大及安全性不高等问题；通过火电加储能的运行模式会带来较好的经济效益和环境效益。

关键词: 新型电力系统, 火电机组, 次同步振荡, 线性自抗扰, 阻抗模型, 直驱式风机, 弱电网

Abstract:

Under the background of “dual carbon”, new energy sources have begun to be connected to the grid on a large scale. However, the randomness and volatility of new energy generation significantly impact the power grid, making it urgent to build a new power system. As the cornerstone of the power system, traditional thermal power will transform into a basic security and system regulatory power supply, providing reliable capacity, peak regulation and frequency modulation and other auxiliary services. The flexible transformation of thermal power units has become an inevitable choice. The phased objectives, difficulties, and challenges of building a new power system were analyzed, along with the problems encountered in the flexible transformation of thermal power units at the present stage. Combined with thermal power operation data, the technical ways of configuring energy storage equipment for thermal power units were analyzed. The research shows that there are several issues in building a new power system, such as power system instability, difficulties in transforming traditional thermal power, high energy consumption, and environmental pressures. The flexibility transformation of thermal power units faces challenges such as insufficient peak regulation capacity, high operation costs, slow load response, high operation energy consumption, safety concerns, etc. The integration of thermal power and energy storage will bring better economic and environmental benefits.

Key words: new power system, thermal power units, subsynchronous oscillation, linear active disturbance rejection control, impedance model, direct-driven wind turbine, weak grid

中图分类号:

TK 01

王放放, 杨鹏威, 赵光金, 李琦, 刘晓娜, 马双忱. 新型电力系统下火电机组灵活性运行技术发展及挑战[J]. 发电技术, 2024, 45(2): 189-198.

Fangfang WANG, Pengwei YANG, Guangjin ZHAO, Qi LI, Xiaona LIU, Shuangchen MA. Development and Challenge of Flexible Operation Technology of Thermal Power Units Under New Power System[J]. Power Generation Technology, 2024, 45(2): 189-198.

图/表 7

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灵活性参数	中国煤电		世界先进机组
灵活性参数	已建机组	改造潜力	世界先进机组
最小出力/%	50	30	20
爬坡速率/(%/min)	1~2	3~6	4~5
热态启动时间/h	3~5	4	1.5~2.5
冷态启动时间/h	10	5	<10

灵活性参数	中国煤电		世界先进机组
灵活性参数	已建机组	改造潜力	世界先进机组
最小出力/%	50	30	20
爬坡速率/(%/min)	1~2	3~6	4~5
热态启动时间/h	3~5	4	1.5~2.5
冷态启动时间/h	10	5	<10

参数	负荷
参数	30/%	40/%	50/%	60/%	75/%	85/%
煤耗率/[g/(kW⋅h)]	342	326	313	305	305	305
年运行时间/h	200	300	800	1 000	1 500	2 000
燃煤单价/(元/t)	1 350	1 350	1 350	1 350	1 350	1 350

参数	负荷
参数	30/%	40/%	50/%	60/%	75/%	85/%
煤耗率/[g/(kW⋅h)]	342	326	313	305	305	305
年运行时间/h	200	300	800	1 000	1 500	2 000
燃煤单价/(元/t)	1 350	1 350	1 350	1 350	1 350	1 350

污染物	负荷
污染物	30%	40%	50%	60%	75%	85%
CO₂	53 920	102 494	328 024	479 460	898 988	1 358 470
SO₂	175	333	1 064	1 556	2 917	4 407
NO _x	152	289	926	1 354	2 539	3 837

新型电力系统下火电机组灵活性运行技术发展及挑战

Development and Challenge of Flexible Operation Technology of Thermal Power Units Under New Power System

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Metrics

储能技术	能量密度/(W⋅h/kg)	响应时间	储能周期	使用寿命/a	经济成本/(元/kW)	安全与环境问题
抽水蓄能	0.5~15.0	小时	数小时至数月	30~60	5 000~6 000	受地形、气候影响较大，水资源匮乏地区较难实现
电池储能	2.0~15.0	秒至小时	数分钟至数天	5~15	2 000~4 000	存在电池的化学成分对环境污染问题以及本身的安全问题
氨/氢化学储能	350.0/45.0	小时	数小时至数月	—/5	20 000	无污染，但目前存在技术问题
热储能	80.0~200.0	小时	数分钟至数月	5~15	400~800	存在腐蚀等问题以及北方地区的热损问题

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