节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法.pdf

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节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法1 节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法2 节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法3 节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法4 节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法5 节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法6
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第39卷第4期2011年2月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControl、b1.39NO.4Feb.16,2011节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法张慧琦,常永吉,唐大勇,王松岩,陈骞,李志刚1,王玉奇,于继来(1.黑龙江省电力有限公司,黑龙江哈尔滨150090;2.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150001)摘要:编制月度电能计划的传统方法主要基于平均分配发电量及利用小时数的方式,相对简单和粗略,与新形势下实施节能减排发电调度不相适应。提出了一种节能发电调度模式下制定火力发电单元月度电能计划的方法。该方法在给出节能发电调度序位表和组合优先级方案的同时,即可直接获得发电单元月度电能子空间。计划制定过程除考虑机组装机容量、检修、负荷系数等基本信息外,还侧重计及了火电机组的能耗、排放指标信息。算例表明,由新方法制定的月度电能计划,具有节约燃煤、减少污染物和c0排放的效益,但也可能会引起电网公司购电成本的上升。关键词:电力网络;火力发电单元;节能;减排;月度电能计划;发电调度模式Amonthlyelectricenergyplanmakingmethodofthermalpowergenerationunitinenergy-savinggenerationdispatchingmode—ZHANGHuiqi,CHANGYong ̄i,TANGDa-yong,WANGSong.yan,CHENQian,LIZhi.gang,WANGYu.qi,YUJi.1ai(1.HeilongiiangElectricPowerCompanyLimited,Harbin150090,China;2.HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Thetraditionalmethodofmakingmonthlyelectricenergyplanismainlybasedontheaveragedistributionofgenermingcapacityandusinghours,whichisrelativelysimpleandcrude,andisincompatiblewiththeenergysavingandemissionreductiondispatchingmodeofgenerationunits.Amethodforenergy-savinggenerationdispatchingmodeisproposedformakingmonthlyelectricenergyplanofthermalpowergenerationunit.Themethodgivesgenerationdispatchingsequencetableandprogramsaboutcombinationpriority,andatthesametimeCanobtainthemonthlyelectricenergysubspaceofeachgeneratingunit.Theplanningprocessconsiderstheunitcapacity,maintenanceplan,loadfactorandotherbasicinformation,andalsofocusesonconsideringthethermalpowerunitenergyconsumptionandemissionindexinformation.ExampleshowsthatthemonthlyelectricenergyplanmadebythenewmethodhasthebenefitsofsavingcoalandreducingemissionsofpollutantsandCO2,butmayalsocauseriseofpurchasingelectricitycostsofgridcompany.ThisworkissupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.50877014).Keywords:electricpowernetwork;thermalpowergenerationunit;energysaving;emissionreduction;monthlyelectricenergyplan;generationdispatchingmode中图分类号:TM73文献标识码:A—文章编号:16743415(2011)04-0084.060引言“”建设资源节约型、环境友好型【lJ社会的总体战略,迫切要求对现行发电调度方式进行改革。为此,国务院颁布了《节能发电调度办法(试行)》L2J,要求降低能源消耗,减少污染物排放。目前,作为电能计划重要组成部分的月度电能计划,传统方法基本上采取平均分配发电量及利用基金项目:国家自然科学基金资助项I:1(50877014)小时数的模式【3】,相对简单和粗略,与节能减排发电调度不相适应。因此,应合理改进发电调度模式,积极促进节能、环保、经济调度的实施【5】。“根据《节能发电调度办法(试行)》规定:同类型火力发电机组按照能耗水平由低到高排序,节能优先;能耗水平相同时,按照污染物排放水平由”低到高排序。根据此办法,省级电网的主要机组发电序位大致为:(I)风电单元;(II)水电单元;(III)“”按以热定电方式运行的燃煤热电联产机组;(IV)非供热火电机组。张慧琦,等节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法.85.结合我国目前许多省份的实际电源结构分布情有D天)的电能值为,则其满足关系:况,对月度电能计划制定问题,可依据上述发电序位,首先将第(I)、(II)、(III)类发电单元列入组合方案,而第(IV)类非供热火力发电单元具体组合方案则需要结合机组能耗和污染物排放水平以及该类单元计划电能总空间等信息确定。由此可见,第(IV)类非供热火电机组实际上充当了边际类机组集合的角色,它们成为制定月度电能计划的主要对象【6J。其中,文献[7.9]的三种方法能够适应不同应用侧重的需求:综合耗量优化法【7]可考虑月度电量波动特性及其对综合耗量非线性的影响;综合成本加权法L8】可在负荷率偏差调整约束范围内、根据多指标综合加权的结果对相关发电单元/机组的月度电能交易计划进行适当调整;负荷率偏差法【9】可在负荷率偏差调整约束范围内、根据多指标综合排序结果对部分发电单元/机组的月度电能交易计划进行适当调整。文献【7.9】的方法是介于传统方法与节能调度方法之间的一种折中和过渡,凡是未关停的直调机组均能获得相当比重的电能计划指标,其执行节能减排调度的力度不够彻底,有待改进。基于上述分析,本文研究了节能发电调度模式下如何模拟制定非供热火力发电单元月度电能计划的方法,在综合考虑煤耗和污染物排放水平的条件下,给出了非供热火电单元月度电能计划组合方案和具体形成月度电能计划的计算方法,并将该方法计算结果与传统方法计算结果进行了对比分析,以侧重考察对系统相关因素的影响。1非供热火电单元组合方案与月度电能总空间分解方法1.1有关电能空间之间的相互关系设非供热火电单元集合待制定计划月份的发电口径电能总空间为它需要依据机组能耗和污染物排放水平等信息,分解到各个非供热火电单元。其中,哪些非供热火力发电单元参与的分解决定了最终的组合与计划方案。组合方案与计划值可以在一个过程中同时完成。设可能参与分解的非供热火力发电单元总Ⅳ数为,第f单元最终分解的电能子空间为,它们满足如式(1)关系:N∑=(1)i=1对等于0的单元,表示其未能进入月度电能计划组合方案。当求得后,随后的工作就是将其分解到计划月份的某一天中。设分解到第d天(设计划月份共∑‘’=Ⅳ(卢1 ̄)(2)d=1Ⅳ.)=((d=--1 ̄D)(3)‘式(3)表示所有非供热火电单元某日的电能分解值之和应等于该日的此类发电单元集合的总发电空间,它由该日的负荷系数乘以得到。上面阐述了非供热火电单元集合发电口径月度电能总空间、各单元电能子空间及其每日的分解值之间的关系。接下来重点分析如何进行分解以及如何确定组合方案的问题。1.2组合方案与月度电能总空间的分解将月度电能总空间分解到各单元的具体步骤如下:a)非供热火电单元能耗与排放指标的分档与单元组合优先级的确定设第f个单元单位电能煤耗平均水平为,g/1(wh,单位电能污染物排放综合治理成本为,元/kWh,单位电能上网电价为尸rj,元/kWh。“依据《节能发电调度办法(试行)》:同类型火力发电机组按照能耗水平由低到高排序,节能优先;能耗水平相同时,按照污染物排放水平由低到高排”序。对月度电能计划,可以参照上述精神执行。对所有非供热火电单元,依据的最大和最小值,进行单位电能煤耗平均水平分档处理;类似地,依据的最大和最小值,进行单位电能污染物排放综合治理成本分档处理。具体分档数量如下:M=int『—坐1+1(4)~印M,=im『【_1+1(5)~唧式中:。。。为单位电能煤耗平均水平分档间距,g/kWh ̄为单位电能污染物排放综合治理成本分档间距,元/l(Wh;分别为单位电能煤耗平均水平的最大和最小值,g/kWh ̄i分别为单位电能污染物排放综合治理成本的最大和最小值,元/kWh。由式(4)和式(5)可知,当min+(kl-1)0C1step--< ̄l<a'lmin十1step(6)时(兰1),该单元单位电能煤耗平均水平被归到第k1档:当cmin+(k2-1)ohstepc<min+k2 ̄2step(7)时(=l卅),该单元单位电能污染物排放综合治理成本被归到第档。.86.电力系统保护与控制于是,非供热火电单元被组合的优先级次序按如下方式确定:按照单位电能煤耗平均水平档次数值由小到大排序,小者优先;单位电能煤耗平均水平档次相同时,按照单位电能污染物排放综合治理成本档次数Ⅳ值由小到大排序,也是小者优先。于是个非供热火电单元就被赋予了不同的组合优先等级,记为r[1,。b)组合优先级高的单元(f数值低者)的月度电能子空间的确定设优先级处于第1~^,Dr的单元已经正式进入组合方案,且其月度电能子空间也已经求得,接下来就要决定优先级等于r+l的单元是否进入组合方案?如果正式进入组合方案,其月度电能子空间又应该是多少?设优先级等于+1的单元原先的单元序号为i,则其是否被组合以及月度电能子空间结果由下述关系确定:≥ifAW>0andAWifAW>0andAW<f(8)△ifW=0∑AW=一(9)1~D=’【24D-Z(c)】(10)d=l式中:AW为优先级处于第l单元承担电能计划后剩余的发电空间,万kWh;Ci为第f个非供热火电单元装机容量,万kW;为第i个非供热火电’单元计划月份第d天的检修容量,万kW;为第i个非供热火电单元计划月份第d天检修容量对应的检修小时数,h;为第i个非供热火电单元相对于额定容量的负载率。可以通过整定不同的,对节能减排发电调度的力度进行动态调整。在过渡期,为防止高性能机组占有了过多的电能计划空间、导致给其他相对低性能机组所剩余的电能计划空间较小的问题,可以根据具体情况将整定得略低些;经过一段时问后,可以随着节能减排发电调度力度的不断提高而逐步增加,例如600MW大机组的最终可以提高到0.9或0.95左右,以便充分发挥高性能大机组的节能减排优势。至此,就求得了依照《节能发电调度办法(试行)》而获得的各非供热火电单元月度电能子空间(等于0值为没能进入组合方案)。因此,上述过程同时完成了组合方案和月度电能子空间形成两件事情。2非供热火电单元月度电能计划编制方法在第1节求得各单元月度电能子空间后,接下来就要具体计算计划月份各单元的月度电能计划值。设最终纳入月度电能计划组合方案的非供热火力发电单元集合为它包含的单元数N。各单元月度电能计划值的计算过程如下:首先根据各单元某日实际可用满容量发电量占集合中总的可用满容量发电量的比重折算出第i个单元第d天的计划初值:㈤:∈)(fs2)(11)24C∑[j一]。该式结果满足第d天集合中所有单元计划值之和等于约束。然后利用上述结果及约束再按如下方式修正计划值:():rL(1 ̄D)(12)∑只要各单元满足约束,集合自然就满足约束。由于由式(12)计算的结果,可能又不满足d)约束,故需要再次修正:因此,利用式(12)和式(13)交替迭代若干’次,就可以得到同时满足和约束的解。需注意,在上述交替迭代求解过程中,或‘还需满足最大可发电量约束,即其值 ̄t,44-足如式(14)关系:‘’‘或【24一】(14)至此,就求得了集合中所有单元计划月份的具体计划值(分解到所在月份的每一天)。3算例3.1计算条件设某系统内参与月度电能计划制定的直调非供热火力发电机组及其基础数据列于表1,其中,最后一列为由1.2节方法形成的机组组合优先等级(由于0●●●●●●●●●●●,,,、l=张慧琦,等节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法.87.实际系统中暂缺乏具体排放数据,故表1优先等级主要依据能耗指标形成,当能耗指标相同时,具有脱硫装置的机组优先等级靠前);非供热火电机组集合某计划月份(以4月为例)的电能总空间为362629万kWh。4月份的负荷系数如表2所列。在计算过程中取发电企业平均购煤价格为480元/t,电网公司平均购电价格为0.60元/l(wh,另外,考虑到厂用、旋转备用率等因素,在计划模拟计算过程中,式(10)中的取0.88。表1机组基础数据Tab.1Basedataofgeneratingunits计划月份等上网电价单位电能煤电装机/是否优先机组效检修电能/(元/耗平均水平/厂万kW脱硫等级/l(WhkWh)(g/kWh)310O_38384815.20O-3835376330.365313213O0.380328322300.38032833360158400.3653l0l、l200.307353是622O0.307353是6432l0.307352是442160480.307352是4I5600.36531O15660158400.3653lO1l2O0.36735372200.367353763600.3673lOl4600.3673101l2O0.3ll35372200_3II353732O6720O-3l135377’42067200_3ll3537152OO-3113537620OI3Il3537l1O69600.34838482100.34838483100.348384884lO0.34838485210.34835256’210.34835257200.3483537表24月份负荷系数Tab.2LoadcoefficientsofApril‘日12345678负荷系数0.03520.03520.03520.02820.02820.03520.03520.0352日91O111213141516负荷系数0.03520.03520.02820.02820.03520.03520.03520.0352日l7l819202l222324负荷系数0.03520.02820.02820.03520.03520.03520.03520.0352P日252627282930合计负荷系数0.02820.02820.03520.03520.03520.035213.2发电计划及对电网相关因素的影响为对照,表3给出了4月份按照节能发电调度模式和传统方式(有效单位容量等利用小时数)所获得的电能计划值。限于篇幅,表3只列出了各单元月度电能子空间计算结果。表3各单元月度电能计划手空间Tab.3Monthlyelectricenergyplansubspaceofunits电厂机组传 ̄/Jg-kWh节能发电调度模式/万kWh35284.O81510568.177528.5O^6l7437.4720908_80115852.25l9008.002215852.2519008.003320079.5224076.80110568.1712672.00210568.1712672.0043ll096.5713305.6046657.947983_3653I704.5O38016.005620079.5224076.80110568.177528.5O210568.177528.506331704.50380l6.O043l704.5038O16.0OrLl10568.177528.5O210568.177528.5035636-364O15.2O745636-3640l5.205l0568.177528.5O610568.177528.501l76.1425284.0835284.O8845284.085l1096.57l3305.6O611096.57l3305.6O710568.1Y7528.50.88.电力系统保护与控制由表3可见,对节能发电调度模式,部分性能低劣的机组,无法进入月度电能计划组合方案,处于无计划电能可分的境地。与表3结果对应的电网公司购电成本、发电机组煤耗列于表4。表4不同模式时的月度电能计划对有关影响的因素对比Tab.4Comparisonsofcorrelativeinfluencingfactorformonthlyelectricenergyplanindifferentmodes传统方式节能发电调度模式电厂机组购电成本/万元煤耗/万t购电成本/万元煤耗/万t32007.952.030.0O0.001540l5.9O3.732860.832.6666364.685.467631.716.54}2l6023.865.207223.046.2326023.865.2O7223.046.23l337329.026.228788.O37.4613244.433.733890_304.4723244.433.733890-304.47433406.653.914084.824.6842043.992.342450.892.81511572.149.8313875.84l1.78567329.O26.228788.037.46l3878.523.732762.962.6623878.523.732762.962.66631l635.559_83l3951.8711.78411635.559.83l3951.87l1.78l3286.703.732341.362.6623286.703.732341362.6631752.911.99l248.731.42741752.9l1.991248.731.4253286.703.732341.362.6663286.703.732341.362.66161-300.07O.0OO.0021838.862.03O.000.003l838.862.03O.0OO.OO841838。862.03O.OO0.OO53861.613.9l4630.354.6863861.613.9l4630.354.6873677.723.732619.922.66合计127265.5l121.33127880.0ll19.17由表4可知:(1)对传统方式,电网公司从非供热火电单元购电的总费用为127265.51万元,而对节能发电调度模式,电网公司购电总费用增加到127880.O1万元,增量为614.5万元,增加率为0.4%。(2)对传统方式,非供热火电单元的总煤耗为121.33万t,而对节能发电调度模式,煤耗降到119.17万t,降低量为2.16万t,降低率为1.7%。(3)若以电网发电用煤平均价格480估算,因节约2.16万t煤而折合节约的购煤成本为1036.8万元。(4)因节约2.16万t煤而减排的CO2量为:2.16万tx2620kg/t=O.56592亿。若按火力发电厂CO2治理成本0.03元/kg(较低碳税率)估算,则可节约CO2治理成本169.776万元。随着碳税率的逐步上调,如增加到O-3元/kg比较正常的价位,则可节约CO2治理成本1697.76万元。此处只分析了在CO2减排方面的效益,如果再包括硫化物、氮化物、灰渣、废水等排放治理成本的节约效应,则效益会更加显著。(5)由上述结果可得,节能发电调度模式相对于传统方式,正效益之和:燃煤成本节约量+CO2治理成本节约量(暂不计其他污染物治理成本节约效益)=l036.8+1697.76=2734.56万元。该值减去电网公司购电成本上升量614.5万元,可得全系统(包括发电企业、电网企业、环境与社会)的净效益=—2734.56614.5=2120.06万元。可观的净效益为今后从市场机制角度设计能够使有关各方共赢的节能发电调度利益分配机制奠定了经济基础。4结论本文方法基于节能发电调度序位表和组合方案,除考虑机组装机、检修、负荷系数等基本信息外,还侧重计及了火电机组的能耗、排放指标信息,有效地在月度电能计划制定过程中贯彻了节能发电调度精神。计算结果说明,节能减排发电调度,在取得明显的节能减排效果的同时,电网公司的购电成本可能会随之上升。但全系统净效益可观的事实也为今后从市场机制角度设计能够使有关各方共赢的节能发电调度利益分配机制奠定了经济基础。参考文献[1]李鹏,张勇军,谭伟聪,等.长安配网节能降耗潜力评估研究[J].电力系统保护与控制,2009,37(14):97.100,l04.LIPeng,ZHANGYong-jthrl,TANWei-cong,eta1.StudyonenergysavingpotentialassessmentforChangandistributionnetwork[J].PowerSystemProtectionandControl,2009,37(14):97-1O0,104.张慧琦,等节能发电调度模式下火力发电单元的月度电能计划编制方法.89(上接第83页continuedfrompage83)DONGGu—n-zhen,HEJinghan.Causalanalysisandcountermeasureonharmonicresonanceinlocalcircuitof[4][5][6]E73—electricpowersystems[J].Relay,2007,35(1):7784.田友元.电力系统并联电容器运行的谐波问题[J].电力电容器,1999(2):1-7.赵登福,刘昱,夏道止.考虑开关动作次数约束的配电网无功电压控制方法的研究[J】.西安交通大学学报,—2003,37(8):783786.ⅪZHAODeng-fu,LIUYu.ADao-zhi.Reactivepowe/voltagecontrolofdistributionsystemconsideringtheconstraintofthemaximumallowablenumberof’switchingoperations[J].JournalofXiallJiaotong—University,2003,37(8):783786.张伏生,李燕累,汪鸿.基于Tabu搜索算法的配电网—电容器优化配置[J].电网技术,2003,27(4):7275.ZHANGFu.sheng,LIYan.1ei,WANGHong.OptimaconfigurationofcapacitorsindistributionnetworkbasedonTabusearchalgorithm[J].PowerSystemTechnology,2003,27(4):72.75.赵勇,韩春立,李建华,等.兼顾降低网损和抑制谐波要求的配电系统优化运行『J1.中国电机工程学报,2003,23(1):7-10.’ZHAOYong,HANChun-li,LIJian_huaeta1.DistributionnetworkoptimaloperationforlOSSreductionandharmonicmitigation[J].ProceedingsoftheCSEE,2003,23(1):7.10.[8]李珊君,腾福生.有谐电网无功优化的灵敏度分析法[J].四川大学学报:工程科学版,2000,32(2):81.84.—LIShan 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大叔大爷
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