《电能质量管理案例》63-74

调频调峰实践一、基本情况（一）单位简介千瓦超临界燃煤供热机组，总装机容量为70万千瓦，两台机组临清公司是临清市工业用汽的唯一热源，机组工业抽汽为旋转隔板调整抽汽，每台机组最大抽汽能力为350t/h，企业年均供汽量为300t/h。2021年开始承担临清市区的居民采暖，目前采暖面积已达到680万平方米。多年来，大唐临清公司认真履行能源央企责任，主动服务“双碳”目标，紧紧围绕新旧动能转换目标要求，全力以赴推动绿色低碳转型发展。（二）案例背景随着国家“2023年前碳达峰、2060年前碳中和”目标的提出，将新能源定位为能源转型的核心载体，截至目前非化石能源消费占比达20%左右，对火电机组的快速调频、调峰功能，提出了更高的要求。大唐临清公司因常年接带大流量工业供汽，加之冬季居民采暖抽汽，两台机组深调能力、调频品质问题受到严重影响。2号机于2020年进行协调优化后取得AGC-R模式资格，在不超过150t/h工业供汽的情况下能够参与调频，但综合性能指标太低无法中标。1号机因调频性能指标不合格，不具备调频能力。2020年两台机组调频净收入为-587万元。在新能源装机不断增加的背景下，尤其是光伏发电的快速增长，火电机组负荷曲线逐渐呈明显的“峡谷曲线”特征，即中间极低的深谷状曲线，且持续时间逐渐拉长，高负荷段主要集中在7-9时与17-21时，深调负荷段主要集中在11-14时，其余时间负荷较为平缓。2022年，1号机深度调峰累计1769小时，2号机累计1896小时；2023年，1号机深度号机累计1828小时。在风光大发火电机组深调期间，市场出清电价最低可至-0.1元/度，给火电企业经济效益带来极大的影响。若在低电价时进行机组启停操作，将面临无法满足工业供汽的需求，需要新增20MW左右的机组降出力，且频繁的启停也会带来更多的安全风险，故实现机组的热电解耦迫在眉睫。（三）案例概要大唐临清公司为快速适应当前电力市场的需求，破解当前因机组常年接带大流量工业供汽，调频、调峰能力不足的困局，实现两台机组具备快速调频、调峰的能力。通过多方调研论证，最终确定了机组联合化学储能、电极锅炉提升调频、调峰性能的技项目分为两部分，一是机组联合化学储能调频部分，通过借助化学储能快速充放电负荷，解决机组因接带大流量工业供汽调节性能差的问题，使带供汽机组具备快速响应电网负荷指令的能力，从而解决大唐临清公司在辅助服务市场板块，连年亏损的困通过投运电锅炉产生工业蒸汽供给工业用户，减少机组接带供汽量，在保证供汽需求的前提下，从而增加了机组的深调能力，减发电力市场低价电，增加了公司整体的盈利能力。二、主要做法与实践（一）化学储能调频部分大唐临清公司9MW/9MWh调频储能项目于2021年6月被山东省能源局评为第一批储能示范项目，2021年10月28日开工建设，同年底建成完工，于2022年3月份完成与山东省调的采用磷酸铁锂电池，成组布置12个标准集装箱。同步配套布置控制系统与消防报警均送至主厂房集控室，实现远程控制和报警建成后极大改善了两台机组的调频能力和调频品质，在双机运行带350t/h工业供汽工况下，双机Kp值均达到了3.68，均为山东省内火电机组调频储能指标最优。项目投产后大唐临清公司成立科技攻关小组，通过科技攻关解决了双机投调频和单机带全部供汽的问题，同时公司安排专业人员维护，极大提高了设备稳定性，投产至今运行稳定。化学储能调频项目接入系统方式：储能系统分为#1、#2两个子系统，分别对应容量5MW/5MWh，4MW/4MWh，分别接入1号、2号机组高厂变6kV母线A段和B段备用间隔，可分别辅助两台机组同时参与调频，亦可单独辅助单机参与调频。（二）电锅炉灵活调峰部分大唐临清公司建设60MW+6MW容量的电极锅炉项目，调额定电压为220/10kV的分裂绕组电锅炉变压器，预留2期电锅炉用电容量。该项目于2023年4月1日开工建设，2024年9月6日正式转入商业运行。项目投产后机组可增加全厂85MW深调能力，且能够提供95t/h工业供汽能力。按照临清热电现有深调能力，电锅炉投产后，实现联合深度调峰达到额定容量的25%，即深调至90MW。该项目具有长时间持续参与深度调峰的优势，在满足电网深度调峰的同时，产生的过热蒸汽并入厂用辅助蒸汽系统，兼顾机组启动用汽、居民采暖用汽，真正实现机组的热电解耦。电锅炉调峰项目接入系统方式：电锅炉加热变通过206-1和206-2刀闸分别从220kVⅠ、Ⅱ母线取电，经变压器变为10kV，再变为690V、380V供不同设备用电。电锅炉给水来自双机除氧器，压缩空气取自主厂房，机封冷却水取自工业供汽减温水，并配备锅炉给水泵2台，锅炉循环泵2台，加药装置1套。锅炉循环泵用于调整内筒液位，配合加入的磷酸三钠调节炉水的电导，共同调整锅炉负荷。在双机全停情况下可作为启动锅炉使用，通过工业供汽西线返送蒸汽至辅汽联箱，此工况下可提供温度为350℃、流量35t/h的启动蒸汽。三、成效与创新（一）实现调频、调峰、供热多方面提升1.安全、环保性提升方面电锅炉的产汽可以根据过热器的功率进行动态调节，通过管道的优化布置，不仅可以并入工业供汽，也可以作为应急启动锅炉使用，减少了因启动锅炉点火运行产生的污染物排放量，而且产汽速率更快、更稳定。在非采暖季电锅炉产生的过热蒸汽直接供给工业用户，减少机组供汽量提升深调能力，在采暖季的极端情况下，电锅炉的产汽可以返送至采暖抽汽管道，可提供250GJ/h的供热量，可以在极端情况下保证居民供热的安全可靠性。同时在保证机组调频指标的前提下，适当降低机组的负荷变化速率，机组的主汽压力、主汽温度、再热汽温度等各项指标波动幅度，均较改造前降低明显，大大提升了机组各主要设备的安全性。2.机组调频指标提升方面临清公司两台机组由于接带大流量工业供汽，在未实施化学储能、电锅炉联合机组项目改造前，机组调频各项指标均值：调节速率K:11；调节精度K2:1.09；响应时间K3:1.76：综合性能指标Kp值：2.08，调频里程3500MW。其中1号机组由于调频指标不合格，被取消调频资格。改造项目实施后，目前机组调频各项指标均值：调节速率K:3；调节精度K2:1.61；响应时间K3:1.78：综合性能指标Kp值：3.68，调频里程11000MW。连续多月综合性能指标排名位列山东省前五名，从改造前的调频指标不达标，被迫取消调频资格，到机组调频指标名列省内前茅，机组调频性能有了质的提升。机组调峰性能提升方面：在未实施化学储能、电锅炉联合机组项目改造前，居民供热季双机运行方式下，全厂的调峰负荷区间：620—350MW；居民供热季单机运行方式下，全厂的调峰负荷区间：250—230MW，且不满足山东省“三改联动”存量供热机组最小技术出力不高于40%额定出力的要求。项目改造实施后，居民供热季双机运行方式下，全厂的调峰负荷区间265MW；居民供热季单机运行方式下，全厂的调峰负荷区间：250—140MW。W、85MW，同时达到了山东省“三改联动”存量供热机组最小技术出力不高于40%额定出力的要求。（二）经济效益显著1.项目投资情况大唐临清公司60MW+6MW容量电锅炉调峰供热灵活性改造项目一期投资4900万元，9MW/9MWh电化学调频储能项目投资2989万元，设计使用寿命30年；化学储能、电锅炉联合机组快速调频、调峰项目总投资7889万元，磷酸铁锂蓄电池SOC值不低于80%，设计使用寿命2.5年。2.项目整体收益情况电锅炉调峰收益：结合山东省电力市场2024年运行数据情况，2024年日前出清价格低于112.35元/MWh累计1325小时，出清电价均值为-34.65元/MWh。按照现货市场日前出清价格低于112.35元/MWh投运电锅炉，综合考虑电锅炉爬坡速率及备用投运情况，预计年利用小时数约950小时，按照发电变动成本333.10元/MWh测算，电锅炉项目全年收益1081万元。电化学储能调频收益情况：结合近三年山东省调频辅助市场收益及分摊情况，临清公司两台350MW机组若不参与调频服务市场，月均参与调频分摊95万元。参照2024年临清公司参与调频市场的收益情况，两台机组月均调频收益485万元。综合计算电化学储能调频项目投入后，调频辅助服务收益月均增加580万元，项目全年收益6960万元。化学储能、电锅炉联合机组快速调频、调峰项目整体年收益达8000万元以上，综合测算投产1年便可收回全部投资成本，对公司的经济效益提升明显。（三）示范效应电化学储能调频项目采用1C倍率电池，储能辅助调频系统的投运，还可以降低机组在AGC-R模式运行下机组寿命的损耗度，如：减少汽机DEH系统阀门调节的频次，降低其发生故障几率；还可以减少锅炉燃烧系统的扰动，平缓主汽压力温度的变化；稳定燃烧系统，降低脱硝反应器入口氮氧化物的突变，减少其调整频次和喷氨量。同时储能系统能够承担更多的调节负荷，减轻机组负荷调节压力，获得更高调节性能指标。系统灵活性实现单机运行时带全部供汽投入调频，双机运行时双投调频，综合实现机组在现有低热值煤种情况调频运行的控制策略优化。电锅炉储能项目在负荷低谷时段投入运行，增加全厂66MW的深调能力，同时可产出95t/h的工业供汽，替代机组部分工业抽汽，机组本身负荷可进一步降低，综合计算全厂可提升85MW左右的深调能力。相对于其他储能形式，电锅炉储能项目可实现连续调峰的功能，项目优势明显。设置电锅炉供汽引入进一步提高了企业保暖保供的安全性。四、总结与建议随着电力市场改革的不断深化，以及风电、光伏等新能源装机的不断提升，传统火力发电企业“压舱石”作用不断凸显，同时对传统火力发电企业的快速调频、深度调峰性能要求会越来越高。化学储能、电锅炉联合机组项目的实施，不仅满足电