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纯火电电网节能潜力分析

文档作者：杨志平张培翟融融杨勇平文档来源：华北电力大学教育部“电站设备状态监测与控制”重点实验室，北京市“能源的安全与清洁利用”重点实验室		点击数：	更新时间： 2022年02月25日
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第29卷第4期
2008年8月
能源技术
ENERGY TECHNOLOGY
V01．29 No．4
Aug． 2008
纯火电电网节能潜力分析
杨志平，张培，翟融融，杨勇平
(华北电力大学教育部“电站设备状态监测与控制”重点实验室，北京市“能源的安全与
清洁利用”重点实验室，北京102206)
摘要：建立以火电机组煤耗特性为基础的纯火电电网能耗计算模型。利用这个模型计算某
电网在不同运行条件下的电网供电煤耗率；分析计算结果，总结出电网供电侧的各种节能潜力及其
对电网供电煤耗率的影响。
关键词：纯火电电网；煤耗特性；电网供电煤耗率；节能潜力
中图分类号：J242．3 文献标识码：A 文章编号：1005—7439(2008}04—0203-03
Analysis for the Energy Saving Potential of Thermal—power Grid
YANG Zhi-ping，ZHANG Pei，ZHAIRong-rong。YANG Yong-ping
(MOE s Key Lab of Condition Monitoring and Control of Power Plant Equipment。Beijing City s Key La b of Safe and
Clean Utilization of Energy Resources，North China University of Electric Power，Beijing 102206，China)
Abstract：The model of thermal-power grid energy consumption was built on the basic of characteristic of
thermal power units coal consumption．By using this model，the grid coal consum ption rate of power supply of some
gird was calculated respectively under different conditions． By comparing the results，all kinds of energy saving
po tential in terms of the gird generating side are achieved as well as their influences on the grid coal consum ption
rate．
Keywords：Therm al-power grid； Characteristic of coal consumption energy saving potential； Grid coal
consumption rate of po wer supply
我国电网以火电为主，截至2007年底，我国总
装机容量达到7．13亿kW，其中火电装机有
5．54亿kW，占总装机容量的77．7 ，发电量约占
全部发电量82．86 ，根据我国能源储备情况，煤电
机组将在很长时间内承担主要供电任务；但是，我国
目前火力发电的效率整体水平不高，2007年全国供
电煤耗357 g／kWh，与发达国家320 g／kWh相比仍
有37 g／kWh左右的差距[ ，节能潜力很大。
本文以纯火电电网为研究对象，以火电机组煤
耗特性为基础，建立了电网能耗计算模型，并利用模
型对各种影响煤耗的因素进行分析，这些因素包括
负荷调度方式、不同类型机组间的煤耗差异、电源结
构、实际煤耗与设计煤耗的差异等。通过计算不同
条件下某纯火电电网2006年夏季典型日的能耗，总
结电网的节能方向，以及各种节能潜力对电网供电
煤耗率影响。
1 火力发电机组的煤耗特性
一个火电厂通常有多个单元火电机组，火力发
电机组的耗量特性即为运行时燃料耗量B与输出
电功率P的关系特性。机组燃料耗量B与发电功
率P 的关系复杂，通常可用一个二次曲线近似表
示，当然也可用更高次的曲线来近似，但实践表明次
数增高并不能显著提高表达式的准确程度，只会使
问题的解析处理复杂化[2]。
同时，一般能够收集到的火力发电机组煤耗特
性曲线都是基于设计工况或热力试验工况，但是热
力试验与实际运行时的热力系统、设备完善程度、运
行条件、统计时间都有很大差别，实际运行煤耗率高
于热力试验值或设计值是很难避免的，并随机组运
行时间的推移差距加大[3]。因此，为了更好的接近
实际运行，本文中在计算能耗时使用了煤耗修正系
． 203 ·
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杨志平等：纯火电电网节能潜力分析
数是：
是=赭糟
2 电网能耗计算模型
根据实际情况设计了以下几种运行条件。
(1) 3·1 关停100 MW 以下小火电机组
模型中，单个火电机组煤耗量计算过程(见图
1)：首先根据一定的负荷调度原则得到电网中每台
机组负荷，然后根据煤耗特性曲线得到该机组的理
论标准煤耗量(根据设计工况或热力试验工况下的
煤耗特性曲线求得)，再乘以煤耗修正系数算出实际
煤耗量。
负荷 煤耗特性 煤耗修正
费暑 器生箍旦
图1 单个火电机组的煤耗量计算过程
当有竹台火电机组承担电网负荷，设其中第i
台随时间的负荷函数为P (￡)，理论标准煤耗量和
煤耗修正系数分别为B (P )和是 ，则t 到tz时段
内电网总标准煤耗量B -为：
B10I一Σ B -一Σ Bi[ ￡) 一
Σ I [口 P )。+ P )+c
fΣP —P。一0
I
约束条件：{ (Pi,max)～P ≥ (2)
I
1只， ≤ 只≤ 只．一
式中：Po为电网总负荷；只， ，P ． 为机组最小出
力和额定出力(最大出力)； 为系统最小备用容量，
是个常数；a ，b ，c 是机组i煤耗特性关系式中的
系数。
则t 到tz时段内电网供电煤耗率6 l为：
Σ是 ·B l
一— 一
、‘
． f [口 P + (￡)+ 3d￡
d
ΣP (￡)·(￡2一t1) (3)
式中：Q 是电网中第i台火电机组t 到t。时段内的
发电量。
3 电网运行条件的选择
为了分析电网能耗情况和节能潜力，研究工作
· 204 ·
火电机组容量的不同，煤耗和污染物排放量差
别很大：正常大型高效发电机组供电煤耗为290~-
340 g／kWh；中小机组则达到380 500 g／kWh，发
同样的电量，要比大机组多耗煤3O ～5O 。目
前，全国单机容量为1O万kW 及以下小的火电机组
1．15亿kW，占火电装机容量的24 。过高的小火
电机组比重是目前我国电力工业煤耗高的主要原
因_4]。因此，本文要以此为计算条件，通过实际计算
得到关停小火电对整个电网能耗水平的影响。
3．2 忽略煤耗修正系数
火电机组在实际运行的煤耗之所以高于设计值
原因很多，包括大量可控和不可控的因素，其中可控
因素主要有机组的运行工况、工作人员操作水平、设
备安装水平等，不可控因素主要有煤质、外界环境、
机组老化等。在运行中为了减小煤耗，使之尽可能
达到理论值，或者让煤耗修正系数是尽可能接近1，
就应该尽量减少可控因素的影响、减弱不可控因素
的影响。那么，煤耗修正系数到底对能耗产生多大
影响也是一个值得讨论的问题。
3．3 不考虑同容量级别机组之间的能耗差异
同容量级别的机组由于使用的发电技术不同，
设计生产和安装不同，能耗有高低之分。以
300 MW机组为例，根据2006年全国火电机组竞赛
统计值，参加竞赛的313台机组平均供电煤耗率为
338．60 g／kwh，而最优值仅312．89 g／kwh。在算
例中，为了比较这一差异对整个供电煤耗率的影响
分析节能潜力，根据实际情况，对同容量级别的火电
机组使用统一较优煤耗率值，具体数据见表1。
3．4 负荷调度方式
节能调度是在各机组间进行合理的负荷分配，
使总标准煤耗量B 最小，以达到有效节能降低供
电成本。由公式(2)可以看出，该负荷优化分配模型
属于二次规划问题，可以借助MATLAB中的优化
工具箱中的quadprog()函数为火电厂发电机组负
荷进行优化分配。这种优化方法具有编程简单、快
速准确的特点，而且能够得到比等微增率法更为优
化的结果；尤其当机组台数较多的情况下效果更
明显 。
作为比较，本文还将对现行计划调度进行计算。
根据调研，算例中电网现行的仍然是按照年度计划
实施发电调度的方式，即由政府相关部门制定发电
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杨志平等：纯火电电网节能潜力分析
年度计划，然后由电网调度部门按照发电年度计划
制定月度发电计划和日发电计划调度执行。这种调
度方式主要为了平衡各发电主体的利益，在年度发
电计划制定上，能耗高、效率低的中小火电机组和能
耗低、效率高的大型火电机组的年运行小时数基本
相当，都享有基本相同的发电小时数。
4 纯火电电网节能潜力分析
根据4种运行条件，利用模型计算某电网夏季
典型日的电网供电煤耗率，结果见表2。根据计算
结果，可以对纯火电电网的各类节能潜力进行分析。
表2 电网供电煤耗率的模拟结果 g／kWh
注：1)此时的计算条件与实际电网运行相同，可以认为是该典
型日电网的实际值。
4．1 关停小机组
由表2，关停100 MW 以下小机组，电网的煤耗
率从356．91 g／kWh下降到352．44 g／kWh，总煤耗
量减少约1．25 ，节能效果明显。如果进一步提高
高效的大机组比例，煤耗率的下将会更加明显。目
前，我国大力发展的是300 MW，600 MW，1 GM 级
别的超临界、亚临界机组[6]。
4．2 加强现有机组的改造和优化运行
600 MW 机组设计煤耗率为291 g／kWh，而实
际运行中达到328 g／kWh。加强机组改造和优化
运行，使煤耗尽可能接近理论值(煤耗修正系数k接
近1)，根据表2的第2和第3行电网煤耗率可以下
降7．82 g／kWh，总煤耗量减少约2．19 ，是几个运
行条件中节煤潜力最大的。
4．3 采用先进的设计和制造技术
采用先进的设计和制造技术，其实是对电厂设
备研发和生产提出更高的要求，例如采用高效低污
染的清洁煤发电技术。在算例中，如果同容量级别
机组采用先进发电技术，煤耗都达较优值，由表2的
第3和第4行电网煤耗率就可以下降6．85 g／kWh，
总煤耗量减少约1．92 ，所以通过技术改进来降低
煤耗也是一个重要发展方向。
4．4 优化调度方式，减少调峰损失
随着电网容量的扩大，调峰容量也会相应增加，
应优化机组的调度方式，减少调峰损失。通过节能
调度，电网的煤耗率可以下降5．51 g／kWh ，可是实
现节煤约1．54 ，还可以大量减少污染物的排放。
因此，全面替代现行的计划调度是大势所趋。
5 结语
本文主要以某个电网为例，在实际运行的基础
上改变运行条件，计算纯火电电网能耗并进行比较，
从供电煤耗率角度定量分析了纯火电电网的主要节
能潜力：关停小机组；加强现有机组改造和优化机组
运行；提高电厂设备的开发、设计和生产水平，达到
国际先进水平；优化调度方式，减少调峰损失。
参考文献：
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