热电联产与热电解耦的概念、意义及实施方式分析

来源:智见能源

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关键词:热电联产 热电厂 热电机组

    热电联产是一项综合利用能源的技术,实现了节能,改善了环境条件,提高了居民生活水平,在我国城镇化进程中,为解决日益增长的电力供应与城市供热起到了积极的作用。但热电联产把电厂的发电与用户的用热紧密联系,降低了灵活性。因此,只有对城市规划和集中供热区作统筹安排,在热负荷充分保证的条件下,确定合理的建设方案,才能收到良好的综合效益。


    (来源:智见能源 ID:SmartEnergyView 作者:SmartView)


    一、热电厂与热电联产概念


    热电厂,是以热定电,以供热为主要目的发电厂。其下游客户是热力公司及用热企业。热力公司的下游客户主要是城镇居民。热电联产是指发电厂既生产电能,又利用汽轮发电机做过功的蒸汽对用户供热的生产方式,即同时生产电、热能的工艺过程,较之分别生产电、热能方式节约燃料。热电联产的蒸汽没有冷源损失,所以能将热效率提高到80%以上。


    从生产及工艺的特点来说,热电厂与热电联产工程都是通过抽汽式汽轮机或背式汽轮机,对外供满足工厂生产及居民采暖所需的蒸汽热源,同时产生将发出的电能并入电网。在我们概念里,并没有将两者加以严格的区分,热电厂对供热的条件约束性更强烈一些,而热电联产较之在热电比的配比上要则灵活与宽松。


    当前热电联产项目发展面临新的外部条件约束:


    (1)可再生能源上网要求:为了解决弃风弃光问题,国家提出了火电深度调峰的路线;


    (2)电网政策:为配合深度调峰,某些地区电网对一定负荷以下发电有可观的补贴,并对无法调峰的电厂有罚款;


    (3)供热能力限制:某些热电厂由于供热能力的限制,冬季通常采用以热定电的方式运行,调峰能力受到热负荷的制约。


    二、热电解耦及其意义


    热电解耦是对热电机组进行适应性的深度调峰,压低负荷运行,通过技术改造,将供热产生的电负荷就近消纳,或者通过电能替代、电制热锅炉将所发的电能直接转化为热能储存,在需要供热时通过热电厂的管网送出。通过这种方式,将热电厂的热电产出解耦,在供暖季将发电的空间腾挪出来,给新能源机组创造电能消纳的条件。


    截止到2015年底,我们国家水电、风电和太阳能发电装机容量分别达到3.2亿、1.3亿、420万千瓦,居世界第一位,可再生能源发电总量位居世界第一。可再生能源快速发展的同时,我们国家有些地区弃风、弃光的矛盾比较凸显,特别“三北”地区尤为严重。这是伴随着我国能源结构调整变革的新问题,新现象。新能源的装机占比逐年提升,新的结构矛盾日益突出,新能源的消纳成为我们面临的严峻挑战。当前我国电源结构以火电为主,而且至少10年内这个结构都很难有根本性改变。以“三北”地区为例,在采暖季的时候,由于70%以上煤电都是热电机组,即使在保障供热的最小出力状态下,很多省份的风电接纳空间都已大大受限,低负荷时期电力更是难以平衡,据统计,当前90%的弃风时间发生在供暖季。


    将“热电联产”机组进行“热电解耦”是能源在新形势、经济在新常态下的必然选择。将热电机组进行适应性的深度调峰,压低负荷运行,在供暖季将发电的空间腾挪出来,给新能源机组创造电能消纳的条件,化解“三北”地区弃风、弃光问题。


    三、热电解耦的实施方式


    对于热电联产机组机组,可以通过增加例如电锅炉、相变蓄热等蓄热装置,削弱用户之间的热负荷的关系,打破“以热定电”的模式,实现热电解耦。



    另外,对热电机组的蒸汽流程改造,在汽轮机、高中压旁路抽汽辅助供热,扩大机组热电比调节比例。特点就是当有弃风时,通过调节热电比提升电力系统风电消纳。如果没有弃风,还是按照热点机组继续运行。


    以发电厂侧增加大容量相变蓄热装置为例。我们在传统电力系统生产模式上,增加大容量的蓄热装置,这个装置的输入输出比较稳定,同时改造所需的占地并不大。发电侧布置规模为20MWh蓄热量,它的功率也是20MW时,这个可以达到一小时充放,系统比较快的调节能力。提高能源系统灵活性,提升可再生能源消纳能力。



    根据华能清洁能源研究院的研究成果,提出热电联产机组在进行热电解耦改造关键点有如下四点:


    (1)充分挖掘四抽蒸汽的供热能力;


    (2)尽量争取合理的、周期性强的上网电负荷;


    (3)根据现场情况,优先选择储热技术;


    (4)需要主/再热蒸汽辅助供热时,根据具体情况(焓值、汽机厂商的安全校核结果),优先考虑使用再热蒸汽。


    (审核编辑: Doris)