能源条件约束下燃气电厂经营建议.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业A 收稿日期:2024年01月05日 作者简介:苗继铭(1995),男,汉族,河南温县人,本科,助理工程师,研究方向为燃气轮机运行优化研究。-1-能源条件约束下燃气电厂经营建议 苗继铭 国能浙江余姚燃气发电有限责任公司,浙江 宁波 315400 摘要:摘要:随着燃气轮机发电厂大规模投入商业运行,天然气供应不足的问题变得越来越严重。面对居民用气及工业用户用气需求的的大量增长,天然气供气量不足已经成为制约燃气电厂大规模发展的的主要影响因素。燃气电厂的日常运行既要考虑上游天然气管道的供气压力和供气量,还要考虑下游用户端的瞬时用气变化,使其供需矛盾更加突出。采用正确、有效、合理
2、的措施,就能够最大程度的解决燃气电厂的供气难题。关键词:关键词:燃气电厂;天然气调峰;电厂运行;供气压力;电力调度 中图分类号:中图分类号:F426 大量兴建燃气电厂、使用绿色清洁能源是本市优化能源结构,建立起与经济持续增长和城市发展相适应的、具有宁波沿海特点的、多元化的绿色能源结构体系的重要举措。国能浙江余姚燃气发电有限责任公司现有 3 台机组,总装机容量 78.76 万千瓦,其两台 9F 燃气机组(容量 2x25.16 万千瓦),一台汽轮机(容量 28.44 万千瓦),主机设备为美国通用集团(GE)生产的“二拖一”分轴联合循环燃气发电机组。随着余姚燃气电厂投入商业运行,天然气供应成为了机组
3、运行中遇到的巨大挑战。这个挑战是由燃气电厂运行中燃气压力、气耗量同天然气峰值调控引起的。合理平衡两者的关系能够打破阻碍燃气电厂的发展的瓶颈。1 天然气调峰现状 目前,虽然全市已形成了多种具有互补气源、东气和西气东输主干网的天然气传输系统,它主要依靠天然气超高压管线天然气输送到燃气电厂和满足通过管道储气城市的天然气使用需求。管道设施已经安装完成,管道及系统不能在超压或者欠压状态下进行连续供气,管道运行压力由上游供气压力所决定,同时也受到下游大用户和居民实时用气量影响,当上游供气不足或者天然气调节阀调节精度无法匹配下游用气的变化量时,则会造成天然气管道母管压力的波动。天然气调峰分为小时调峰、日调峰
4、和月调峰,主要由于上游供气上限和下游用气不均匀度造成的。1.1 上游供气 中国东海天然气生产通过海上平台供给至宁波。由于开采技术和运输方式,限制了气体的供应,而目前供气能力已达到设计极限。根据供气合同规定:西气东输(即西气)方面和川气东送(即川气混气)方面也采取连续不间断、均匀的供气方式,但达到了供气压力极限。杭甬线东段管线全长约 98 km,春晓站至余姚站全程图 1,,包含科丰站、镇电站两座分输站,北仑、钟家沙、龙山、半江王、江北#2、江北#1、官路沿七座阀室,余姚清管站。图 1 春晓站至余姚站示意图 1.2 下游用气 气候、气温、价格等客观因素和生活习惯等主观因素会影响用户的用气量,会出现
5、不均匀的波动变化,是因为上游供气量和下游用户用气量无法匹配,会造成管道内储气量上升或者下降,从而导致管道运行压力变化,压力低会造成下游用户的运行异常,压力高会造成管道上安全阀门的动作,甚至造成运行设备中国科技期刊数据库 工业A-2-的损坏。图 2 为余姚市某日小时用气不均匀度。用气不均匀系数计算方式:小时用气不均与度=该小时用气量/当日平均小时用量 日用气不均匀度=当日用气量/当月平均日用气量 图 2 天然气小时用气不均匀度统计图 1.3 管道储气能力和管道运行压力 天然气调峰过程可以通过储气能力和运行压力就行直观的表述,两者相互关联。杭甬东段天然气管道全长 98KM,同时受宁波 LNG、东气
6、、混气的限制,管道储气能力比燃气电厂未运行时降低了 9.7%。在实际输送中,还需考虑长距离输送的压力损失和下游大用户和居民实时用气造成的储存气量和天然气压力变化。表 1 表明了燃气电厂管道运行压力变化及其原因。表 1 燃气电厂运行时管道运行压力变化及原因 压力 波动原因 天然管道压力 下游非电厂用户用气不稳定 管道压力损失 天然气经长距离管道输送过程中的沿程损耗和压力损失 进燃气电厂压力 由于在调峰电厂集中使用煤气,管道气体储备和压力继续显著下跌。2 燃气电厂运行现状 现如今,热电循环机组、调峰循环机组、基发燃气机组大多使用 9F 级燃气轮机发电机组。9F 燃气轮机的生产原理和工艺流程基本上大
7、同小异。燃气轮机相比燃煤机组具有启停迅速、调度灵活、机动性好、环保指标更加优秀的特点,比燃煤机组更加适合作为调峰机组,仅此一点,燃气轮机及联合循环发电机组在我国经济发电沿海地区就有相当大的发展空间。2.1 用气量大 燃气机组装机容量越大,用气量越大,余姚燃气电厂满负荷运行时,用气量远远超过本市任何一家企业。满负荷运行期间,电厂日用气量曾高达全市居民天然气用气总量的 2-5 倍。2.2 用气压力高 高压燃气带动经过空压机的空气进入燃烧室燃烧,在透平端、锅炉区域进行放热、发电,天然气必须有较高的压力。9F 燃机对天然气的要求为:A 级(大于 2.5MPa、小于 4.0MPa)。2.3 用气规律 根
8、据生产的性质,各电厂基本可以分为热电厂,垃圾电厂、调峰机组和基发机组。余姚燃气发电厂属于调峰电厂,在用电尖峰时补充电力,通常在8:00-23:00 之间,每天特定的 1011 h 内能够满负荷运作。余姚燃气电厂满负荷二拖一运行时电力负荷图如图 3 所示。图 3 燃气电厂满负荷运行时电力负荷图 3 天然气调峰对燃气电厂运行的影响 利用天然气发电,是发展绿色、可再生能源重要的一部分,但燃气电厂的运行同天然气调峰的矛盾也越来越突出。3.1 调峰电厂同天然气叠峰 在电网电力较缺的时候,调峰需要进行顶峰,电峰与气峰高度重合。大量的天然气储量被燃气电厂使用,则会造成天然气储气量的减少,从而降低电厂的调峰能
9、力。因此,在天然气调峰时,增加每日运行时间和调整运行的开始和结束时间可提高燃气电厂的生产效率。余姚燃气电厂满负荷二拖一运行时实时气耗图如图 4 所示。中国科技期刊数据库 工业A-3-图 4 燃气电厂满负荷运行时气耗负荷图 3.2 天然气调峰同用气量和用气压力的矛盾 9F 燃气电厂运行用气高压和大用气量需求会对天然气调峰存在着巨大挑战。余姚燃气电厂的运行用气压力要求为 3.2MPa。在运行时,高压管道的储气能力下降 9.5%。在发电高峰时,天然气日最大用气量可较燃气电厂未运行时增加 12.4%。余姚燃气电厂运行时实时气耗累加图和运行时天然气调峰量分别为图 5、图 6。从图 5 可得,当燃气电厂满
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