一种互补发电系统全负荷运行方法及互补发电系统

本发明涉及火力发电，特别是一种互补发电系统全负荷运行方法及互补发电系统。

背景技术：

1、随着我国能源结构的转型和可持续发展战略的深入实施，可再生能源，包括太阳能、风能、水能、潮汐能和波浪能等，因其清洁、可再生的特性以及几乎无限的供应潜力，正逐渐成为能源领域的热点。这些能源的利用不仅有助于减少对化石燃料的依赖，还对环境保护和应对气候变化具有重要意义。

2、然而，可再生能源发电技术面临诸如太阳能的不连续性、风能和其他形式能源的间歇性和可变性，以及可再生能源开发相对较高的投资成本等问题。并且，波动的可再生能源大规模并网也给现有电力系统带来了挑战。火电机组作为电力供应的主体，承担主要的电力调峰任务。而传统燃煤机组也存在深度调峰导致机组能耗急速上涨的问题。可再生能源与火电机组集成互补发电，可以有效地解决这些问题。这种互补系统不仅可以利用可再生能源预热火电机组的回热给水，使抽汽回到汽轮机继续做功，增大系统输出功率或减少燃料消耗；还能实现基础设施的共享，降低运营成本，提高整体能效，提升可再生能源的利用率。

3、但值得注意的是，可再生能源的引入还将迫使火电机组偏离设计工况运行，导致流量、压力等关键参数发生变化，使冷端损失增加。如果简单地将传统燃煤机组的运行方式应用于互补系统，可能会导致系统能效的进一步降低。因此，必须对互补系统的运行模式进行优化，以充分发挥多能互补技术的优势，确保能效的最大化。

技术实现思路

1、本发明提供一种互补发电系统全负荷运行方法及互补发电系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种互补发电系统全负荷运行方法及互补发电系统，能够提高能源利用的灵活性和可靠性，实现能效的最大化。

2、第一方面，本发明的技术方案涉及一种互补发电系统全负荷运行方法，所述互补发电系统包括火电机组和可再生能源机组，包括以下步骤：

3、s110、设置所述火电机组发电全负荷区间为[lmin，lmax]，获取所述火电机组开始降负荷滑压运行的电功率l滑压,高值及所述火电机组在阀门组合on下全开时对应的最大发电功率ln，n＝m，m为正整数；

4、s120、令机组期望负荷值l期望从最小稳定负荷值lmin开始增加至最大负荷值lmax；

5、s130、当l期望>l滑压,高值时，根据l期望和ln的大小，确定应选取的阀门组合on,在选择的阀门组合on下,主汽压力恒为最大值p0max，使排汽压力以设定的间隔逐步增大，在每一个排汽压力下，引入可再生能源热预热给水，以增大发电功率l实际，直至l实际＝l期望，同步记录每个排汽压力下所需要引入的可再生能源热和主汽流量的相关数据，并进行系统性能评估，根据燃煤供电标煤耗目标函数，以确定对应阀门组合on下的最小燃煤供电标煤耗，将对应的排汽压力、可再生能源热引入量、主汽压力以及主汽流量的运行参数作为对应阀门组合on下的最佳运行参数，以确定当前期望负荷值l期望匹配的指定阀门组合及指定运行参数；

6、s140、当l期望≤l滑压,高值时，获取所述火电机组在期望负荷值l期望功率下的主汽压力p0x以及调节级出口压力ptx，所述火电机组以滑压方式运行，调节级使用最小阀门组合o1全开，以作为当前期望负荷值l期望匹配的指定阀门组合，使主汽压力在区间[ptx，p0x]内变化，并使排汽压力以设定的间隔逐步增大；在每一个主汽压力和排汽压力下，引入可再生能源热预热给水，增大发电功率l实际，减小主汽流量，直至l实际＝l期望；记录所有运行数据，并进行系统性能评估，根据燃煤供电标煤耗的目标函数，确定燃煤供电标煤耗最小时对应的主汽压力、排汽压力、主汽流量及可再生能源热引入量的运行参数，以作为当前期望负荷值l期望匹配的指定运行参数。

7、根据本发明的一些实施例，所述步骤s130中的具体步骤包括：

8、s131、当l期望>l滑压,高值时，若lm≤l期望≤lm+1，则选择阀门组合om和阀门组合om-1，分别在阀门组合om或阀门组合om-1下,主汽压力恒为最大值p0max，使排汽压力以设定的间隔逐步增大，在每一个排汽压力下，引入可再生能源热预热给水，以增大发电功率l实际，直至l实际＝l期望，同步记录每个排汽压力下所需要引入的可再生能源热和主汽流量的相关数据，并进行系统性能评估，根据燃煤供电标煤耗目标函数，以确定对应阀门组合on下的最小燃煤供电标煤耗，将对应的排汽压力、可再生能源热引入量、主汽压力以及主汽流量的运行参数作为对应阀门组合on下的最佳运行参数；

9、s132、对比阀门组合om的最小燃煤供电标煤耗bsm和阀门组合om-1下的最小燃煤供电标煤耗bsm-1，在阀门组合om和阀门组合om-1中选择供电标准煤耗更低的为当前期望负荷值l期望匹配的指定阀门组合，并将对应阀门组合on的最佳运行参数，以作为当前期望负荷值l期望匹配的指定运行参数；其中，若m＝1，则直接选择阀门组合o1及对应的最佳运行参数匹配为当前期望负荷值l期望的指定阀门组合及指定运行参数。

10、根据本发明的一些实施例，阀门组合on是根据调节级喷嘴组的数量及面积进行自由组合确定的，并根据所述调节级喷嘴组组合后的通流面积从小到大进行排序；在步骤s130中，设定主汽压力恒为最大值p0max，在选择阀门组合on下均使对应的阀门全开；在步骤s130和步骤s140中，所述排汽压力的调节范围为[pcmin，pcmax]。

11、根据本发明的一些实施例，阀门组合on由至少4个调节级喷嘴组任意组合得到，每一个所述调节级喷嘴组的通流面积为an。

12、根据本发明的一些实施例，阀门组合on由4个调节级喷嘴组任意组合得到，四个所述调节级喷嘴组的通流面积分别为a1、a2、a3、a4，四个所述调节级喷嘴组的通流面积的大小关系为a1＝a2<a3<a4。

13、根据本发明的一些实施例，阀门组合on包括8种不同的阀门组合,即m的范围为[1，8]，分别为阀门组合o1包括a1和a2，阀门组合o2包括a1和a3，阀门组合o3包括a1和a4，阀门组合o4包括a2和a3，阀门组合o5包括a1、a2和a3，o6包括a1、a2和a4，阀门组合o7包括a1、a3和a4，阀门组合o8包括a1、a2、a3和a4。

14、根据本发明的一些实施例，所述燃煤供电标煤耗目标函数为：

15、

16、其中，qcoal为燃煤释放热功率，单位为[mw]；

17、ηb为锅炉效率，为0.9；

18、qlhv,0为标准煤的低位发热量，为29.27[mj/kg]；

19、pe为总输出电功率，单位为[mw]；

20、pe,heat为与火电机组互补集成的可再生能源热的发电功率，单位为[mw]；

21、pe,other,coal为其它设备功耗中燃煤提供部分，单位为[mw]。

22、根据本发明的一些实施例，根据平衡可以得到以下计算公式：

23、

24、其中，i表示第i个汽轮机级组；

25、mw表示汽轮机做功质量流量，单位为[t/h]；

26、ein和eout分别汽轮机级组输入和输出工质的比单位为[kj/kg]；

27、βin,h和βout,h为互补集成的可再生能源热在输入和输出工质流中所占的比例；

28、eloss为设备/环节损失，单位为[mw]。

29、根据本发明的一些实施例，所述的其它设备功耗中燃煤提供部分pe,other,coal的计算公式为：

30、

31、其中，pe,pump,coal为水泵功耗、pe,fan,coal为风机功耗；

32、pe,pump和pe,fan分别为水泵和风机总功耗，单位为[mw]；

33、pe,pump,heat和pe,fan,heat为水泵和风机功耗中互补集成的热能所提供的部分，单位为[mw]；

34、βpump,h和βfan,h为互补集成的热能在水泵和风机功耗流中所占的比例；

35、dpump为流经水泵流量，单位为[kg/s]；

36、νpump为流经水泵流量的比容，单位为[m3/kg]；

37、ppump,in和ppump,out分别水泵进出口的压力，单位为[mpa]；

38、ksafe为流量安全裕量，1.1；

39、ηpump为水泵效率；

40、n为表示风机台数；

41、pe,fan,0为风机额定功耗，单位为[mw]；

42、vy和vy,0分别为空冷实际和额定散热器迎面风速，单位为[m/s]；

43、ρ为空气密度，单位为[kg/m3]。

44、第二方面，本发明的技术方案还涉及一种互补发电系统，包括火电机组、可再生能源机组及控制模块，所述控制模块执行上述的互补发电系统全负荷运行方法，还包括以下步骤：

45、s210、根据机组期望负荷值l期望与匹配的指定阀门组合及指定运行参数，以制定成匹配关系表；

46、s220、根据所述匹配关系表，让所述火电机组根据机组期望负荷值l期望的具体数值，使对应的阀门组合on全开，并使所述互补发电系统按匹配的指定运行参数进行运行。

47、本发明的有益效果如下:能够将火电机组的调节级中的阀门设置在全开的状态以减少节流损失、在全负荷功率区间内保障调节级的相对内效率；而且还降低排汽压力，进一步提高了机组的循环效率，从而有效提高机组能效；此外，配合控制引入可再生能源热来实现互补系统变负荷运行，同时选择供电标煤耗最小时对应的运行参数作为指定运行参数，可以实现全负荷高效运行，大幅度降低燃料消耗，对促进节能减排具有重要意义；同时，在确定匹配关系表后，后续互补发电系统能够直接根据机组期望负荷值l期望的变化，直接使相应的阀门组合全开，并直接按匹配的指定运行参数进行运行，则能够将互补发电系统中火电机组的调节级中的阀门设置在全开的状态以减少节流损失、在全负荷功率区间内保障调节级的相对内效率，配合控制引入可再生能源热来实现互补系统全负荷高效运行，大幅度降低燃料消耗，以实现能效的最大化。