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丹麦的电厂灵活性—可供中国借鉴的经验

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丹麦的燃煤电厂属于世界上最灵活的发电机组。丹麦的经验表明,达到高水平的电厂灵活性在技术上是可行的,但需要强有力的经济激励措施。
随着波动性可再生能源发电比例的不断提高,常规发电机组的运行模式也在发生着改变。欧洲许多电厂呈现出一个趋势是,机组的运行模式从承担基本负荷逐渐转向按照承担中间和峰值负荷运行。随着中国可再生能源发电规模的不断扩大,预期也会出现类似的发展趋势。
提高丹麦火电厂的运营灵活性,一直是过去20年来关注的重点,现在市场上运行的火电机组中,约有40%的发电量来自可再生能源。近10年来,已经没有了“纯发电型”(冷凝式)发电厂,现在所有的火电厂全部都是热电联产(CHP)电厂。在冬季,热电联产电厂通常同时生产热能和电能,只有在电价非常高或非常低的情况下,这时电厂可以只发电或者只供热,正是电厂的这种灵活性,能够让它们通过热存储和全机组旁路涡轮调节等手段实现电厂的灵活性运行。从图1中我们可以看到同期可再生能源发电量(主要是风力发电)的快速增长情况。

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1995—2000年的第一次优化
燃煤电厂运行灵活性的第一次优化,主要是因为在进入自由化的电力市场时,市场价格出现了变化。由于丹麦几乎所有的发电厂均为热电联产电厂,在区域供热需求的高峰期,以及当出现强迫发电量高的时候,都会出现电价的下降。为防止出现这种价格走势,开展了第一次电厂运行灵活性的优化,其目的是让同步供热和发电更好地脱钩,这种脱钩原来是通过利用已有的热存储容量,以及让现有的机组按不同的方式运行来实现的,这就意味着并不需要或者需要很少的硬件投资就能使得火电厂做到运行灵活性。
2000—2010年的第二次优化
传统电力生产的运行模式的变化,是要减少负荷利用,并且希望能够在低电价时提高低负荷运行的能力,这时候增加了低热力生产需求。提高运行灵活性的另一种经常采用的措施是,增大负荷梯度,并使热力和电力生产进一步脱钩。这一次对低负荷运行能力进行了优化,使得现在的火电厂的发电出力降低到额定功率输出的10%~20%。为了在辅助市场上获得更高的收入,对承担负荷梯度的能力进行了提升。加强了对发电厂运营成本效益的重视,并安装了绩效监控系统,让电厂企业能够优化日常的运行管理。引入了关键绩效指标(KPI),用来衡量机组的绩效表现。这些优化也不涉及或很少用到新的硬件投资,优化阶段的主要费用来自控制系统的优化、燃烧优化,以及汽轮机冷却蒸汽和推力计算优化等,换句话说主要是工程人员费。
2010年以后的第三次优化336
2010年以来,可再生能源普及率不断提高,2014年可再生能源电力占比达到了电力总消费的39%,导致其他发电厂的运行时间进一步缩减,包括所有的热电联产电厂。在此期间实施的灵活性措施包括全蒸汽机组旁路,用电锅炉将电转化为热能,更加注重提高效率,降低维护成本等。这是第一步优化,需要对新的电厂设备进行中等规模的投资。
到目前为止,丹麦发电厂按照各阶段对灵活性的要求进行了分期优化。这种基于市场的方法使得每个阶段的投资保持在尽可能低的水平。胜出的公司都是那些已处在发展最前沿,而且根据市场需求调整了其电厂运营灵活性的公司。有充分的理由相信中国在未来的几年里能达到同样的整体发展水平。
进一步的分析反映在“电力系统的灵活性”报告中。该报告将于10月份正式发表,作为“可再生能源推动中国能源革命研究”项目报告的一部分。(作者为丹麦能源署专家 Laust Riemann先生)