科创中国

受新能源大规模并网和高比例外购电影响，天津市火电机组现有调峰灵活性已无法满足电网调峰需求，造成新能源消纳困难；此外，在冬季供热期热电联产机组一般采用“以热定电”的调度方式，在极端低电负荷需求下，为保证电网运行安全，需大幅降低机组供暖出力，造成热-电矛盾突出。因此，迫切需要提升火电机组调峰灵活性并优化电网调度策略，实现热-电供需平衡和能源高效利用。面临三大技术难题：①火电机组因低负荷下污染物排放超标使调峰能力受限，调峰能力边界因热-电特性复杂难以精准确定；②热电联产机组在低发电负荷下供热能力不足，汽轮机旁路供热等传统热电解耦改造方法经济性较差，热电解耦改造后机组安全、稳定、高效运行难度较大；③现有调度模型未考虑火电机组深度调峰、新能源大规模并网和高比例外购电等因素，无法实现新环境下的电网协同优化调度。项目采用产学研模式联合攻关，取得三方面创新成果：①提出了基于低负荷烟气再循环的燃煤机组深度调峰与超净排放协同优化技术，发明了满足电网优化调度需求的火电机组深度调峰能力范围精准确定方法，在机组超净排放的基础上实现了调峰范围提升20%。 图1 火电机组调峰潜力挖掘和边界确定②发明了基于火电机组循环冷却水余热利用的热电解耦改造方法，建立了热电解耦技术性能指标和能耗特性预测模型，提出了考虑安全性、经济性和热电解耦的热电联产机组多维运行控制技术，实现了机组热电解耦运行，破除了“热电耦合”的限制。 图2 热电解耦技术体系③建立了耦合大规模新能源并网、高比例外购电和火电机组深度调峰等因素的电网调度约束模型，提出了复杂电源结构下基于多目标熵权最优的电网调度运行策略，攻克了新能源高比例消纳和供热保障双重限制下的电网安全、稳定运行难题。项目共授权发明专利13项，实用新型专利3项，软件著作权3项，发表论文37篇。项目成果在天津市18台火电机组上获得应用，调峰能力提升430MW，典型应用机组供热能力提升400GJ/h，可扩大供热面积250余万平米，实现了机组热电解耦运行和新能源电量近100%消纳。此外，热泵技术推广至“三北”地区47家热电企业。项目近三年共实现经济效益近***亿元。经专家组鉴定，整体成果达到国际领先水平。
本项目应用于火电机组灵活性提升领域和电力调度领域，可推广至发电企业，对火电机组进行热电解耦改造，增加机组调峰范围和供热能力，可推广至其他省市调控中心，保障新能源高比例消纳和供热保障双重限制下的电网安全、稳定运行。