王 皚，許涌平，宋述勇

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001；2.中國(guó)能建山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 太原 030001；3.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

山西省燃?xì)獍l(fā)電建議

王 皚1，許涌平2，宋述勇3

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001；2.中國(guó)能建山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 太原 030001；3.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

在分析山西省煤層氣資源情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力系統(tǒng)負(fù)荷特性，燃?xì)怆姀S的運(yùn)行特點(diǎn)，新能源發(fā)電的發(fā)展和電網(wǎng)調(diào)峰需求，提出了電網(wǎng)對(duì)燃?xì)怆姀S發(fā)展的相關(guān)要求，圍繞新能源發(fā)電的協(xié)調(diào)發(fā)展提出相應(yīng)建議和措施。

燃?xì)怆姀S；調(diào)峰；經(jīng)濟(jì)性

0 引言

2006年我國(guó)新一輪煤層氣評(píng)價(jià)顯示：中國(guó)埋深在2 000m以淺煤層氣地質(zhì)資源量為36.8 Tm3，1 500m以淺煤層氣可采儲(chǔ)量為10.9 Tm3，中國(guó)煤層氣資源量與常規(guī)天然氣地質(zhì)資源量38 Tm3基本相當(dāng)。按照美國(guó)成熟地區(qū)煤層氣采收率估計(jì)，一般煤層氣可采系數(shù)在10%~50%，中值為30%。據(jù)此推算，我國(guó)煤層氣可采資源量為10 Tm3，約占世界總量的13%。我國(guó)煤層氣資源分布共劃分為東部、中部、西部、南方四大區(qū)域。

我國(guó)中東部地區(qū)煤層氣資源占總量的59%，其中鄂爾多斯和沁水盆地是煤層氣資源量最大的兩大盆地。山西省是全國(guó)煤層氣資源最為富集的地區(qū)之一，2 000m以淺煤層氣資源量為10 Tm3，約占全國(guó)的1/3。其中沁水煤田和河?xùn)|煤田煤層氣資源量最大。2012年煤層氣地面產(chǎn)量為3 550Mm3，地面煤層氣利用量2 250Mm3。“十一五”期間省內(nèi)建成16條省級(jí)輸氣管道，全長(zhǎng)1 153 km，氣化覆蓋率52.1%；建成11條省內(nèi)支線，全長(zhǎng)335 km。

1 山西電網(wǎng)負(fù)荷特性

1.1 負(fù)荷曲線

山西省地處內(nèi)陸地區(qū)，主要特征是四季分明，溫差較大，1年之中冬季12月到次年1月最冷，夏季7月—8月最熱，因此，受到夏季降溫負(fù)荷和冬季采暖負(fù)荷的雙重影響，山西電網(wǎng)的年負(fù)荷曲線一般表現(xiàn)為冬、夏兩個(gè)高峰，且冬季高峰負(fù)荷高于夏季高峰負(fù)荷，在2005年—2012年間，最大負(fù)荷月有7 a出現(xiàn)在12月，只有2008年因完成節(jié)能減排指標(biāo)，最大負(fù)荷出現(xiàn)在夏季。

進(jìn)入“十一五”以來(lái)，隨著居民生活水平的不斷提高，以及夏季高溫、悶熱天氣的頻繁出現(xiàn)，夏季降溫負(fù)荷增長(zhǎng)速度很快，使得電網(wǎng)的夏季高峰負(fù)荷與冬季高峰負(fù)荷差距逐步縮小，電網(wǎng)年最小負(fù)荷一般出現(xiàn)在每年的春節(jié)前后，但受金融危機(jī)和節(jié)能減排影響，2008年、2010年最小負(fù)荷分別出現(xiàn)在10月和11月。

1.2 峰谷差

近10年來(lái)，山西電網(wǎng)峰谷差率一般在25%~30%之間，2012年山西電網(wǎng)最大峰谷差9 164MW，最大峰谷差率達(dá)到27.9%。從2005年至今，峰谷差及峰谷差率逐年呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，不計(jì)非正常方式，從整體上看較為平穩(wěn)，逐年峰谷差及峰谷差率見(jiàn)表1。

表1 年峰谷差及峰谷差率

2 山西電網(wǎng)調(diào)峰現(xiàn)狀及調(diào)峰需求

山西省電源結(jié)構(gòu)以火電為主，其中火電機(jī)組約占全省裝機(jī)的92%，火電機(jī)組中供熱機(jī)組比例偏高，目前占火電機(jī)組裝機(jī)的40%左右；水電機(jī)組占4.46%（其中西龍池抽水蓄能電站因多種因素?zé)o法全額承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)），電網(wǎng)調(diào)峰基本由火電機(jī)組承擔(dān)。目前，在非供熱期調(diào)度安排約1 000MW的上旋備用，山西電網(wǎng)主力電廠調(diào)峰能力滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求，但調(diào)峰機(jī)組調(diào)峰深度已達(dá)到40%～45%；在供熱期，電網(wǎng)調(diào)峰能力不足。

2.1 電網(wǎng)調(diào)峰能力分析

山西省已開展前期工作的電源（已核準(zhǔn)和已獲得“核準(zhǔn)”部門出具“路條”的電源）總裝機(jī)容量為23 563.6MW，其中，已核準(zhǔn)電源裝機(jī)容量為9 942.6MW（不含低熱值煤發(fā)電項(xiàng)目），占開展前期工作電源總裝機(jī)容量的42.19%；已獲得“路條”（已獲得“核準(zhǔn)”部門出具“路條”的電源）電源裝機(jī)容量為13 621.0MW（低熱值煤裝機(jī)容量為2 510MW），占開展前期工作電源總裝機(jī)容量的57.81%。開展前期工作的電源中火電機(jī)組為11 229.0MW，供熱機(jī)組比例達(dá)到75%；煤層氣機(jī)組為6 071.2MW，供熱機(jī)組比例達(dá)到89.01%；風(fēng)電機(jī)組為5 250MW。隨著系統(tǒng)風(fēng)電裝機(jī)所占比例逐步增加，系統(tǒng)調(diào)峰需求也逐步增大。而承擔(dān)調(diào)峰的機(jī)組中供熱機(jī)組所占比例逐步增加，在冬季供熱期系統(tǒng)調(diào)峰能力不足?！笆濉焙笃诤汀笆濉背跗?，即使考慮西龍池抽水蓄能電站系統(tǒng)調(diào)峰缺額仍達(dá)到3 000～4 500MW。

2.2 山西省風(fēng)電運(yùn)行情況

2012年，全省風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到1 975MW，全年累計(jì)收購(gòu)風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到3 614 PW·h，占全社會(huì)用電量2.0%，是2009年的18倍。最大發(fā)電負(fù)荷1 498MW（12月5日），占風(fēng)電裝機(jī)的75.8%，占當(dāng)時(shí)全省發(fā)電負(fù)荷（2 619.7MW）的5.72%，占當(dāng)時(shí)全網(wǎng)用電負(fù)荷的7.50%，占風(fēng)電所在區(qū)域電網(wǎng)用電負(fù)荷的45.40%。

2009年—2012年，風(fēng)電發(fā)電量年均增長(zhǎng)105%。山西電網(wǎng)風(fēng)電最大逆調(diào)峰幅度為804MW（發(fā)生在2012年12月23日，當(dāng)日凌晨低谷期風(fēng)電達(dá)950MW，高峰期只有146MW），使全網(wǎng)的調(diào)峰幅度增加了15.98%，對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰造成了不利影響。

分析山西省風(fēng)電場(chǎng)分月發(fā)電出力、發(fā)電量比例可知：風(fēng)電發(fā)電出力及發(fā)電量在1月—5月、10月—12月較高，平均發(fā)電出力比例在25%～35%、最大發(fā)電出力比例在75%左右。夏季8月份最低，最大出力僅為32%，平均出力僅為10.79%。

2.3 山西電網(wǎng)峰谷差

根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)，至2015年，山西負(fù)荷水平約36 000MW，峰谷差率按30%（保守值）測(cè)算，可以得到電網(wǎng)峰谷差可達(dá)11 000MW左右。按照風(fēng)電發(fā)展規(guī)模6 000～10 000MW考慮，山西電網(wǎng)調(diào)峰需求進(jìn)一步加大。

3 燃?xì)鈾C(jī)組調(diào)峰特性

隨著新能源規(guī)模的不斷增加，第三產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，山西電網(wǎng)調(diào)峰需求不斷加大。燃?xì)怆姀S接入電網(wǎng)對(duì)山西電網(wǎng)夏季調(diào)峰具有積極作用，但由于省內(nèi)燃?xì)鈾C(jī)組多選用供熱機(jī)組，且為“9F”級(jí)、二拖一聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，冬季受“以熱定電”方式影響，燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行的靈活性與夏季相比較差，調(diào)峰能力明顯下降。

3.1 燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)

3.1.1 效率高

山西省內(nèi)核準(zhǔn)在建和正在開展前期工作的燃?xì)獍l(fā)電項(xiàng)目多為燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，與常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組相比，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組具有以下特點(diǎn)：一是效率高、排放低，聯(lián)合循環(huán)的效率已經(jīng)達(dá)到或突破60%，且不排放二氧化硫和灰渣。二是節(jié)水，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組以燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電為主，燃?xì)廨啓C(jī)功率占總?cè)萘康?0%，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電可不用或少用水，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組用水量只占常規(guī)火電機(jī)組的1/3。三是省地，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組占地僅為加脫硫裝置的常規(guī)電廠的1/3。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的效率雖然隨著出力的減少而降低，但是在中等負(fù)荷條件下仍高于燃煤機(jī)組的效率，調(diào)峰運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好。

3.1.2 啟停時(shí)間短

有煙氣旁路的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行方式靈活，可以以單循環(huán)方式運(yùn)行或以聯(lián)合循環(huán)方式運(yùn)行。單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)只要30min即可具備并網(wǎng)條件，負(fù)荷調(diào)節(jié)可達(dá)到5MW/min，在電網(wǎng)事故狀態(tài)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)加載速率可達(dá)到額定負(fù)荷10%/min。10min左右即可加到滿出力。無(wú)煙氣旁路聯(lián)合循環(huán)的調(diào)節(jié)性能基本取決于余熱鍋爐以及蒸汽輪機(jī)等常規(guī)機(jī)組，而燃?xì)廨啓C(jī)快速靈活的調(diào)節(jié)性能無(wú)法得到充分發(fā)揮。其調(diào)節(jié)性能比燃?xì)廨啓C(jī)慢。

以300MW燃煤機(jī)組為例，理論上從冷態(tài)啟動(dòng)到并網(wǎng)至少需要4 h，帶滿負(fù)荷至少需要6 h，在實(shí)際中一般需要6~10 h。而燃?xì)廨啓C(jī)從冷態(tài)啟動(dòng)，一般30min左右可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，整個(gè)機(jī)組從啟動(dòng)到并網(wǎng)滿負(fù)荷運(yùn)行只需要2~3 h。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組這種快速啟停的運(yùn)行特點(diǎn)，使其可以作為緊急事件或極端峰谷工況時(shí)首選的調(diào)峰手段。

3.1.3 負(fù)荷變動(dòng)快

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組能適應(yīng)頻繁大幅度變工況運(yùn)行，且負(fù)荷升降速度快，表2給出了不同型式機(jī)組允許的負(fù)荷變化率，可以看到簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷變化率可達(dá)到10%，遠(yuǎn)高于燃煤機(jī)組的變化率[1]。目前燃煤機(jī)組的調(diào)峰深度一般為30%～50%，正常情況下300MW燃煤機(jī)組從50%負(fù)荷升至100%負(fù)荷至少需要30min，而簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)可以在12min內(nèi)實(shí)現(xiàn)100%全負(fù)荷的升降。日本三菱公司的M701F，美國(guó)GE公司的9FA等單軸機(jī)組，其最低穩(wěn)態(tài)負(fù)荷均可達(dá)到額定負(fù)荷的30%，三菱公司的M701F聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，從50%～90%負(fù)荷，其負(fù)荷變化速率最大可達(dá)到額定負(fù)荷4.5%/min，對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰非常有利。

表2 不同機(jī)組允許的負(fù)荷變化率

通過(guò)發(fā)電效率、啟停速度、負(fù)荷允許變化率等方面的比較，可以看到，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停時(shí)間明顯小于燃煤機(jī)組，即使在中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)仍能保持較高的效率，且允許的負(fù)荷升降速度也高于燃煤機(jī)組，非常適用于電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行。

3.2 燃?xì)鈾C(jī)組調(diào)峰的制約因素

3.2.1 以熱定電限制機(jī)組調(diào)峰能力

根據(jù)山西省供熱規(guī)劃，至2015年，在省內(nèi)所有電廠基本上都要參與供熱情況下仍有較大的供熱缺口。根據(jù)最新研究結(jié)果，在非供熱期機(jī)組應(yīng)具備滿負(fù)荷時(shí)功率因素為0.85（滯相） ～0.95（進(jìn)相）運(yùn)行的能力[2]；調(diào)峰能力不小于其額定出力的70%；每分鐘有功功率變化值不低于其額定出力的5%。山西省開展前期工作的燃?xì)怆姀S一般采用“以熱定電”的運(yùn)行方式，一定程度上必然會(huì)降低燃?xì)怆姀S運(yùn)行的靈活性，根據(jù)相關(guān)資料顯示，和非供熱期相比，供熱期機(jī)組調(diào)峰能力大約會(huì)降低40%～50%，影響燃?xì)怆姀S參與電網(wǎng)調(diào)峰的能力。

3.2.2 燃?xì)怆姀S參與電網(wǎng)調(diào)峰經(jīng)驗(yàn)不足

目前，山西國(guó)際電力投資的太原嘉節(jié)燃?xì)怆姀S預(yù)計(jì)2014年年底投運(yùn)，該項(xiàng)目為省內(nèi)首套“9F”級(jí)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。根據(jù)投資方提供的技術(shù)資料分析，受到環(huán)保指標(biāo)的制約，機(jī)組調(diào)峰范圍在75%～100%，變負(fù)荷速率為每分鐘0.25%～0.5%額定容量。因?yàn)樯轿鳑](méi)有在運(yùn)的該類型機(jī)組，所以沒(méi)有相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

3.2.3 氣源保障可靠性不足

燃?xì)怆姀S氣源能否保持穩(wěn)定是影響機(jī)組調(diào)峰能力的關(guān)鍵因素。從目前國(guó)內(nèi)天然氣供應(yīng)情況看，燃?xì)夤?yīng)不足問(wèn)題在一定范圍內(nèi)存在，需要引起重視。2005年，國(guó)內(nèi)僅華東地區(qū)就有4 000MW新建天然氣發(fā)電機(jī)組因燃?xì)夤?yīng)不能保證而無(wú)法投入生產(chǎn)運(yùn)行，而去年這一數(shù)字將增加到6 000MW。山西省內(nèi)開展前期工作的嘉節(jié)、汾東、太一、太二和東山燃?xì)怆姀S氣源均來(lái)自西氣東輸管道。“大氣污染預(yù)防治理行動(dòng)計(jì)劃”發(fā)布后，京津地區(qū)將改造燃煤機(jī)組為燃?xì)鈾C(jī)組，對(duì)用氣量也有較大需求；另外，京津地區(qū)民用氣的時(shí)段同天然氣發(fā)電的腰荷運(yùn)行時(shí)間基本類似，在西氣東輸氣量供應(yīng)的調(diào)峰手段尚不完備的情況下，這些電廠供氣的可靠性存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

4 發(fā)揮燃?xì)怆姀S調(diào)峰作用的相關(guān)建議

a）燃?xì)怆姀S規(guī)劃。根據(jù)《山西省“十二五”新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》，山西省在“十二五”期間煤層氣機(jī)組裝機(jī)容量將達(dá)到6 000MW，氣源主要為省內(nèi)天然氣管網(wǎng)和呂梁、陽(yáng)泉、晉城抽采的煤層氣。在規(guī)劃期內(nèi)，應(yīng)與相應(yīng)的天然氣輸送量、煤層氣抽采量規(guī)劃相銜接，力求燃?xì)怆姀S的氣源有基本保證。

b）政策上鼓勵(lì)燃?xì)怆姀S參與調(diào)峰。燃?xì)怆姀S參與電網(wǎng)調(diào)峰，對(duì)于天然氣輸氣管網(wǎng)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行均有積極意義，建議政府應(yīng)在政策上充分考慮燃?xì)怆姀S調(diào)峰的積極意義，給予一定的優(yōu)惠政策、財(cái)稅補(bǔ)貼，提高燃?xì)怆姀S參與電網(wǎng)調(diào)峰的積極性，促進(jìn)燃?xì)鈾C(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)不僅考慮供熱因素，還要考慮調(diào)峰因素，尤其是應(yīng)提高冬季大負(fù)荷時(shí)期的調(diào)峰能力。

c）建設(shè)一定容量的調(diào)峰電廠。為了彌補(bǔ)山西電網(wǎng)調(diào)峰能力的不足，建議建設(shè)一定容量的調(diào)峰專用電廠，增加山西電網(wǎng)調(diào)峰能力。目前，發(fā)改委規(guī)劃建設(shè)的嘉節(jié)、汾東、太一、太二和東山燃?xì)怆姀S均為供熱機(jī)組，在冬季供熱期調(diào)峰能力不足。燃?xì)庹{(diào)峰專用機(jī)組的建設(shè)可以充分發(fā)揮燃?xì)鈾C(jī)組啟停時(shí)間短、響應(yīng)速度快、效率高的優(yōu)勢(shì)。調(diào)峰專用機(jī)組的上網(wǎng)電價(jià)、輔助服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)用可以參考現(xiàn)行的《華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則（試行）》或者由省政府出臺(tái)配套相關(guān)扶持政策。

d）逐步積累燃?xì)怆姀S調(diào)峰運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。目前，山西省內(nèi)燃?xì)怆姀S參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行沒(méi)有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)其他城市雖有運(yùn)行的先例，但各省電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電源結(jié)構(gòu)不同，機(jī)組運(yùn)行特性不同，如何在冬季供熱期發(fā)揮燃?xì)怆姀S啟停時(shí)間短、負(fù)荷變動(dòng)速率高的優(yōu)勢(shì)還需要摸索，建議由政府協(xié)調(diào)并組織電網(wǎng)企業(yè)和發(fā)電投資方在國(guó)內(nèi)燃?xì)怆姀S發(fā)展比較成熟的地區(qū)開展調(diào)研，積累經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 張賁，張毅威，梁旭，等.燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電特性及其在電網(wǎng)中運(yùn)行方式的研究［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2009，22（2）：14-18.

［2］ 黃志堅(jiān).燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行［J］.上海電力，2006（1）：39-42.

Proposals on Gas Fired Power Plants in Shanxi Province

WANG Ai1，XU Yong-ping2，SONG Shu-yong3
（1.State Grid Shanxi Electric Power Corporation，Taiyuan，Shanxi 030001，China;2.Shanxi Electric Power Exploration&Design Institute of China Energy Engineering Group Co.，Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030001，China;3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Based on the analysis of coal bed methane in Shanxi，and combining with load characteristics of power system，the operating characteristicsofgas fired powerplant，the development trend ofnew energy for powergeneration and powergrid peak regulation demand，the requirements of power grid on gas-fired power plant's development are proposed.Besides，corresponding suggestions and measures to coordinate thedevelopmentofnew energyand powergeneration are put forward.

gas fired power plant；peak load regulation；economicalefficiency

TM611.23

A

1671-0320（2014）03-0001-04

2014-02-20，

2014-04-15

王 皚（1969-），女，山西太原人，1991年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，注冊(cè)咨詢師、注冊(cè)電氣師，投資處處長(zhǎng)，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃計(jì)劃管理工作；

許涌平（1969-），男，福建邵武人，1991年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，項(xiàng)目經(jīng)理，從事電力規(guī)劃設(shè)計(jì)工作；

宋述勇（1971-），男，山西交城人，1995年畢業(yè)于武漢大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)試驗(yàn)及研究工作。