火电灵活性提升可行方案的研究_张继权

2016年第31期

电力科技科技创新与应用

火电灵活性提升可行方案的研究

张继权1张艳波2苏琳3

（1、国网吉林省电力有限公司，吉林长春1300002、国网吉林省电力有限公司辽源城郊供电公司，吉林辽源136200

3、国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林长春130000）

引言

近年来，“三北”地区弃风越来越严重，尤其是冬季供暖期，装机占比很高的供热火电机组因为供热导致全网最小可调出力大幅上升，留给风电的上网空间非常有限。部分省份电源结构以火电为主，水电、优质调峰电源相对匮乏，供热机组占比高，冬季运行的火电机组几乎百分之百为供热机组。另外，随着供热电厂的供热面积逐年增加，主力集中供热电厂基本已经满负荷或超负荷供热，为满足基本供热需求，机组调峰能力逐年下降，电网调峰矛盾异常突出。冬季低谷时段基本没有风电接纳空间，高峰时段风电接纳空间也非常有限。

要解决“三北”地区严重的弃风问题，提升火电运行灵活性势在必行。为此，国家能源局于2016年4月委托电力规划设计总院正式筹建“提升中国火电灵活性协作平台”；之后又于2016年6月正式启动火电灵活性改造示范试点项目。因此，为解决当前严重的弃风、弃光问题，促进可再生能源的持续快速发展，火电运行灵活性改造也将迅速在国内展开。

大规模火电机组灵活性改造将会面临很多问题，包括：如何将改造后的火电单元纳入到电网运行体系当中；如何有效运用火电改造后的新灵活性调峰资源；如何评估火电灵活性改造对新能源消纳的影响；如何合理引导和激励火电进行灵活性改造等诸多问题。

为此，有关部门需要未雨绸缪，提前研究大规模火电灵活性提升改造对电网的影响，分析现有运行体系的适应性，有效解决其所带来的关键问题，建立起基于灵活运行火电单元的运行框架。一方面可为未来电网实际运行提供技术支撑，另一方面通过提前模拟运行，既可为电网运行提供经验，亦可对火电灵活性提升改造下的成本和效益、适用条件、消纳可再生能源潜力等问题进行实例分析，进而为火电灵活性改造的方案选择和投资决策提供依据。

1火电灵活性提升研究方法

1.1对灵活性提升改造后火电技术经济外特性分析和封装建模

火电灵活性提升改造在国外一些可再生能源并网比例较高的国家已经较为普遍，因此尽管我国电源结构、运行模式、激励机制等和国外有较大差异，然而，其中就火电灵活性改造自身而言，不会有太大差异。故而，从实践角度，通过对我国火电锅炉、汽轮机、蓄热罐、电制热设备自身技术经济特性分析与整合，完全可以形成火电灵活性提升改造后较为精确的数学模型。

1.2基于灵活性火电单元的综合能源系统运行决策优化建模和求解

从内容上看，火电灵活性改造之后，决策部门所面临的决策变量更多、约束更复杂，然而，从本质上将，其依然是一个以机组组合和经济运行核心的混合整数规划问题，只要对各灵活性资源及其相互耦合关系缜密建模，形成一个完整的电热综合能源运行系统优化决策模型完全是可行的。而随着优化规划理论的发展，各类数值优化方法和智能优化方法已经在电力系统中得到较多应用，并取得了广泛的应用价值。可以把整个规划问题描述为一个混合整数线性规划问题，该模型的求解已经有很成熟的算法和商业软件，在求解层面不具有太大的难度。

1.3发展灵活性提升改造后火电灵活性调峰资源最佳运行策略

数学模型仅仅给运行决策部门提供了辅助决策的工具，基于灵活性改造之后火电单元及其内部各灵活性调峰资源的技术经济特性，发展最佳运行策略，才是解决问题的核心。通过分析灵活性火电调峰的方式、成本与效益、运行边界条件、优先级别等，辅之以电网为实例的仿真计算，完全可以归纳出各类灵活运行火电调峰资源的最佳运行策略。

1.4建立基于弃风特性的火电灵活性改造与运行激励机制

当前，东北区域已经建立了调峰辅助服务市场，以激励市场中的运行主体主动、积极参与调峰。然而，从运行效果来看，在弃风最严重的供热中期，热电几乎没有调峰的积极性，也没有灵活性提升改造的积极性。为此，需要重新设计调峰市场规则，以激励热电主动通过灵活性提升改造进行调峰。

2火电灵活性提升的关键和难点

（1）发展灵活性提升改造后火电灵活性调峰资源最佳运行策略是本研究的一个难点。因为，最佳运行策略不仅需要考虑灵活性调峰资源自身的特性，还需要考虑电网的弃风特性。而众所周知，风电具有不确定的波动性，而弃风周期性、时序性等特性也具有不确定性。此外，火电中很可能具有不同类别的调峰资源，例如电锅炉、热泵和蓄热，这些资源之间往往具有一定的耦合关系和优先级别。因此，在弃风不确定的波动性下，如何确定火电中不同类别的灵活性调峰资源的最佳运行策略，成为本研究的一个难点。

（2）基于弃风特性的火电灵活性改造与运行激励机制的合计是本研究的另一个难点。这是因为，火电灵活性提升的经济性不仅涉及到运行问题，还涉及到投资问题。而由于风电不确定的波动性，这些投资设备的利用程度也成为具有不确定性。在调峰市场中，激励机制的设计必然需要考虑市场主体的投资和运行成本问题，否则会造成过励和欠励。此外，国家政策也是调峰激励机制设计的一个外部因素，由于对可再生能源消纳和火电责任的政策在不断调整，因此，如何基于国家政策，设计调峰激励机制，也就成为本研究的一个难题。

3结束语

通过对灵活性提升改造后火电灵活性调峰资源最佳运行策略的研究，可使得有关部门掌握火电灵活性调峰资源的运行规律，安全经济高效地利用火电改造所具备的灵活性最大程度地消纳可再生能源。

参考文献

[1]热电厂参与风电调峰的方法评述及展望[J].中国电力，2013，46（11）：129-141.

[2]风电参与的非常规调峰服务市场交易理论[J].中国电力，2011，44（10）：29-32.

[3]基于电锅炉的热电厂消纳风电方案及其国民经济评价[J].电力系统自动化，2014，38（1）：6-12.

摘要：通过对火电灵活性提升可行方案的研究，可使得有关部门掌握火电灵活性提升各类可行方案的运行机理、技术特性、投资与运行成本特性、适用条件、调峰能力增量、消纳可再生能源潜力等信息，为充分利用灵活性调峰资源、设计合理的激励机制奠定基础。

关键词：火电；灵活性；研究

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