夏珺，秦晓冬，韩宇，张博
华能沁北发电有限责任公司，河南 济源459000
摘要 我国风电装机容量规模增长迅速，风电装机容量大幅增加也造成了许多问题，弃风率居高不下是现阶段风力发电最为突出的问题。我国煤资源丰富，也决定了我国以煤电为电网的骨干电源结构，作为调峰辅助服务的主要提供者，火电机组的调峰能力能否充分发挥直接关系到系统对风电的实际接纳量。
关键词：风电，火电，调峰，辅助服务
1 前言
近年来，我国风电装机容量规模增长迅速，在环境不断恶化的形势下，相比煤炭石油等化石能源，风能是一种清洁能源，能有效减少环境污染，有利于社会的可持续发展。然而，由于风电出力具有间歇性、随机性、反调峰等特点，大规模风电并网加大了系统负荷峰谷差，在现有调峰资源不足的条件下，系统调峰压力越来越大，这已经成为我国电网大规模弃风限电的主要原因，同时也是遏制中国风电产业良性发展的主要矛盾。国家能源局统计数据显示，2015年全国风电平均利用小时数1700多小时，同期相比减少 170多小时，缩减趋势较为明显。“三北”地区的严重弃风问题并未改善。在日益严重的弃风限电背景下，社会和风电企业要求火电机组深度调峰的呼声越来越高[1]。
为了解决弃风限电问题，目前电网调度会要求部分有调节能力的火电机组低于最小技术出力，通常为低于45-50% Pn运行，此时火电机组工作在深度调峰阶段。我国煤资源丰富，也决定了我国以煤电为电网的骨干电源结构，新能源得到快速发展后，以风能为代表的新能源大规模并网后必然对电网运行的稳定性产生冲击，火电作为骨干电源结构，必然需要为波动性电源提供调峰辅助服务，因此，调峰电源在今后仍以火电为主。
2 火电机组调峰辅助服务
绝大部分发电厂自从电力行业厂、网分幵改革实施后与电网剥离进行独立经营，唯独由政府管制的以单一电量价格为主的电价体系没有发生变化，辅助服务的成本与价值未被反应。所以，系统越来越难以获得辅助服务。国内调峰辅助服务主要是指在负荷低谷时段，火电机组根据实时负荷需求调整机组出力。机组为维持电网安全稳定运行提供的调峰辅助服务可依据机组出力比例划分为基础调峰和深度调峰两类[2]，当机组达到深度调峰后，上网电量收益减少并且该状态下运行也会损害机组零部件，电网系统将对机组进行费用补偿。
现阶段，国内的辅助服务市场并不完善，所能发挥的市场调节手段十分有限，电网当前的调峰等辅助服务还主要以指令的形式要求火电等稳定电源提供，并给与一定的补偿费用，但补偿费用与火电提供辅助服务所产生的费用差距较大，并不能调动火电厂参与积极性；此外，地区中各火电厂机组型号有所差异，导致了调峰能力较强的机组一直参与，而获得的补助十分有限，调峰调用不均衡造成火电机组技术改造进度缓慢；由于跨地区输入电能时输出地区基本不承担发生相应辅助服务产生的费用，部分风电等波动性能源富足地区、当地所需负荷较小，往往导致了该地区火电机组辅助服务任务重[3]。
3 火电机组调峰方式
（1）低负荷调峰：这是广泛应用的调峰手段，通过调节机组负荷来保证系统的调峰需求，采取定压-滑压-定压的运行方式。机组最低负荷受到锅炉燃烧稳定性、水动力工况安全性、锅炉辅机设备参数等因素的影响，一般基于机组性能试验中的锅炉最低稳燃负荷试验来确定最低负荷。
（2）启停两班制调峰：这种调峰方式的运行机制为由于白天负荷较多，晚间负荷通常较少，因此在白天正常运行，在晚间机组停运六到八个小时，等到第二天凌晨再次热态启机。此调峰方式的优点在于机组调峰裕度很大，可达到100%，适用于调峰需求较大的情况。如果启停操作过程较频繁，汽轮机转子会承受交变应力的作用，将会造成汽轮机转子的蠕变损耗和低周疲劳，对锅炉的转子寿命有很大危害[4]。
（3）低速旋转热备用调峰：这种调峰方式的运行机制为在电网低谷负荷时段，机组降低负荷至零后，与电网解列，并通过锅炉燃油维持5%左右的负荷，同时汽轮机被注入低参数蒸汽，使之维持在一种温度较高的、低速运转的状态。此种方式的优点在于操作简单，只需增减负荷，安全性较高。
（4）少蒸汽无负荷调峰：这种调峰方式的运行机制白天正常运行，晚间负荷低谷时段零负荷运行，为了维持机组在额定转速状态，需要和电网不解列来吸收少量的电网功率。此方式与启停两班制相比，对汽轮机转子的寿命损耗影响较小，同时节省了机组热态启动和冷态启动所需的时间。这种运行方式在国外应用较多，国内已投产的机组大多不具备实施这种运行方式的条件，所以此方式在国内应用很少。
4 火电机组调峰过程
依据调峰辅助服务补偿模式，可以将火电机组的调峰过程分成基本调峰和深度调峰两个阶段。当火电机组未进行灵活性改造时，其调峰过程为基本调峰；当火电机组进行灵活性改造后，火电机组将能够进行深度调峰。依据火电机组深度调峰过程中的成本特性，又可以将深度调峰分为投油深度调峰和不投油深度调峰。因此，可以将火电机组的调峰过程划分为基本调峰、不投油深度调峰和投油深度调峰三个阶段。
参考文献：
[1]于超,房芳.基于目标优化的火电协助消纳风电的经济补偿模型[J].电力勘测设计,2021(01):67-71.
[2]李明扬,蒋媛媛.考虑煤耗率的火电机组灵活调峰对风电消纳的影响效果研究[J].热力发电,2020,49(02):45-51.
[3]张若瑜. 促进风电消纳的燃煤热电厂热电调峰一体化技术研究及其优化[D].大连理工大学,2020.
[4]付蔷. 促进风电消纳的火电灵活性改造深度及经济效益研究[D].北京交通大学,2018.