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燃气分布式电站运行模式

发布时间:2019-05-15 10:00

相对于动辄几百MW的集中式电厂,分布式电站规模较小,运行模式灵活多样。本文所说的运行模式适用于柴油/重油/燃气内燃机和小型燃气轮机的分布式电站,但不适用于光伏和风电,这两者自身的调节能力相当有限,主要靠电网间调配。

 

分布式电站的运行模式,从大类上可分为孤岛模式并网模式两种。

 

01孤岛模式

孤岛模式是指系统中没有电网,发电机组单独带负载的运行模式。孤岛模式中,发电机组的负载响应能力、稳定性都比较受考验。

 

1.1 单台机组的孤岛运行模式

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1 单机孤岛

 

最简单的一种模式,常见于不重要的小负载,控制方面也极其简单,发电机组开起来,合上开关就好。

 

1.2 多台机组并联运行的孤岛运行模式

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2 多机孤岛

 

多台发电机组并联运行时,需要考虑多台机组之间负载分配的问题。当发电机组不是同一个品牌型号的时候,还要尤其注意发电机的配置。不同型号的发电机组孤岛并机,可以,但可能会出现一些潜在的问题,需要详细分析,有时需要一些特殊的应对方案。

 

在多机并联孤岛的模式下,整个系统中需要一套负荷控制系统,跟踪实际负荷量,对所有机组进行负荷分配,也可以做到根据负荷波动自动增减运行台数。这种负荷控制方式,同样也会用在并网不上网的模式里。

 

1.3 孤岛运行和黑启动

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3 孤岛与黑启动

 

孤岛运行和黑启动是不是一回事,两者之间有什么关系,这个问题被问到了很多次,所以在这里单独拿出来多絮叨几句。

 

发电机组正常启动时,需要先把辅助设备运行起来,辅助设备用电可以由柴油机或UPS等电源供应,当然也可以是电网,即图中的红色部分,“其他电源”给“发电机组辅助用电”供电,然后发电机组才可以正常运行起来。

 

黑启动作为孤岛运行的其中一种特殊情况,整个系统中没有任何其他电源,即没有上图中的红色部分,发电机组必须在辅助设备瘫痪(冷机、没有预润滑)的情况下强行启动,启动成功发出电后,辅助设备才能开始运行。

 

各个燃气内燃机厂家对黑启动有着不同的规定,不太准确的泛泛而言,2MW以下的机型大多可以有条件的实现黑启动,2MW以上的机型一般不允许黑启动,燃气轮机则全部不具备黑启动能力。

 

黑启动作为一种应对极端情况的运行模式,应尽量避免。常规的措施是在系统中配置小型柴油机或UPS,功率能够满足预润滑泵、缸套水泵、中冷水泵运行即可,通风风机、散热器等都不需要考虑。部分机型对缸套水温有要求,辅助电源(这里主要指UPS)还需要满足缸套水加热器运行足够长的时间。

 

总结一下,说到黑启动要区分发电机组自身的黑启动,还是整个系统的黑启动。发电机组自身具备黑启动能力的并不多,而整个系统的黑启动,由于集成了辅助电源,对于发电机组来说,已经不是黑启动了。

 

“系统黑启动”最典型的应用就是移动发电车、抢险救灾等,大型内燃机以及燃气轮机都有类似的案例。这种黑启动都是集成了辅助电源在系统里,不需要外界再供电,而不是发电机组本身的黑启动。

 

02并网模式

并网模式可以细分为上网和并网不上网两种情况,这两者在配置上几乎是一样的,只差一个功率监测和控制的功能。

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4 并网模式

 

2.1 上网

所有发电机组和电网并联,发出的电除了自己内部消纳一部分,剩余的电力反送至电网,电厂类型项目都属于这种类型。

 

上网模式是非常简单的一种运行模式,一眼看去机房里很多机组,所有机组都并联在一起,实际上相互之间几乎没有影响,每台机组都按照设定的逻辑在各自闷头独立运行,无论开机停机、带多少负荷,都对其他机组和整个系统没有什么干扰。由于有电网兜底,也不存在大负荷启停之类的问题。

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5 壮观但其实很简单的电厂类项目

 

2.2 并网不上网

这种模式是国内CHP项目中最常见的运行模式。同样所有的发电机组都和电网并联,差别仅仅是与市电相连的总开关处会有负荷监控和负荷控制(实际上上网模式中这些功能也都有,只是不启用控制功能而已)。发电机组的负荷必须自动调节,发的电必须全部内部消化掉,禁止向电网送电。

 

负荷监控一般由智能电表实现,装在市电进线回路上,即图4中变压器前后的某个开关。电表把实时的负荷数据发给发电机组的控制系统,据此动态调节发电机组的输出负荷。

 

03运行模式切换

气分布式项目实施时,有一个问题是所有人都很关注的,既然你说调节能力很强,那市电停电、恢复的时候,能不能做到孤岛和并网模式的无缝切换,让用户侧完全感觉不到停电?

 

这个问题的答案要分成波澜起伏的三句话:

1、内燃机/燃气轮机本身具备这个能力

2、需要很多外界条件来配合才能实现无缝切换

3、现实的项目里大多满足不了那么多条件,所以大部分项目还是按照市电停电和恢复时都先停机,切换模式再开机来做

 

显而易见这种需要先停机再切换的方式是会让业主很不满意的,至于怎么实现无缝切换,需要什么条件,这是一个非常复杂的问题。

 

04微电网和多能互补

最后来跟随一下热点。现在行业里很多人提微电网和多能互补的概念,在一片区域中同时存在多种供能方式,如内燃机、燃气轮机、风电、光伏以及储能,再把连成一个多能互补的微电网,各种功能系统智能调配,在PPT里看起来很智能,很环保,很美好,俨然要成为未来能源界扛把子。

 

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6 多能互补的微电网

 

多能互补的几种功能方式中,风电和光伏的调节能力超弱,靠天吃饭,还得爷一样的供着,让他们优先;储能无论是技术还是商业模式,现在都称不上有多成熟;内燃机和燃气轮机调节能力很强,微网内部的调节中,储能能有限的顶一下,其他全靠内燃机/燃气轮机,这让本来就不太好的经济性更加大打折扣。这几者之间的调配和调节,在PPT里非常美好,但真要落地到实施层面,问题极多。

 

多能互补在现阶段,更多的是概念,在实际操作层面欠缺非常多,无论是技术还是商业模式。几个瘸子绑在一起,抱团取暖互助一下可以,指望他们上田径赛场,期望值还是有点过高了。