华电级毕业设计.docx
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华电级毕业设计
摘要
华北电网所在地区煤炭、石油资源较丰富，水力资源严重缺乏。
华北电网现状及远景预测电力供应紧张，调峰能力严重不足。
根据预测：
到2010年，华北电网总装机容量中火电将占94.7%，水电将占2.6%，风电将占2.7%。
其中，水电所占比例少，分布不均匀，某些大型水电站需要担负基荷发电，而且受水流季节性的影响，没有很多调节能力，因此近几年华北电网的基荷和调峰还将主要由火电承担。
随着华北地区人民生活水平的提高和产业结构的调整，华北电网峰谷差逐年增大，电网调峰任务重，难度大。
加之国家正在大力发展风电，大规模风电的接入，对电网的调峰又是一大挑战，因此，有必要对华北电网的现有调峰能力进行研究，找出其中的缺点和不足，同时给出一些具体的对策建议。
关键词：
调峰能力，峰谷差，风电，对策建议
ABSTRACT
NorthChinaPowerGridareaofcoal,oilresourcesareabundant,butwaterresourcesareseriousshortage.Inthecurrentandfutureprospects,StatusandPotentialoftheNorthChinaPowerGridelectricitysupplywillmeetaseriousshortageofpeakingcapacityandtension.Accordingtoprediction:
By2010,thetotalinstalledcapacityintheNorthChinaPowerGridwillaccountfor94.7percentofthermalpower,hydropowerwillaccountfor2.6percent,windpowerwillaccountfor2.7percent.Amongthem,theproportionofsmallhydropower,notonlyevendistributionofsomelargehydropowerneedtoassumebaseloadpowergeneration,butalsobytheimpactofseasonalwaterflow,notalotofregulation,soHuabeiregionwiththeimprovementofpeople'slivingstandardandtheadjustmentofindustrialstructure,thenorthChinagridpeakandvalleysenthasbeenincreasingyearbyyear,peak-valleydifficulttask.Anddevelopingcountriesareoflargescalewindpower,theloadofpowergridaccess,isabigchallenge.Therefore,itisnecessarytonorthChinagridofexistingloadcapacity,findouttheshortcomingsandtheinsufficiency,andgivessomespecificcountermeasuresandSuggestions.
KEYWORDS:
Peakcapacity,peakandvalleydifference,windpower,suggestions
目录
摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
第1章绪论1
1.1选题背景及其意义1
1.2国内外研究动态1
1.2.1国外电网的主要调峰方式1
1.2.2国内外新出现的调峰方式2
第2章华北电网现状5
2.1电源5
2.1.1华北电网5
2.1.2京津唐网5
2.1.3河北南网6
2.1.4山西电网7
2.1.5山东电网8
2.1.6内蒙电网8
2.2负荷9
2.2.1华北电网9
2.2.2京津唐网10
2.2.3河北南网10
2.2.4山西电网10
2.2.5山东电网11
2.2.6内蒙电网11
第3章电网调峰运行的原则12
3.1调峰无重复原则12
3.2调峰成本最低原则12
3.2.1调峰容量和发电量都有富裕的方式13
3.2.2调峰容量富裕而发电量不足的方式13
3.2.3调峰容量紧缺方式13
3.3水电优先调峰原则13
3.4大机组优先调峰原则13
第4章华北电网主要调峰方式及其存在的问题14
4.1火电机组调峰14
4.2水电机组调峰15
第5章华北电网调峰能力分析17
5.1火电机组的调峰能力17
5.1.1非供热机组的调峰能力17
5.1.2供热机组的调峰能力18
5.2水电机组的调峰能力19
5.2.1常规水电机组的调峰能力19
5.2.2抽水蓄能机组的调峰能力19
第6章华北电网调峰建议20
结论21
参考文献22
致谢23
第1章绪论
1.1选题背景及其意义
覆盖华北部分地区和山东省的华北电网是我国五大区域电网之一，由京津唐、河北南部、山西、内蒙西部和山东电网五个分电网组成。
华北地区包括北京、天津、河北、山西、内蒙5个省、市、自治区，是我国重要的综合性工业基地和政治、经济、文化、贸易中心，其地理位置十分重要。
该地区煤炭资源丰富，华北地区水资源严重缺乏，水电资源少。
随着本地区国民经济持续、健康、稳定的发展和城乡人民生活水平的不断提高，对电力的需求急剧增长，电力建设与发展不能满足符合增长的需要，出现电力供应紧缺、调峰能力不足，影响电网的安全、经济、稳定运行的状况。
华北电网调峰能力不足问题亟待解决。
华北电网包括京津唐网、河北南网、山西电网、山东电网以及内蒙西部电网，电源结构以火电为主。
至2009年底，华北电网网调以及各省调直调装机容量达170780.15MW，其中火电160990.4MW，占总装机容量的94.26%；水电（含抽水蓄能电厂）5629.9MW，占总装机容量的3.30%；风电4159.85MW，占总装机容量的2.44%。
09年华北电网最大负荷和峰谷差分别为134817MW、46195MW，同比分别增长18.24%、46.03%。
预计到2010年底，华北电网网调以及各省调直调装机容量达195738.4MW，其中火电180750.6MW，；水电（含抽水蓄能电厂）5629.9MW，风电9358.05MW。
从上面的数据明显看出：
华北电网火电机组占大部分，能够担任调峰任务的水电机组和燃气机组严重缺乏，华北电网电源配置严重不合理。
华北地区动力资源和引进区外电力有限的特点，决定了今后电网电源建设仍以火电为主以及峰谷差的急剧增长，使得调峰问题的解决更加迫在眉睫。
对华北电网发电机组的调峰能力进行剖析，找出其中的缺点及不足，给出解决方案，保证华北地区供电的安全性、可靠性和经济性，保证人民的生产生活能顺利进行。
1.2国内外研究动态
1.2.1国外电网的主要调峰方式
西方发达国家为了解决电网的调峰问题，提高电网的安全稳定性，大都从电网的结构设计、网内机组构成比例以及消费者用电政策等方面综合考虑，来化解电网的供需矛盾，尽量缩小电网峰谷差，这样不仅有利于电厂运行经济性的提高，而且有利于电网的稳定与安全。
1、建设和改建水电机组。
随着全球气温变暖以及用电结构变化等一系列因素的出现，电力系统的调峰问题变得相当突出，电网应该能够在最大限度地满足用户侧实时电力需求的同时，以较低的发电成本和环境负担来保证输出周波的稳定，这就要求以建设调峰能力大且环保经济的抽水蓄能电站为主。
因此，现在世界各国都在改建原设计容量小的水电站，原装机容量1974MW，平均年发电量1416TW·h，年利用时数为7400h，改造后装机容量为10560MW，为原设计容量的5倍，大大增加了调峰能力，而年发电量只增加了31.5%，年利用时数降低到2000h以下。
2、抽水蓄能电站建设。
抽水蓄能电站兼有调峰与填谷的双重功能，调峰幅度大，是国外最常见的一种电网调峰方式。
美国蓄能式水电站的最大容量为1000MW，单机最大容量为250~348MW。
另外，通过建设抽水蓄能机组、蓄能电站和电网需求侧管理等手段的综合使用，可以大大地降低电网峰谷差，有效缓解电网的供需矛盾。
3、增加网内调峰机组的容量，例如开发水电机组、增加燃气轮机组或专为调峰运行设计的火电机组等。
从20世纪70年代开始，国外为了适应电网调峰的要求，设计制造投运了一批大容量带中间负荷作变压运行的火电机组（如美国马丁斯溪电厂亚临界850MW机组、德国肖尔芬电厂亚临界680MW机组），都是能适应电网调峰要求的机组，这些机组的变负荷速度一般可以达到（6%～7%）/min，最低负荷达25%~30%，为了适应这种变压变负荷运行以及频繁启停的要求，一般采用螺旋形管圈交流锅炉和复合循环锅炉。
4、开发能带中间负荷的蒸汽-燃气联合循环机组。
蒸汽-燃气联合循环电厂与同容量的火电厂相比除具有投资省建设周期短、用水少、占地面积小、热效率高等优点外，同时兼有启停方便、适合于带中间负荷的特点。
5、扩大电网的容量或相邻电网之间的互连，是解决电网调峰问题的一种手段，例如，北美地区美加大电网，西欧大电网及日本南北电网的互连。
通过增加容量或电网互连可以增大突变负荷的平衡能力，增大系统的抗扰动能力。
[1]
1.2.2国内外新出现的调峰方式
1.2.2.1燃料电池调峰
由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，不受卡诺循环限制，可以避免中间的转换的损失，理论上能量转换率为100%，装置无论大小实际发电效率可达40%~60%。
燃料电池洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电，综合能源效率可达80%。
装置为积木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，可以实现直接进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联产联用，非常灵活。
燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。
国际能源界预测，燃料电池是2l世纪最有吸引力的发电方法之一。
我国人均能源资源贫乏，在目前电网由主要缺少电量转变为主要缺少系统备用容量、调峰能力、电网建设滞后和传统的发电方式污染严重的情况下，研究和开发微型化燃料电池发电具有重要意义，这种发电方式与传统的大型机组、大电网相结合将给我国带来巨大的经济效益。
1.2.2.2热水蓄热发电调峰
近年来日本学者依据负荷平均化的思想，提出了一种热水蓄热发电设想，即以高压热水形式贮藏火电厂在夜间低负荷时的多余热能，在白天电力高峰时再将其转换成电力。
火电厂复合循环的基本组成是在常规火电厂蒸汽循环（主机组）的基础上，嵌入一个热水蓄热和发电循环（蓄热机组）。
为了满足电网调峰需要，主机组在夜间低负荷运行时，增加高于用电负荷的燃料和补给水投入量，再从主机组循环中的高压加热器出口处抽出增烧部分的热量，以高温高压热水的形式储蓄在热水罐中。
白天，当峰值负荷到来时，将热水罐中高温高压热水导入蓄热机组用于发电，缓解峰值用电紧张情况，以达到调峰的目的。
与依靠投入尖峰负荷发电专用电站的调峰方式相比，火电厂复合循环发电方式在设备结构、资金投入、调峰效益、综合治理等方面均有明显的优越性。
1.2.2.3燃气热电联产调峰
燃气热电联产调峰既能起到电力调峰作用，又能利用发电时所产生的余热向市区供热，这种热电厂既是调峰电厂又是热电厂。
它在发电方面起的作用是调峰，而上网电价可以低于调峰电价。
它所供的热是经发电利用后的低品位热，它的热价可显著低于燃气锅炉的热价。
在环保方面，与产出同样热量和电量的燃气锅炉和调峰燃气电厂相比，它消耗的一次能源，即天然气明显减少，有害气体排放量也将大幅度减少。
和以纯燃气电厂调峰发电相比，燃气热电联产调峰的优点体现在：
1、节能和环保。
天然气是清洁燃料，相对于燃煤来讲，天然气采暖污染物的排放量已降低到很低的程度。
天然气的SO2和悬浮颗粒的排放量极少，而主要排放物NO对环境的影响也远低于环保标准。
这种燃气热电联产所带来的节能和经济效益远超过对环境所产生的影响。
2、经济性。
从初投资方面看，燃气热电联产明显比热电分产方案投资低，主要原因是热电厂增加的供热系统投资比单独建设供热厂的投资要低得多。
3、燃气轮机电厂启停灵活，便于调峰。
燃气热电厂在非采暖季可根据电网的要求，和其他调峰电厂一样，参与电力调峰。
在夏季，在条件允许的情况下，除满足调峰要求外，还可承担供冷负荷，形成热、电、冷三联供的电力调峰运行方式。
因此，以电力调峰方式运行的燃气热电联产比调峰电厂和燃气锅炉具有更强的市场竞争力。
1.2.2.4调控调峰
需求侧管理是电力部门采取有效的激励、诱导措施及适宜的运作方式，与用户共同协力提高终端用电效率，改变用电方式，为减少电量消耗和电力需求所进行的调峰管理。
需求侧管理要考虑两个方面：
一方面要力图以较少的新增装机容量达到系统的电力供需平衡，就必须千方百计降低电网的最大负荷，其根本措施是通过负荷管理技术，改变用户的用电方式，降低电网的最大负荷，取得节约电力、减少电力系统装机容量的效益；另一方面要力图减少系统的发电燃料消耗，就必须设法减少系统的发电量，其根本措施是通过用户采用先进技术和高效设备，提高终端用电效率，减少电量消耗，取得节电量效益。
其中，峰荷期间运行的节电设备还可降低电网的最大负荷，同时获得节约电力减少系统装机容量的效益。
与传统的节电思想相比，需求侧管理不但注重电量的节约，而且注重电力的节约，并在节电资源的评价中注意一种节电资源可能产生的双重节电效应。
需求侧管理错峰用电的思想是：
最大限度地确保城乡居民生活用电和重要用户用电。
引导用电客户自觉错峰，不断提高自觉错峰率；同时，引导用电客户改变用电方式，开发低谷用电市场，实现移峰填谷，提高电网负荷率，保证全年供电量持续增长。
电力部门同时也将对高耗能用电户进行控制，合理安排高耗能负荷企业在夏季高峰进行设备检修。
如化工、电解类、水泥、机械行业、冶炼设备等，以腾出部分负荷空间，满足社会需求。
[2]
第2章华北电网现状
2.1电源
2.1.1华北电网
根据统计，截至2009年底，华北电网的总装机容量为170780.15MW，其中火电为160990.4MW，占总装机容量的比例为94.26%；水电（含抽水蓄能电厂）为5629.9MW，占总装机容量的比例为3.30%；风电为4159.85MW，占总装机容量的比例为2.44%。
华北电网数据见表2.1.1.1。
[3]
表2.1.1.1华北电网电源组成单位：
MW
火电
水电
风电
总计
装机容量
160990.4
5629.9
4159.85
170780.15
所占比例
94.26%
3.30%
2.44%
100%
为了计算出华北电网的调峰能力，现在将华北电网实际用于调峰的机组按类型：
火电机组（火电机组分供热机组和不供热机组，也就是为了计算出系统冬、夏季的最大调峰容量）与水电机组（常规水电机组和抽水蓄能机组）和容量（此处挑选典型机组，即：
100MW、200MW、300MW和600MW）进行分类统计，结果见表2.1.1.2。
表2.1.1.2华北电网机组组成单位：
MW，台
600
300
200
100
火电机组
86
219
141
155
火电中的供热机组
0
47
50
63
水电机组
0
3
22
4
水电中的抽水蓄能机组
0
0
9
3
从上面的数据明显看出：
华北电网火电机组占大部分，适合担任调峰任务的水电机组和燃气机组严重缺乏，华北电网电源配置不合理。
华北地区动力资源和引进区外电力有限的特点，决定了今后电网电源建设仍以火电为主。
随着国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们的用电量和对电能质量的要求也越来越高。
但是随着装机容量的不断增大，峰谷差也随之急剧增长，这给实现较高供电质量带来极大挑战，因此，调峰问题必须尽快解决。
2.1.2京津唐网
京津唐网的总装机容量为43807.1MW，其中火电为42199MW，占总装机容量的比例为96.33%；水电（含抽水蓄能电厂）为1220MW，占总装机容量的比例为2.78%；风电为388.1MW，占总装机容量的比例为0.89%。
京津唐网数据见表2.1.2.1。
表2.1.2.1京津唐网电源组成单位：
MW
火电
水电
风电
总计
装机容量
42199
1220
388.1
43807.1
所占比例
96.33%
2.78%
0.89%
100%
为了计算出京津唐网的调峰能力，现在将京津唐网实际用于调峰的机组按类型：
火电机组（火电机组分供热机组和不供热机组，也就是为了计算出系统冬、夏季的最大调峰容量）与水电机组（常规水电机组和抽水蓄能机组）和容量（此处挑选典型机组，即：
100MW、200MW、300MW和600MW）进行分类统计，结果见表2.1.2.2。
表2.1.2.2京津唐网机组组成单位：
MW，台
600
300
200
100
火电机组
31
53
31
12
火电中的供热机组
0
17
12
4
水电机组
0
0
5
3
水电中的抽水蓄能机组
0
0
4
3
京津唐电网的火电比例高于华北电网平均水平，水电和华北电网平均水平持平，风电占极小部分。
京津唐地区是我国重要的综合性工业基地和政治、经济、文化、贸易中心，其地理位置十分重要，供电可靠性应高于华北网其它地区，要保证电能质量和供电可靠性，首先要解决的就是调峰问题。
2.1.3河北南网
河北南网的总装机容量为20600.1MW，其中火电为19300.2MW，占总装机容量的比例为93.69%；水电（含抽水蓄能电厂）为1101.9MW，占总装机容量的比例为5.35%；风电为198MW，占总装机容量的比例为0.96%。
河北南网数据见表2.1.3.1。
表2.1.3.1河北南网电源组成单位：
MW
火电
水电
风电
总计
装机容量
19300.2
1101.9
198
20600.1
所占比例
93.69%
5.35%
0.96%
100%
为了计算出河北南网的调峰能力，现在将河北南网实际用于调峰的机组按类型：
火电机组（火电机组分供热机组和不供热机组，也就是为了计算出系统冬、夏季的最大调峰容量）与水电机组（常规水电机组和抽水蓄能机组）和容量（此处挑选典型机组，即：
100MW、200MW、300MW和600MW）进行分类统计，结果见表2.1.3.2。
表2.1.3.2河北南网机组组成单位：
MW，台
600
300
200
100
火电机组
15
24
12
10
火电中的供热机组
0
4
7
6
水电机组
0
0
5
0
水电中的抽水蓄能机组
0
0
5
0
河北南网的火电比例低于华北电网平均水平，水电相对华北电网平均水平较高，风电占极小部分。
河北南网的优点是占系统5%容量的水电全为抽水蓄能电站，可以提供10%系统容量的调峰能力，所以河北南网的调峰问题并不严峻。
2.1.4山西电网
山西电网的总装机容量为28281.5MW，其中火电为26290.0MW，占总装机容量的比例为92.96%；水电（含抽水蓄能电厂）为1768.0MW，占总装机容量的比例为6.25%；风电为223.5MW，占总装机容量的比例为0.79%。
山西电网数据见表2.1.4.1。
表2.1.4.1山西电网电源组成单位：
MW
火电
水电
风电
总计
装机容量
26290.0
1768.0
223.5
28281.5
所占比例
92.96%
6.25%
0.79%
100%
为了计算出山西电网的调峰能力，现在将山西电网实际用于调峰的机组按类型：
火电机组（火电机组分供热机组和不供热机组，也就是为了计算出系统冬、夏季的最大调峰容量）与水电机组（常规水电机组和抽水蓄能机组）和容量（此处挑选典型机组，即：
100MW、200MW、300MW和600MW）进行分类统计：
表2.1.4.2山西电网机组组成单位：
MW，台
600
300
200
100
火电机组
15
33
15
38
火电中的供热机组
0
0
2
3
水电机组
0
0
12
1
水电中的抽水蓄能机组
0
0
0
0
山西电网的火电比例低于华北电网平均水平，水电所占比例与华北电网其他子网相比最高，风电占极小部分。
山西电网的特点类似于河北南网，水电资源相对富裕，调峰问题不大。
2.1.5山东电网
山东电网的总装机容量为46164.0MW，其中火电为45164.0MW，占总装机容量的比例为97.83%；水电（含抽水蓄能电厂）为1000.0MW，占总装机容量的比例为2.17%；风电为0MW，占总装机容量的比例为0%。
山东电网数据见表2.1.5.1。
表2.1.5.1山东电网电源组成单位：
MW
火电
水电
风电
总计
装机容量
45164.0
1000.0
0
46164.0
所占比例
97.83%
2.17%
0%
100%
为了计算出山东电网的调峰能力，现在将山东电网实际用于调峰的机组按类型：
火电机组（火电机组分供热机组和不供热机组，也就是为了计算出系统冬、夏季的最大调峰容量）与水电机组（常规水电机组和抽水蓄能机组）和容量（此处挑选典型机组，即：
100MW、200MW、300MW和600MW）进行分类统计，结果见表2.1.5.2。
表2.1.5.2山东电网机组组成单位：
MW，台
600
300
200
100
火电机组
23
63
34
67
火电中的供热机组
0
5
19
27
水电机组
0
0
0
0
水电中的抽水蓄能机组
0
0
0
0
山东电网的火电占极大部分，加之水电所占比例很小，山东电网现阶段的电源配置不合理。
调峰任务基本由火电承担，而大容量火电机组的调峰方式一般是低负荷运行，即使机组保持一定的旋转备用容量用来调峰，而低谷负荷时必须使某些机组停运，频繁的开停机，不仅是系统的单位电能经济性下降，污染增大，而且还会对机组造成损伤，影响机组使用寿命。
因此，山东电网有必要尽快发展一些储能电源，如抽水蓄能、压缩空气蓄能、热蓄能等储能电源，从而改善系统运行经济性，提高电能质量。
2.1.6内蒙电网
内蒙电网的总装机容量为31927.5MW，其中火电为28037.2MW，占总装机容量的比例为87.82%；水电（含抽水蓄能电厂）为540.0MW，占总装机容量的比例为1.69%；风电为3350.MW，占总装机容量的比例为10.49%%。
内蒙电网数据见表2.1.6.1
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