依據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局制定的《清潔能源消納行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》，2018年，清潔能源消納取得顯著成效，預(yù)計(jì)到2020年能夠基本解決清潔能源消納問(wèn)題，并對(duì)各省區(qū)清潔能源消納目標(biāo)做出規(guī)定。在新能源消納并網(wǎng)過(guò)程中，天然氣發(fā)電將挑起與可再生能源的互補(bǔ)的重?fù)?dān)，為電網(wǎng)的靈活穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。這其中，電力輔助服務(wù)無(wú)疑將成為燃?xì)怆姀S提升運(yùn)行靈活性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的新落腳點(diǎn)。



電力輔助服務(wù)是指為維持電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行或恢復(fù)系統(tǒng)安全，以及為保證電能供應(yīng)，滿足電壓、頻率質(zhì)量等要求所需要的一系列服務(wù)，主要包括調(diào)頻、調(diào)峰、備用、無(wú)功支持及黑啟動(dòng)等。當(dāng)燃?xì)怆姀S增強(qiáng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件能力，提升調(diào)峰能力，以及更好完成電網(wǎng)一次調(diào)頻的考核等，這些無(wú)疑會(huì)為電廠運(yùn)營(yíng)提升穩(wěn)定性，同時(shí)增加盈利能力。

今天，我們將從一次調(diào)頻、快速變負(fù)荷、孤島運(yùn)行三方面，與大家一起探討燃機(jī)輔助功能的應(yīng)用及對(duì)電廠的裨益。

一次調(diào)頻

當(dāng)供需平衡打破，升降負(fù)荷靈活應(yīng)對(duì)

頻率是衡量電能質(zhì)量的基本指標(biāo)之一，也是反映電網(wǎng)電能供需平衡的標(biāo)志。當(dāng)電力系統(tǒng)的供需達(dá)到平衡，電能質(zhì)量最好。一旦供需打破，例如突然增加了大用電量的用戶，或是某個(gè)上網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電廠突然跳閘，都會(huì)改變電網(wǎng)頻率，偏離系統(tǒng)額定值（中國(guó)為50赫茲），這會(huì)損傷用電設(shè)備。一次調(diào)頻功能就是應(yīng)對(duì)電網(wǎng)頻率變化的有效手段。當(dāng)搭載在發(fā)電機(jī)組上的轉(zhuǎn)速探頭檢測(cè)到頻差產(chǎn)生，意識(shí)到電網(wǎng)的供需不平衡，燃機(jī)就會(huì)立即做出反應(yīng)，直接調(diào)節(jié)燃料給定值，迅速改變負(fù)荷，使供需重新達(dá)到平衡。

如今，上網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組每年都會(huì)接受來(lái)自電網(wǎng)的嚴(yán)格的一次調(diào)頻指標(biāo)考核，包括一次調(diào)頻正確動(dòng)作率、響應(yīng)時(shí)間、調(diào)頻死區(qū)、調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不等率和一次調(diào)頻投入的最大調(diào)整負(fù)荷限幅等。不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的電廠將會(huì)面臨罰款，能否順利完成一次調(diào)頻，不僅關(guān)乎電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也關(guān)系到了每個(gè)燃?xì)怆姀S的運(yùn)行效益。

GE發(fā)電團(tuán)隊(duì)通過(guò)全球和國(guó)內(nèi)大量的、長(zhǎng)期的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)積累，形成了獨(dú)到的一次調(diào)頻設(shè)置方案，有效加強(qiáng)一次調(diào)頻的效果，如用可變的轉(zhuǎn)速不等率來(lái)加強(qiáng)前饋?zhàn)饔?、增?qiáng)負(fù)荷疊加作用、減少調(diào)頻死區(qū)，配合控制系統(tǒng)中的燃燒穩(wěn)定功能，既滿足一次調(diào)頻要求又確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

不同區(qū)域的電網(wǎng)對(duì)于一次調(diào)頻的要求不盡相同，GE會(huì)根據(jù)電網(wǎng)的具體需求、機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況和機(jī)組特性來(lái)定制控制軟件的參數(shù)。目前，已有多家燃?xì)怆姀S攜手GE完善并在實(shí)際操作中優(yōu)化了一次調(diào)頻功能，提高了電網(wǎng)考核的合格率。

快速變負(fù)荷

增強(qiáng)調(diào)峰能力，更好配合新能源消納

隨著新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模逐漸加大，電網(wǎng)負(fù)荷及峰谷差也越來(lái)越大，為適應(yīng)調(diào)峰需求，燃?xì)怆姀S在快速升降負(fù)荷上需要結(jié)合燃機(jī)本身的參數(shù)并對(duì)硬件、軟件進(jìn)行升級(jí)，提高快速升降負(fù)荷能力。

以廣泛應(yīng)用的F級(jí)燃機(jī)為例，GE Fast Ramp快速變負(fù)荷軟件，可以針對(duì)不同的用電需求做出快速反應(yīng)，可將燃機(jī)加載和停機(jī)的時(shí)間縮減一半。如當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷提升，F(xiàn)ast Ramp快速變負(fù)荷套件就會(huì)根據(jù)載荷變化實(shí)時(shí)地控制燃料控制閥，從而為燃機(jī)提供更多燃料。

通常，9F.03燃機(jī)切換負(fù)荷的能力是每分鐘可以實(shí)現(xiàn)升或降22兆瓦。一旦電網(wǎng)的需求超出燃機(jī)調(diào)整負(fù)荷范圍，容易出現(xiàn)黑屏或掉機(jī)的情況。搭載Fast Ramp快速變負(fù)荷軟件之后，可以將燃機(jī)調(diào)整負(fù)荷能力提升到每分鐘升或降55兆瓦，將燃機(jī)的反應(yīng)速度提升了1.5倍。

根據(jù)GE燃機(jī)機(jī)組的海外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，GE的Fast Ramp在保證排放合格同時(shí)，提供了世界級(jí)的快速載荷調(diào)整能力：?jiǎn)螜C(jī)循環(huán)調(diào)整能力處于領(lǐng)先水平，聯(lián)合循環(huán)調(diào)整能力也會(huì)根據(jù)余熱鍋爐和燃機(jī)輪機(jī)的條件進(jìn)行最優(yōu)化和最大化而不會(huì)被其限制。一些國(guó)家會(huì)對(duì)采用電力輔助功能的電廠進(jìn)行有償鼓勵(lì)，因此采用Fast Ramp快速變負(fù)荷服務(wù)的電廠有可能得到合理經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，在集中競(jìng)價(jià)或招標(biāo)采購(gòu)中贏得優(yōu)勢(shì)電價(jià)，提升了盈利能力。

以意大利發(fā)電市場(chǎng)為例，意大利發(fā)電市場(chǎng)集齊了世界三大燃機(jī)供應(yīng)商以及本土供應(yīng)商的F級(jí)燃機(jī)，使大部分電廠都在積極提高自身的響應(yīng)能力以爭(zhēng)取最大利潤(rùn)。意大利EDISON SPA在10多臺(tái)9F.03燃機(jī)上搭載了Fast Ramp，目前機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，效果良好。此外Fast Ramp在意大利A2A SPA，日本東京電力9F.04機(jī)組的安裝運(yùn)行都具有參考意義。諸如美國(guó)等集中式市場(chǎng)模式和市場(chǎng)交易相結(jié)合的地區(qū)，SOUTHERN CALIFORNIA EDISON客戶在7F燃機(jī)安裝并運(yùn)行Fast Ramp以后，快速應(yīng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的載荷需求，并且贏得優(yōu)勢(shì)電價(jià)。

孤島運(yùn)行

如若事故來(lái)襲，迅速恢復(fù)供電我行

如何提升應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力？這也是燃?xì)怆姀S運(yùn)營(yíng)者的關(guān)注點(diǎn)。尤其是我國(guó)東南沿海地區(qū)的電廠，時(shí)常遇到臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的挑戰(zhàn)，例如2017年的“天鴿”臺(tái)風(fēng)，造成了珠海、澳門(mén)兩地電力系統(tǒng)一度癱瘓，出現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間停電的現(xiàn)象，導(dǎo)致了巨大的損失。同一年，國(guó)家能源局南方監(jiān)管局下達(dá)指示，要切實(shí)提升對(duì)澳供電能力及主力電源抗臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的能力，真正做到防患于未然。為達(dá)成這一目標(biāo)，就有電廠將機(jī)組FCB改造提上日程。

FCB即Fast Cut Back，指機(jī)組在運(yùn)行期間因突然出現(xiàn)的電網(wǎng)故障而與其解列，瞬間甩掉外供電負(fù)荷，維持發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行，即孤島運(yùn)行，并且在主網(wǎng)故障排除后，機(jī)組能夠快速同期并網(wǎng)，迅速恢復(fù)對(duì)外供電。

目前我國(guó)燃煤機(jī)組基本都有FCB功能。相較于燃煤機(jī)組，燃機(jī)進(jìn)行燃燒和做功的是一個(gè)設(shè)備，缸體厚度更薄，高溫做功部件能量密度大等，只要在同等的安全的升降負(fù)荷范圍內(nèi)，應(yīng)力水平比燃煤機(jī)組更低，對(duì)燃機(jī)本體的影響更小。所以燃機(jī)（單循環(huán)運(yùn)行時(shí)）的負(fù)荷響應(yīng)速度、啟停更快，負(fù)荷調(diào)節(jié)的范圍更大。