余熱發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)特點(diǎn)及存在問題

  一、余熱發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)特點(diǎn)

  目前,我國水泥工業(yè)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的核心內(nèi)容是熱力循環(huán)系統(tǒng),熱力循環(huán)方式主要有單壓系統(tǒng)、閃蒸系統(tǒng)、雙壓系統(tǒng)三種基本模式,以及由此衍生的復(fù)合系統(tǒng)構(gòu)成。理論和實(shí)踐表明,以上三種熱力系統(tǒng)的選擇,應(yīng)依據(jù)企業(yè)的具體情況來選擇合適的系統(tǒng),采用哪種熱力循環(huán)方式最合理,應(yīng)依據(jù)熱平衡計(jì)算、生產(chǎn)線規(guī)模、企業(yè)管理水平、投資高低等實(shí)際情況,進(jìn)行綜合比較分析論證。而且無論何種模式的余熱利用發(fā)電系統(tǒng),相對(duì)于外部常規(guī)供配電網(wǎng)絕大多數(shù)采取“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的并網(wǎng)運(yùn)行方式,主要有下列技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)要求:

  1. 并網(wǎng)及上網(wǎng)含義

  所謂并網(wǎng)運(yùn)行是指發(fā)電機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)下,與外部常規(guī)配電網(wǎng)在主回路上存在電氣連接,連接點(diǎn)一般稱為“公共連接點(diǎn)”(簡(jiǎn)稱PCC)。電氣連接包括電纜直接連接、經(jīng)過變壓器連接、經(jīng)過逆變器連接等方式。并網(wǎng)運(yùn)行按照電能功率交換方式可分為普通并網(wǎng)和并網(wǎng)不上網(wǎng)2種。前者發(fā)電機(jī)組可以向外部電網(wǎng)輸送多余電能功率,而后者則嚴(yán)格禁止發(fā)電機(jī)組的電能功率外送,即PCC處功率流向只能是從外部電網(wǎng)流向電力用戶。因此,水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的含義是指水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)雖然與外部常規(guī)供配電網(wǎng)并網(wǎng)但其所發(fā)電量由水泥工廠全部自用,即所發(fā)電能并不傳輸?shù)酵獠侩娋W(wǎng)使用,純粹技術(shù)上的并網(wǎng)連接點(diǎn)也都在水泥企業(yè)的內(nèi)部供配電網(wǎng)線路上通過電纜直接連接。通俗一點(diǎn)講,并網(wǎng)也可理解為技術(shù)方面,一般指的是“設(shè)備”,是發(fā)電機(jī)及發(fā)電設(shè)備與電力系統(tǒng)間存在物理連接。上網(wǎng)則是市場(chǎng)交易方面,一般指的是“電”,是電耗,電量要通過電力系統(tǒng)向用戶傳送及銷售。

  2. 并網(wǎng)的條件

  水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)一般選用的是同步發(fā)電機(jī),同步發(fā)電機(jī)要投入電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行(并網(wǎng)運(yùn)行)。必須滿足幾個(gè)條件:① 發(fā)電機(jī)的電壓應(yīng)與電網(wǎng)電壓大小相等、相位相同;② 發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)和電網(wǎng)頻率相同;③ 發(fā)電機(jī)的相序應(yīng)和電網(wǎng)相序一致。但前兩個(gè)條件是允許稍有出入的,第三個(gè)條件必須絕對(duì)滿足,因?yàn)榘l(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí),客觀上同相之間的電壓差和相位差是不可避免的,發(fā)電機(jī)沒并網(wǎng)前自己是一個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng),外部常規(guī)配電網(wǎng)算一個(gè),兩個(gè)電網(wǎng)并列運(yùn)行前需要同期考慮三個(gè)問題:電壓差,相位差,頻率差。理論上三者差為0,即為最佳同期點(diǎn),實(shí)際上這是幾乎不存在的,所以只需要電壓差、相位差和頻率差在一個(gè)允許的范圍內(nèi)即可發(fā)并網(wǎng)信號(hào),使發(fā)電機(jī)組安全可靠并網(wǎng)。差越小,沖擊電流越小,需要系統(tǒng)無功功率也最小,對(duì)外部常規(guī)配電網(wǎng)的影響亦越小。

  3. 并網(wǎng)的方法

  并網(wǎng)的一系列操作步驟稱為同步,俗稱并車。實(shí)際的同步方法有兩種,一種稱為準(zhǔn)同步法(準(zhǔn)同期),另一種稱為自同步法。目前水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的方法均采用準(zhǔn)同步法,所謂準(zhǔn)同步法是指同步汽輪發(fā)電機(jī)與外部電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí),調(diào)節(jié)其電壓、頻率及相位角,使待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電狀態(tài)盡可能與對(duì)方(外部電網(wǎng))一致,即完全合乎上述并聯(lián)運(yùn)行投入的條件。這樣的同步過程,亦稱為理想同步。一般采用技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、精度高的現(xiàn)代同步指示裝置和自動(dòng)化并聯(lián)裝置,水泥工業(yè)配套余熱發(fā)電系統(tǒng)在這方面設(shè)計(jì)的已經(jīng)非常先進(jìn)可靠與完美了。

  4. 并網(wǎng)電壓

  水泥工廠其總進(jìn)線電壓一般有10kV、35kV和110kV,也就是說其配套余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組一般都是與110kV電壓等級(jí)以下的外部常規(guī)配電系統(tǒng)并網(wǎng)。根據(jù)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組容量的不同,要選擇不同的并網(wǎng)電壓。設(shè)發(fā)電機(jī)組容量為S,電壓為U,電流為I,則三者滿足S=UI,I=S/U,可見在發(fā)電機(jī)組容量一定的情況下。為了盡量降低電流,就要相應(yīng)提高發(fā)電機(jī)組的電壓。因此,選擇適當(dāng)?shù)牟⒕W(wǎng)電壓也是為了將在PCC點(diǎn)的注入電流控制在合適的范圍之內(nèi),同時(shí)降低線路損耗。根據(jù)我國各個(gè)地方的電網(wǎng)特點(diǎn)及水泥工廠內(nèi)部配電電壓等級(jí),為了使機(jī)組運(yùn)行在一個(gè)安全合理的電壓水平上,水泥工業(yè)配套余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)電壓一般在6.3kV和10.5kV居多。

  5. 接入容量

  根據(jù)國外分布式發(fā)電裝置(Distributed Generation簡(jiǎn)稱DG)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),常規(guī)DG發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后,會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)潮流的變化,為了使這種變化處于可控的范圍內(nèi),一般要對(duì)DG發(fā)電機(jī)組的容量進(jìn)行合理限制。另外,由于DG機(jī)組的啟、停機(jī)不受電力系統(tǒng)調(diào)度部門的控制。所以如果單臺(tái)機(jī)組容量過大,啟、停機(jī)時(shí)就會(huì)對(duì)周圍的用戶用電造成較大的影響。例如:感應(yīng)發(fā)電機(jī)需要從電力系統(tǒng)中獲得無功支持才能正常運(yùn)行。當(dāng)它啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成電壓突然下降,而它運(yùn)行時(shí)要吸收大量的無功,使得線路上的無功電流和無功損耗都會(huì)增加。在美國德州的DG并網(wǎng)規(guī)定中為了減小機(jī)組啟、停機(jī)時(shí)的沖擊和保證其他用戶的安全用電,限制DG機(jī)組的總?cè)萘坎荒艹^最大負(fù)荷的25%。而在水泥行業(yè),一般地處城市偏遠(yuǎn)地區(qū),其配套余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組又都布置在水泥工廠內(nèi)部,發(fā)電機(jī)組容量占水泥工廠全廠總變壓器容量的比例一般也不超過25%,說明其對(duì)外部電網(wǎng)的影響是很小的,理論上和實(shí)踐上也都充分證明了這一點(diǎn),因此借鑒國外經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為余熱發(fā)電機(jī)組的啟、停機(jī)不受電力系統(tǒng)調(diào)度部門的控制也是可以的。

  二、余熱利用發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行政策落實(shí)上存在的問題

     水泥余熱發(fā)電是一項(xiàng)非常有效的節(jié)能減排途徑,應(yīng)該說國家已經(jīng)給予政策上的大力支持,2005年也已被列入我國十大節(jié)能工程之一。

  1. 主要相關(guān)法律條文引述

     (1) 《中華人民共和國節(jié)約能源法》 (2007年10月28日修訂)

  國家鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)采用高效、節(jié)能的電動(dòng)機(jī)、鍋爐、窯爐、風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備,采用熱電聯(lián)產(chǎn)、余熱余壓利用、潔凈煤以及先進(jìn)的用能監(jiān)測(cè)和控制等技術(shù)。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)按照國務(wù)院有關(guān)部門制定的節(jié)能發(fā)電調(diào)度管理的規(guī)定,安排清潔、高效和符合規(guī)定的熱電聯(lián)產(chǎn)、利用余熱余壓發(fā)電的機(jī)組以及其他符合資源綜合利用規(guī)定的發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,上網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行國家有關(guān)規(guī)定。電網(wǎng)企業(yè)未按照本法規(guī)定安排符合規(guī)定的熱電聯(lián)產(chǎn)和利用余熱余壓發(fā)電的機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,或者未執(zhí)行國家有關(guān)上網(wǎng)電價(jià)規(guī)定的,由國家電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)責(zé)令改正;造成發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失的,依法承擔(dān)賠償責(zé)任。

  (2) 《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》(2008年8月29日第十一屆全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第四次會(huì)議通過,自2009年1月1日起施行),企業(yè)應(yīng)當(dāng)按照國家規(guī)定,對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉煤灰、煤矸石、尾礦、廢石、廢料、廢氣等工業(yè)廢物進(jìn)行綜合利用。企業(yè)應(yīng)當(dāng)采用先進(jìn)或者適用的回收技術(shù)、工藝和設(shè)備,對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱、余壓等進(jìn)行綜合利用。建設(shè)利用余熱、余壓、煤層氣以及煤矸石、煤泥、垃圾等低熱值燃料的并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目,應(yīng)當(dāng)依照法律和國務(wù)院的規(guī)定取得行政許可或者報(bào)送備案。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)按照國家規(guī)定,與綜合利用資源發(fā)電的企業(yè)簽訂并網(wǎng)協(xié)議,提供上網(wǎng)服務(wù),并全額收購并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目的上網(wǎng)電量。

  2. 實(shí)際政策落實(shí)上存在的問題及原因

      在實(shí)際并網(wǎng)問題上,水泥行業(yè)往往受到當(dāng)?shù)仉娏π袠I(yè)的嚴(yán)重不公平待遇和刁難甚至“敲詐”。只要并網(wǎng),在許多地區(qū)的電力行業(yè)(電網(wǎng)企業(yè))按余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的多少收取極不合理的“上網(wǎng)費(fèi)、并網(wǎng)費(fèi)或管理費(fèi)”等。余熱發(fā)電機(jī)組機(jī)組的啟、停機(jī)還要受到電網(wǎng)企業(yè)電力系統(tǒng)調(diào)度部門的嚴(yán)格控制。個(gè)別省市的水泥廠余熱發(fā)電并網(wǎng)仍然是老大難問題,余熱發(fā)電系統(tǒng)具備發(fā)電條件后往往因并網(wǎng)問題得不到合理解決而遲遲不能正常發(fā)電運(yùn)行。問題基本上可以定性為普遍存在的問題,大大侵蝕了水泥企業(yè)的利潤空間,一定程度上也影響了水泥余熱發(fā)電項(xiàng)目的積極性,阻礙了國家節(jié)能減排計(jì)劃的有效實(shí)施。為什么一個(gè)被國家出臺(tái)了一系列優(yōu)惠和鼓勵(lì)政策、技術(shù)上完全成熟并大力推廣的節(jié)能減排項(xiàng)目,在實(shí)際政策執(zhí)行與落實(shí)上,有許多偏差、阻力和不公平呢?

      我們通過調(diào)查,綜合分析認(rèn)為主要有以下原因:

     ①  行業(yè)利益上有沖突:由于水泥余熱發(fā)電會(huì)在一定程度上影響了電力電網(wǎng)企業(yè)的利益,電力電網(wǎng)企業(yè)從內(nèi)心里、真實(shí)的想法是:對(duì)水泥企業(yè)的余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)請(qǐng)求是不樂意接受的,態(tài)度也是不積極的 。

     ②  在我國集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)是電能生產(chǎn)、輸送和分配的主要方式,電力行業(yè)尤其是電網(wǎng)行業(yè)又是一個(gè)高度壟斷的的行業(yè),有相當(dāng)一部分電力行業(yè)人員是有著比較固化的集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)及電網(wǎng)安全的行業(yè)習(xí)慣思維,對(duì)近年來國外發(fā)展較快的直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置也不是太了解,再加上近年來電力行業(yè)多是上大機(jī)組淘汰落后小機(jī)組的發(fā)展,應(yīng)該說個(gè)別電力行業(yè)工作人員對(duì)容量一般不大的水泥余熱發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)組(一般有2MW、4.5MW 、9MW 、1.8MW和2.2MW以下幾個(gè)規(guī)格)能否保持較理想的發(fā)電技術(shù)指標(biāo)有些偏見或?qū)λ嘈袠I(yè)管理運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的技術(shù)力量和經(jīng)驗(yàn)不太信任,認(rèn)為一旦和他們管理運(yùn)營的外部大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,會(huì)增加外部大電網(wǎng)的不安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

    ③  一些政策法規(guī)尚不健全,尤其在針對(duì)水泥行業(yè)余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上還是空白,已有政策法規(guī)條文的實(shí)際操作性差,水泥行業(yè)與電力電網(wǎng)行業(yè)雙方對(duì)政策法規(guī)條文的理解和領(lǐng)會(huì)存在差距,也是阻礙合理高效進(jìn)行并網(wǎng)的一個(gè)重要原因。往往使雙方在并網(wǎng)協(xié)議簽訂時(shí)對(duì)一些由各方應(yīng)承擔(dān)的基本義務(wù)、必須滿足的技術(shù)條件和行為規(guī)范等很難協(xié)商一致,存在分歧,就是已經(jīng)簽訂的一些并網(wǎng)協(xié)議也不能真正體現(xiàn)平等、自愿、協(xié)商一致和誠實(shí)信用的公正原則。

  三、建議與對(duì)策

      針對(duì)新時(shí)期我國水泥工業(yè)配套余熱發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)運(yùn)行方面客觀存在的許多問題,結(jié)合其技術(shù)特點(diǎn),站在科學(xué)發(fā)展觀的立場(chǎng),本著公平合理不偏不倚的原則,集思廣益,特提出以下建議與對(duì)策:

      1.充分利用行業(yè)協(xié)會(huì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì),發(fā)揮其技術(shù)指導(dǎo)和服務(wù)作用,針對(duì)當(dāng)前存在問題,認(rèn)真學(xué)習(xí)借鑒國外發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和政策立法理念,組織相關(guān)技術(shù)專家進(jìn)行認(rèn)真專題論證,積極向國家有關(guān)主管部門(如國家發(fā)改委、國家電監(jiān)會(huì)等)提出建議和議案,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)解決,盡快制定出余熱利用發(fā)電并網(wǎng)(審批、優(yōu)惠政策等管理辦法,提高優(yōu)惠政策的可操作性。

  2.水泥企業(yè)要高度重視對(duì)真正熟悉余熱利用發(fā)電技術(shù)及國家節(jié)能減排優(yōu)惠政策等優(yōu)秀人才的選培工作,在與電力行業(yè)工作人員商談水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)協(xié)議時(shí),充分發(fā)揮他們的技術(shù)專業(yè)特長,最大限度用好國家的政策法規(guī),以理服人,盡最大可能為水泥行業(yè)多爭(zhēng)取合理合法利益,使簽訂的并網(wǎng)協(xié)議能充分體現(xiàn)公平合理的原則,提升整個(gè)水泥行業(yè)的應(yīng)有價(jià)值。

  3.水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行一定要用“想在前頭,力求完美”的理念,提前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,凡事,預(yù)則立,不預(yù)則廢(預(yù):預(yù)先,指事先作好計(jì)劃或準(zhǔn)備;立:成就;廢:敗壞。),不能等項(xiàng)目已經(jīng)快具備發(fā)電運(yùn)行的條件時(shí)再與電力行業(yè)商談并網(wǎng)協(xié)議。

  4.水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行問題要充分借鑒學(xué)習(xí)國外近年來發(fā)展較快的分布式能源系統(tǒng)的思想和經(jīng)驗(yàn),例如完全可以把水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)看作是直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置(Distributed Generation,簡(jiǎn)稱DG),這里的用戶就是水泥工廠自身,揚(yáng)長避短,和諧科學(xué)發(fā)展。日本的經(jīng)驗(yàn)是分布能源系統(tǒng)的發(fā)電容量最好在25%-35%之間,不足部分由電網(wǎng)補(bǔ)充,友好供電,相互依存。

  5.為規(guī)范水泥廠余熱發(fā)電的設(shè)計(jì)工作,我國《水泥工廠純低溫余熱發(fā)電設(shè)計(jì)規(guī)范》正在編制之中,針對(duì)業(yè)內(nèi)以噸熟料發(fā)電量評(píng)價(jià)發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)象,還應(yīng)抓緊編制余熱發(fā)電技術(shù)評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)。

  四、結(jié)束語

  水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)是國家節(jié)能減排工作中的重要技術(shù)之一,同外部常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,能夠充分發(fā)揮余熱發(fā)電機(jī)組的優(yōu)勢(shì),提高能源利用率,降低配電網(wǎng)網(wǎng)損,提高供電可靠性。其機(jī)組并網(wǎng)在技術(shù)上是完全可行的,只要設(shè)計(jì)合理,設(shè)備選型得當(dāng),運(yùn)行良好,不會(huì)影響外部常規(guī)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此,我國應(yīng)加快余熱利用發(fā)電并網(wǎng)條例或并網(wǎng)管理辦法的制定,盡快消除在水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行中存在的不合理現(xiàn)象,合理平衡水泥行業(yè)與電力電網(wǎng)行業(yè)之間的關(guān)系,使得水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)有章可循,從而促進(jìn)我國節(jié)能減排項(xiàng)目的快速健康發(fā)展。

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