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摘 要：针对吉林省大规模开发风电所带来的对电网稳定性不良的影响，结合我院所做的东丰县气风互补发电项目，提出一种新的基于风电和燃气轮机互补发电系统，论述气风互补装机方案确定原则及互补系统燃气轮机装机方案及机组选型。
关键词：气风互补发电 容量配比 燃气轮机
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-010-02
1 概述
近几年风力发电在我国得到了迅猛发展。吉林省地区是我国风能资源丰富的地区之一，目前吉林省风电装机容量已达300万千瓦，再加上吉林省电源结构不合理、负荷峰谷差大，风能资源集中地区电网薄弱，吉林电网接入大量风电及消纳有困难。为了能够消除大规模开发风电所带来的对电网稳定性不良的影响，本文结合我院所做的东丰县气风互补发电项目，论述风电和燃气轮机互补发电的可行性。
2 气风互补装机方案确定原则
气风互补装机方案有两种确定方法：（1）根据选定的风电场总容量及相关系数，确定燃气轮发电站的总装机规模和台数；（2）根据选定的燃气轮发电站的总装机规模和台数；确定可调风电场的总装机规模和台套数。本项目按第一种方法设计。
3 互补系统燃气轮机装机方案及机组选型
3.1 气风互补发电系统
在确定合理的互补发电系统容量配比之前，首先确定几个相关的原则，这些原则是互补系统最优容量配比的限制条件。
（1）通常情况下，风电场的所有机组的运行是无条件的，也就是说互补系统中风电机组只要是在机组许可的运行风速范围内，机组都无条件发电，除非由于机组本身的故障而停机。在一些特殊的情况下，也可以单独对部分机组的出力进行调节，以满足整个互补系统出力的调度要求。这个限制条件可以保证风电优先作为互补系统发电的首选。
（2）由于风电场出力的波动性，互补发电系统中作为补偿出力的小型燃气轮机大部分时间运行在部分负荷工况下。燃气轮机的效率在低负荷时效率急剧下降，为了保证系统的经济性，要求燃气轮机优先运行在效率较高的部分负荷下。
（3）对于整个互补系统的出力并不严格要求一定要一直稳定在一个恒定值上，否则对系统的经济性极为不利，也不符合现代电网调度的要求。作为互补的发电系统，首先要解决的是其出力不要象风电场那样快速剧烈的波动，而且不可控。通常情况下，要求互补系统的出力在一段时间内保持一个恒定的值，这个恒定值根据系统的调度要求来产生。
（4）考虑到高炉产生的煤气不容易储存，互补发电系统实际运行时，燃机可按实际产生的煤气能满足的负荷运行。在满足互补系统需补充电量后，燃机剩余发电量直接供鑫达公司自用电。
根据第一个条件，我们可以首先决定风电场的容量。在本工程总装机容量为100MW风电场作为我们互补发电系统的风电部分。
3.2 风机出力情况
表1在分析了风电场出力情况后，得到风电场在一年内的最大平均出力为20MW，平均出力大约为18MW，最小平均出力为16MW。燃机计算用风电场出力取用风电场平均出力暂定为18MW，占满负荷出力的18%。
3.3 燃气轮机出力情况
由表2可知，钢厂每年产生的煤气可供安装3x30MW燃气轮机耗气量的需求，可采用3x30MW燃气轮机的方案，最大的利用煤气发电。
3.4 气风互补系统配置情况
根据前面的原则（4），这也就是说，如果燃气轮机把这个出力补偿到100MW的话，燃气轮机仅仅需要补偿剩余的82%即82MW左右。因此，燃汽轮机可按3x30MW机组选用。
3.5 气风互补系统运行规划
根据风电场发电情况和燃气轮机的装机方案，为满足互补100MW风电场的要求，表4为气风互补系统的运行规划数据。
说明：（六）工况为理论工况。
3.6 气风互补发电系统发电量
对风电场年发电量情况和钢铁厂产生煤气情况，对配置三台30MW燃机情况的整个互补发电系统的年发电量进行了分析计算。原始数据及计算结果数据如下：
风电场年内月平均出力情况如图1所示。
从图1可以看出，一年内风电场出力在15MW以下的时间大概有4个月左右（122天），即2928小时。
风电场出力在以15MW分界时，各区段运行时间如表5所示。
根据图1和表5中数据，结合配置三台30MW燃机的风燃互补系统运行规划表中的数据，年发电量情况如表6。
3.7 燃机设备选择
本工程燃气轮机发电部分按建设三套30MW燃气轮单循环发电机组，暂按杭州汽轮机厂生产的M251S 燃机选型。与其它机组形式发电厂相比燃气轮机电厂具有整个装置布置紧凑占地少、启动和带负荷快、响应网上负荷能力强、结构简单、维护便、金属及其他材料耗量少、施工周期短、电厂耗水量小、投资少、见效快等特点，特别是燃气轮机作为担任尖峰负荷调峰机组，其灵活性和机动性能好，因此本电厂拟采用M251S燃气轮机发电机组互补100MW风电场是适宜的。
4 结论
（1）东丰县气风互补发电工程位于东丰县横道河镇，风能资源丰富，适合开发风力发电场。风力发电在该地区具有较好的发展前景。同时该地区吉林鑫达钢铁厂一期已建成，每年剩余煤气30.8亿立方米。建设东丰县气风互补发电工程是十分必要的。
（2）建设东丰县气风互补发电工程，风电与燃气轮机发电的互补为电网接纳风电提供了有力保障。解决了较大规模风电开发对电网稳定性所引起的技术性问题。所以建设本工程既能有效利用高炉剩余煤气，又能解决风电开发对电网的不良影响。
（3）风电场距离鑫达钢铁厂较近，距离约10km。风电场以1回66kV线路接至鑫达钢铁厂内66kV钢铁变，导线型号LGJ-240*2，新建线路长度约10km。风电场所发电量均用于鑫达钢铁厂自用电，适合和燃气发电做成就地气风互补系统。
参考文献：
[1] 包能胜，朱瑞丹.风气互补发电系统与电力系统相互影响的研究[J].太阳能学报，2010（4），31（4）.
[2] 包能胜，蔡佳炜，倪维斗.风气互补发电系统的内部机组组合问题的研究[J].太阳能学报，2009（2），30（2）.
关键词：气风互补发电 容量配比 燃气轮机
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-010-02
1 概述
近几年风力发电在我国得到了迅猛发展。吉林省地区是我国风能资源丰富的地区之一，目前吉林省风电装机容量已达300万千瓦，再加上吉林省电源结构不合理、负荷峰谷差大，风能资源集中地区电网薄弱，吉林电网接入大量风电及消纳有困难。为了能够消除大规模开发风电所带来的对电网稳定性不良的影响，本文结合我院所做的东丰县气风互补发电项目，论述风电和燃气轮机互补发电的可行性。
2 气风互补装机方案确定原则
气风互补装机方案有两种确定方法：（1）根据选定的风电场总容量及相关系数，确定燃气轮发电站的总装机规模和台数；（2）根据选定的燃气轮发电站的总装机规模和台数；确定可调风电场的总装机规模和台套数。本项目按第一种方法设计。
3 互补系统燃气轮机装机方案及机组选型
3.1 气风互补发电系统
在确定合理的互补发电系统容量配比之前，首先确定几个相关的原则，这些原则是互补系统最优容量配比的限制条件。
（1）通常情况下，风电场的所有机组的运行是无条件的，也就是说互补系统中风电机组只要是在机组许可的运行风速范围内，机组都无条件发电，除非由于机组本身的故障而停机。在一些特殊的情况下，也可以单独对部分机组的出力进行调节，以满足整个互补系统出力的调度要求。这个限制条件可以保证风电优先作为互补系统发电的首选。
（2）由于风电场出力的波动性，互补发电系统中作为补偿出力的小型燃气轮机大部分时间运行在部分负荷工况下。燃气轮机的效率在低负荷时效率急剧下降，为了保证系统的经济性，要求燃气轮机优先运行在效率较高的部分负荷下。
（3）对于整个互补系统的出力并不严格要求一定要一直稳定在一个恒定值上，否则对系统的经济性极为不利，也不符合现代电网调度的要求。作为互补的发电系统，首先要解决的是其出力不要象风电场那样快速剧烈的波动，而且不可控。通常情况下，要求互补系统的出力在一段时间内保持一个恒定的值，这个恒定值根据系统的调度要求来产生。
（4）考虑到高炉产生的煤气不容易储存，互补发电系统实际运行时，燃机可按实际产生的煤气能满足的负荷运行。在满足互补系统需补充电量后，燃机剩余发电量直接供鑫达公司自用电。
根据第一个条件，我们可以首先决定风电场的容量。在本工程总装机容量为100MW风电场作为我们互补发电系统的风电部分。
3.2 风机出力情况
表1在分析了风电场出力情况后，得到风电场在一年内的最大平均出力为20MW，平均出力大约为18MW，最小平均出力为16MW。燃机计算用风电场出力取用风电场平均出力暂定为18MW，占满负荷出力的18%。
3.3 燃气轮机出力情况
由表2可知，钢厂每年产生的煤气可供安装3x30MW燃气轮机耗气量的需求，可采用3x30MW燃气轮机的方案，最大的利用煤气发电。
3.4 气风互补系统配置情况
根据前面的原则（4），这也就是说，如果燃气轮机把这个出力补偿到100MW的话，燃气轮机仅仅需要补偿剩余的82%即82MW左右。因此，燃汽轮机可按3x30MW机组选用。
3.5 气风互补系统运行规划
根据风电场发电情况和燃气轮机的装机方案，为满足互补100MW风电场的要求，表4为气风互补系统的运行规划数据。
说明：（六）工况为理论工况。
3.6 气风互补发电系统发电量
对风电场年发电量情况和钢铁厂产生煤气情况，对配置三台30MW燃机情况的整个互补发电系统的年发电量进行了分析计算。原始数据及计算结果数据如下：
风电场年内月平均出力情况如图1所示。
从图1可以看出，一年内风电场出力在15MW以下的时间大概有4个月左右（122天），即2928小时。
风电场出力在以15MW分界时，各区段运行时间如表5所示。
根据图1和表5中数据，结合配置三台30MW燃机的风燃互补系统运行规划表中的数据，年发电量情况如表6。
3.7 燃机设备选择
本工程燃气轮机发电部分按建设三套30MW燃气轮单循环发电机组，暂按杭州汽轮机厂生产的M251S 燃机选型。与其它机组形式发电厂相比燃气轮机电厂具有整个装置布置紧凑占地少、启动和带负荷快、响应网上负荷能力强、结构简单、维护便、金属及其他材料耗量少、施工周期短、电厂耗水量小、投资少、见效快等特点，特别是燃气轮机作为担任尖峰负荷调峰机组，其灵活性和机动性能好，因此本电厂拟采用M251S燃气轮机发电机组互补100MW风电场是适宜的。
4 结论
（1）东丰县气风互补发电工程位于东丰县横道河镇，风能资源丰富，适合开发风力发电场。风力发电在该地区具有较好的发展前景。同时该地区吉林鑫达钢铁厂一期已建成，每年剩余煤气30.8亿立方米。建设东丰县气风互补发电工程是十分必要的。
（2）建设东丰县气风互补发电工程，风电与燃气轮机发电的互补为电网接纳风电提供了有力保障。解决了较大规模风电开发对电网稳定性所引起的技术性问题。所以建设本工程既能有效利用高炉剩余煤气，又能解决风电开发对电网的不良影响。
（3）风电场距离鑫达钢铁厂较近，距离约10km。风电场以1回66kV线路接至鑫达钢铁厂内66kV钢铁变，导线型号LGJ-240*2，新建线路长度约10km。风电场所发电量均用于鑫达钢铁厂自用电，适合和燃气发电做成就地气风互补系统。
参考文献：
[1] 包能胜，朱瑞丹.风气互补发电系统与电力系统相互影响的研究[J].太阳能学报，2010（4），31（4）.
[2] 包能胜，蔡佳炜，倪维斗.风气互补发电系统的内部机组组合问题的研究[J].太阳能学报，2009（2），30（2）.