分布式能源发电机组能效评估指标体系评价

2022-09-12

一、引言

对分布式能源发电机组的能效进行全面、合理、客观的评估,可以了解机组整体以及各个环节的能源消耗状况,促使电厂对机组能源利用率低的环节进行改造,从而提高能源利用率。对机组进行准确评估,评估指标体系的建立起着决定性的作用。

二、燃气轮机发电机组能效评估指标体系

根据燃气轮机发电机组的构造和工作特点选取如下五个指标,经济能效、技术能效、稳定能效、维修能效和安全能效。

(一)经济能效

经济能耗指标便成为评估燃气轮机组燃气轮机政绩评估的关键指标。功率越高,说明对能源的利用率越高,即产能高。对于燃机来说,燃油消耗率计算公式为:

由此产能指标能够作为经济能效二级指标的一项。燃气轮机的启动和停止都会消耗较多的燃油,影响发电成本,然而当机组在调峰和紧急备用状态的时经常启动和停止。

(二)技术能效指标

(1)性能参数,效率、比功率和燃机的出力是燃气轮机从技术能效指标所包含的最主要的指标。热效率是指机组的净输出与燃料的比计算的比值。是衡量能量利用率高低的热力性能指标;燃气轮机组的输出功率即为出力;燃机净输出功率与压气机近期质量流量的比值称为比功率。(2)主要参数,燃气轮机在工作中还需要一些辅助系统,例如进气和出气系统、压气机、燃机透平、燃烧系统、润滑油系统、液压油系统、冷却水系统、润滑油系统、传动齿轮箱等。燃机在工作过程中所有系统的参数变化都影响燃机的状态,主要参数包括发电机频率、压气机级数、压气机流量、流速、透平级数、转速、排气系统中的排气流量、排气温度、叶顶速度、应力。(3)运行特性,燃气轮机运行状态是一直在变工况的情况下的,主要是燃机的指标如效率和出力等都会随着环境的变化与外界需求的不同而发生不同程度的变化。燃机恒速带负荷运行的稳态变工况特性是燃气轮机的负荷特性,主要包括两项功率和效率,前者是指环境温度特性,后者是指环境温度特性。

(三)稳定性能效指标

(1)稳定性指标,燃气轮机组的稳定性主要取决于燃烧室是否能在不同的情况下都能够稳定燃烧。影响燃烧室稳定工作的主要因素有燃机排气温度、燃烧室加速度、燃气的成分、环境的改变、调节设备以及燃烧特性,最主要的因素是前两个。燃气轮机轴承稳定性主要由等效刚度及界限涡动比的平方来决定。保证燃机安全运行的指标还有涡轮叶片强度和疲劳寿命。(2)使用稳定性,燃机在工作过程中的使用稳定性能主要体现在运行时间、故障次数及两次故障之间的平均间隔时间,每个部件的运行稳定性,例如压气机内部的旋转失速、喘振、颤振,喷射噪声等都会影响到机组的运行稳定状态。(3)冗余设计,提高系统的稳定性可以采用并联冗余结构。

(四)维修性能效指标

(1)可达性,设备出现故障时,检修人员要故障处进行检修、更换零件或插入工具等。能够接近设备故障发生处进行相应操作的难易程度即为可达性。(2)互换性,燃气轮机组在维修后,有的零件可以继续使用,但会将地功能和缩短寿命。零件必须更换时,新零件被更换后也会影响到机组的安全运行。(3)维修性,(1)维修费用、时间和延续时间可以衡量设备的维修性,平均修复时间是经常使用的一个指标。(2)拆卸、更换一台燃气机、动力涡轮、间冷器、回热器等部件的使用时间;(3)保护维修人员的人次。

(五)安全性能效指标

低压压气机和高压压气机的喘振问题、动力涡轮入口温度过高都会影响到燃气轮机组的工作安全。当压气机在工作的过程中空气流量如果减少,就会使得气流沿着压气机轴线的方向往复振动,即为喘振。会导致压气机叶片损坏,影响到燃机的安全性,喘振裕度是主要安全性评定因素。检测动力涡轮入口处的温度,来反应出高温区的温度变化,以免发生安全危险。因此,影响燃机的安全性能效的因素考虑压气机喘振与动力涡轮入口温度。其中任何一个指标不在安全范围,都会使燃机在运行中出现安全问题。

三、风力发电机组能效评估指标体系

为了能全面的对风力发电机组的性能进行评估,主要考虑了综合盈利、功率特性、设备的可靠性、设备的消耗以及风的特性。将风力发电机组的性能指标主要分为两层,一级指标和二级指标。每一个一级指标下面包含了几个二级指标,二级指标下面还可以详细分解出三级指标。

(1)综合盈利指标是在对机组进行能效评估常被忽略的一项重要指标,其包含的上网电价、电量和发电成本指标都直接或间接体现机组的效益性能。(2)风电机组的功率特性够体现一台机组性能的优劣,是评估风电机组性能指标体系中,其所占的权以验证设计功率曲线的正确性,而且还可以重比较大。每年发电量的多少直接由功率特性决定。当实际功率曲线与设计的功率曲线相同时,实际发电量就能达到预期值。由于风场的建立,不能完全使得实际的环境条件和风况与机组理想运行的设计条件想吻合,导致发电机组实际与设计的功率曲线不同,影响机组的正常运行,发电量随之降低。在运行过程中,机组的结构参数和操作方式发生变化等因素也会影响到功率特性。同时,对机组功率特性的准确检测与分析,不但可预测功率曲线走向,机组的运行状况是可以通过其判断出来,根据判断结果优化风力发电机组运行策略,科学准确维护风电机组。(3)机组设备的可靠性不单纯是技术问题,还直接影响到企业的利益和综合竞争能力。可靠性中包含可预测的和不可预测两部分的故障情况,当发电机组发生故障时,设备会有一定的损耗,更重要的是给企业带来经济损失。随着上网电价在不同时间内是不同的,那么不同时间的事故对企业来说造成损失的程度也是不一样。(4)设备消耗在风力发电机组工作过程中是不可忽视的一部分,传动机构、风轮等设备在运行过程中会产生不同程度的损耗,发电机组的工作效率和工作性能的高低也会受到设备消耗的影响。(5)风的特性主要包括风频,风向和风湍流。发电机的直接驱动力是风力,风的各项指标发生变化会对发电机组产生影响。风能是一种随着地域和季节变化而变的能源,其各项指标在不同的季节,一天中不同的时间都是不同的。季节性的温差由于太阳和地球的的相对位置在每个时节、季节不一样而产生,风向和风速随之改变。