【摘 要】
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电站燃气轮机作为调峰机组在电网负荷调控中扮演着不可或缺的重要角色。面向可再生能源消纳背景下电网深度调峰需求,采用先进的调峰方式平衡机组发电峰谷差,提高机组调峰灵活性和调峰经济性成为燃气轮机电站系统发展必不可少的一个环节。然而受外界负荷波动的影响,电站燃气轮机往往处于变工况运行状态,导致机组运行效率不高,且调峰能力受限于机组设计参数、负荷控制策略及设备寿命等约束,难以宽范围地实时灵活匹配需求侧负荷。
【基金项目】
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广东省基础与应用基础研究基金项目（2020A1515011103）
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电站燃气轮机作为调峰机组在电网负荷调控中扮演着不可或缺的重要角色。面向可再生能源消纳背景下电网深度调峰需求,采用先进的调峰方式平衡机组发电峰谷差,提高机组调峰灵活性和调峰经济性成为燃气轮机电站系统发展必不可少的一个环节。然而受外界负荷波动的影响,电站燃气轮机往往处于变工况运行状态,导致机组运行效率不高,且调峰能力受限于机组设计参数、负荷控制策略及设备寿命等约束,难以宽范围地实时灵活匹配需求侧负荷。因此,提高不同外界负荷下燃气轮机调峰灵活性,降低能源损耗成为燃气轮机调峰技术亟需解决的关键问题。基于此,本文提出一种海上水力储能耦合燃气轮机发电系统,分别对11410 k W燃气轮机和储能系统的变工况运行性能进行数学建模和求解,得到水泵水轮机全工况运行特性曲线,分析燃气轮机不同输出功率对耦合系统性能的影响,并与常规燃气轮机发电系统的运行性能进行分析比较,同时对系统进行多目标优化计算,并分析了系统的经济性问题。研究表明:设计充、排水流量下,水泵水轮机安装在海平面下235～245 m时能达到最佳运行效率72.88%;耦合系统的可调峰深度达到81.54%,相比基准燃气轮机系统增长了11.54%;耦合系统的输出功率与运行效率随外界相对负荷的增大先增大后减小,且在外界相对负荷为0.52时输出功率与运行效率达到峰值9 336.98 k W、25.98%;外界延时阶跃负荷下,耦合系统日平均效率明显高于常规燃气轮机,相对增效随峰谷比的减小或谷荷频率的增大逐渐增大;峰谷比为4,谷荷频率为0.5时,该系统相对增效高达14.9%。优化结果表明,峰谷比大于3,谷荷频率大于0.25时,谷荷频率小于燃气轮机与储能装置的最小设计容量分别为7553.57 k W、1843k W;峰谷比小于3.8时,系统调峰深度可达到100%。经济性分析结果表明,在既定天然气价格下,存在谷荷频率、峰谷比及峰谷电价比的临界值,使耦合系统的经济性优于常规燃气轮机者。例如,天然气价格为2.5元/m~3、谷荷频率为0.5时,外界负荷的峰谷比需高于3.875,耦合系统才具有经济性,且该峰谷比的临界值随着谷荷频率的增大而增大。
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