发电系统概率方法探讨论文

摘要: 将概率方法应用于电源规划,结合湖北省“十一五”规划进行发电可靠性评估和分析,对可靠性指标对应的经济性等问题进行综合技术经济比较分析,探讨2010年湖北电力系统发电可靠性指标的合理取值范围。

电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量的能力的量度。研究发电可靠性的主要目标是确定电力系统为保证有充足的电力供应所需的发电设备容量。其分析方法有确定性的和概率性的2种,国内目前通常采用的是确定性方法,而概率性方法能较好地综合各种因素的影响,其评估技术在国际上已经成熟。现阶段,我国发电系统可靠性指标标准还没有统一的规定,处于一种研究探索阶段。本文结合湖北电网“十一五”规划,对其发电可靠性进行评估和分析。

1可靠性指标计算

预计2010年湖北省统调最大负荷为18200MW,用电量为93TW•h;统调主要电源装机容量为20222.7MW(不含三峡电站和恩施州)。可靠性指标计算结果如下:2010年湖北电力系统电力不足期望值HLOLE为33.61h/a,电量不足期望值EENS为26332.8MW•h/a。

2敏感性分析

为分析各相关因素对发电可靠性指标的影响程度,特从以下几方面进行敏感性分析计算。

2.1负荷变化在其它各条件不变的情况下,最大负荷上下浮动,2010年湖北电力系统HLOLE值与负荷大小关系见图1所示。图1负荷敏感性分析图由图1可见,负荷变化对发电可靠性指标有着明显的作用,当最大负荷从推荐水平的120%减少时,HLOLE迅速降低,若负荷达到推荐负荷的105%,则HLOLE增加至基准负荷水平时的1.83倍;若负荷未达到推荐负荷水平(95%),则HLOLE仅为基准值的56.9%,HLOLE随负荷变化趋势减缓。由上可知,当负荷越处于高水平时,其变化对HLOLE的影响越大。由于负荷发展水平受多方面因素的影响,负荷预测不可能与实际一致。随着社会的发展,负荷越来越高,其较小的变化相对值,也会导致较大的绝对值变化,而且电源建设存在一定的周期。因此,更应重视负荷的中长期预测,使之更接近实际水平,另一方面也说明在电源规划中应确定合理的HLOLE的取值范围,使之具有一定的适应能力。

2.2电源装机由于电源建设项目受各方面因素影响较多,特别是在电力市场改革正在进行的今天,电源项目的投产期存在更多的不确定性。减少电源装机对HLOLE有一定的影响,但略低于负荷变化的影响;而增加电源装机对降低HLOLE的影响幅度小于因减少电源装机导致电力不足期望值增加的幅度,即系统装机容量越少,其变化对HLOLE的影响越大。从这一点也说明确定电力不足期望值的合理范围的重要性。

2.3等效可用系数通过提高现有机组的等效可用系数,相当于增加系统的可用容量,经济性方面优于新增机组方案。2005年湖北省火电机组的等效可用系数为91.90%,还具备一定的提高潜力。通过机组等效可用系数的浮动计算可知,随着等效可用系数的提高,HLOLE不断下降,在基准值上,可用系数平均降低4个百分点,相当于减少600MW的装机容量,而增加1个百分点,其效果接近于增加300MW的装机容量。因此加强技术水平和提高管理水平,提高机组的等效可用系数,在同样装机容量下,能有效地提高发电可靠性指标。

2.4强迫停运率2005年湖北省属机组等效强迫停运率为2.18%。由于各机组的强迫停运率本身不高,因此其变化时对可靠性指标的影响相对要小些。机组强迫停运率在基准值基础上,上下浮动30%对HLOLE的影响并不大,仅相差10%左右。即使机组强迫停运率增加一倍,对HLOLE的影响界于减少一台300MW机组和减少一台600MW机组之间;机组强迫停运率为零时,效果相当于增加一台300MW机组和增加一台600MW机组之间。

2.5电源结构湖北电力系统一个重要特点就是水电比重大,截止2005年底,湖北电力系统统调水电装机比重高达65.8%,随着三峡电站的建设投产以及水布垭等水电的开发建设,湖北电力系统水电比重仍将维持较高的比重。下面通过拟定不同的电源结构方案,其可靠性指标计算结果见表1。由表2可见,不同的电源构成对电力不足期望值HLOLE有影响,一般来看,相同装机容量下,火电装机容量比重高的系统其HLOLE要低一些,主要是因为水电存在受阻容量。从逐月计算结果看,火电装机容量比重高的系统枯水期HLOLE明显低于火电装机容量比重少的系统,主要是因为水电枯水期空闲容量的增加,使其可用装机减少。水火电的替代容量在0.875左右。当然,水电出力受各方面因素影响较多,计算结果与各个水电站有关,也与水电站的设计保证率有关。

2.6火电机组检修湖北电力系统水电机组检修一般安排在枯水季节,不影响电站出力。通过缩短火电机组的检修时间,可提高发电可靠性指标。火电机组检修周期提高30%,其效果相当于减少系统一台300MW的装机;而降低30%,其效果界于增加系统一台300MW和600MW的装机之间。

2.7与电力电量平衡程序计算结果对照现阶段,电源规划软件常用的是华中科技大学编制的《联合电力系统运行模拟软件(WHPS2000)》,因此,特对该软件计算结果与发电可靠性计算指标进行对照。注:表中备用系数不包含机组检修备用。由表2可见,随着备用系数的取值不断下降,发电可靠性指标不断增大,也就表明系统的发电可靠性变差,基本上是备用系数降低0.01,发电装机可减少200MW,发电可靠性指标增加10%左右。由上述各计算结果可见,负荷水平和装机容量的变化对可靠性指标影响最大。从电源构成看,相同装机容量下,水电比重大的系统其可靠性要差些,2010年湖北省的水电替代容量在0.875左右,从这方面看,水电比重大的区域备用系数应高一些;从机组本身看,提高其等效可用系数比降低机组的强迫停运率的效果明显;另外,在可靠性指标计算中,检修是根据等备用原则安排,实际生产中,合理安排检修计划,提高机组的计划检修水平,逐步开展状态检修方法,也是提高发电可靠性的措施之一。

3技术经济综合比较

任何可靠性水平总是与经济性密切相关,当电力系统越来越复杂、电力用户对供电质量的要求不断提高时,就需要用科学的可靠性理论来进行定量的研究。我国作为一个发展中国家,受到多种因素包括经济以及政治、社会因素的影响,一般认为可靠性指标的取值宜在1～2d/a之间。

3.1停电损失与装机成本计算与发电可靠性有关的指标是由电能价格来维持的,发电可靠性并非越高越好,需综合考虑投资、停电损失及用户的电价承受能力。发电可靠性成本就是电源建设的投资成本以及运行成本,而可靠性效益计算却比较难,在进行成本-效益析时,一般将可靠性效益计算转化为对用户的缺电成本计算。缺电成本计算与国民经济发展状况、国情、电力系统发展水平等多种因素有关,目前采用的有以下几种简单的估算方法。

(1)按GDP计算,即按每缺1kW•h电量而减少的国民生产总值计算平均缺电成本。

(2)按电价倍数计算,根据对各类用户进行缺电损失的调查和分析,用平均电价的倍数来估算缺电成本。如英国、法国、瑞典等。

(3)按缺电功率、缺电量、缺电持续时间及缺电频率计算,如美国等。以下分析仅考虑上述第一和第二种方法。2005年湖北省每kW•h电量对应的GDP为9.62元,预计2010年停电损失费可达到12.3～15.5元/(kW•h);另一方面,目前,湖北省综合电价水平在0.4元/(kW•h)左右,按50倍电价水平计算得到停电损失费用约为20元/(kW•h)。根据国产2×600MW机组的造价水平,折算到每年的发电成本约为900元/kW•a-1。

据此,我们可以算出装机变化成本与停电损失费用,进行成本-效益分析。由表3可见,当停电损失费用取15元/(kW•h),装机成本始终超过停电损失;当停电损失费用取20元/(kW•h),按成本-效益分析,可减少装机容量在1800～2400MW之间;当停电损失费用取25元/(kW•h),可减少装机容量在1200～1800MW之间;当停电损失费用取30元/(kW•h),可减少装机容量在600～900MW之间;当停电损失费用取40元/(kW•h),可减少装机容量在0～300MW之间。超级秘书网

4结论和建议

本文结合湖北电网的“十一五”规划进行可靠性指标的计算以及敏感性分析,对电源装机成本与效益进行了分析,主要有如下结论。

(1)“十一五”期间,湖北省的电源装机进度与负荷水平是相适应的。

(2)2010年,湖北省电力不足期望值HLOLE为33.61h/a,电量不足期望值EENS为26332.8MW•h/a,其取值是与经济发展水平相符的,或略有超前。

(3)与现有的确定性分析方法比较,其备用系数(不含检修)取11%左右是相对应的。但仍有以下几点需注意:

(a)由于负荷水平存在不确定性和模糊性,在分析可靠性效益时应注意因负荷水平不确定性而带来的风险。

(b)电力系统可靠性指标受多种因素影响,上述计算主要考虑停电对经济方面的损失,而没有考虑政治方面、社会方面及日常生活方面的影响。同时电力工业是国民经济基础性行业,应有一定的裕度,因此按成本-效益分析得到的装机容量应是电力系统的最低装机容量。

(c)LOLE(d/a)计算模型比较粗略,但该指标忽略了一天24h负荷变化的情况,而且该负荷模型无法求得电量不足期望值EENS,建议采用HLOLE和EENS指标,并推荐2010年湖北电力系统可靠性指标HLOLE取值在30h/a左右,随着国民经济的增长,该值可适当地缩小。