依據(jù)國家發(fā)展改革委、國家能源局制定的《清潔能源消納行動計劃（2018-2020年）》，2018年，清潔能源消納取得顯著成效，預(yù)計到2020年能夠基本解決清潔能源消納問題，并對各省區(qū)清潔能源消納目標(biāo)做出規(guī)定。在新能源消納并網(wǎng)過程中，天然氣發(fā)電將挑起與可再生能源的互補的重?fù)?dān)，為電網(wǎng)的靈活穩(wěn)定運行保駕護(hù)航。這其中，電力輔助服務(wù)無疑將成為燃?xì)怆姀S提升運行靈活性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的新落腳點。
電力輔助服務(wù)是指為維持電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行或恢復(fù)系統(tǒng)安全，以及為保證電能供應(yīng)，滿足電壓、頻率質(zhì)量等要求所需要的一系列服務(wù)，主要包括調(diào)頻、調(diào)峰、備用、無功支持及黑啟動等。當(dāng)燃?xì)怆姀S增強應(yīng)對突發(fā)事件能力，提升調(diào)峰能力，以及更好完成電網(wǎng)一次調(diào)頻的考核等，這些無疑會為電廠運營提升穩(wěn)定性，同時增加盈利能力。
今天，我們將從一次調(diào)頻、快速變負(fù)荷、孤島運行三方面，與大家一起探討燃機(jī)輔助功能的應(yīng)用及對電廠的裨益。
一次調(diào)頻
當(dāng)供需平衡打破，升降負(fù)荷靈活應(yīng)對
頻率是衡量電能質(zhì)量的基本指標(biāo)之一，也是反映電網(wǎng)電能供需平衡的標(biāo)志。當(dāng)電力系統(tǒng)的供需達(dá)到平衡，電能質(zhì)量最好。一旦供需打破，例如突然增加了大用電量的用戶，或是某個上網(wǎng)運行的發(fā)電廠突然跳閘，都會改變電網(wǎng)頻率，偏離系統(tǒng)額定值（中國為50赫茲），這會損傷用電設(shè)備。一次調(diào)頻功能就是應(yīng)對電網(wǎng)頻率變化的有效手段。當(dāng)搭載在發(fā)電機(jī)組上的轉(zhuǎn)速探頭檢測到頻差產(chǎn)生，意識到電網(wǎng)的供需不平衡，燃機(jī)就會立即做出反應(yīng)，直接調(diào)節(jié)燃料給定值，迅速改變負(fù)荷，使供需重新達(dá)到平衡。
如今，上網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組每年都會接受來自電網(wǎng)的嚴(yán)格的一次調(diào)頻指標(biāo)考核，包括一次調(diào)頻正確動作率、響應(yīng)時間、調(diào)頻死區(qū)、調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不等率和一次調(diào)頻投入的最大調(diào)整負(fù)荷限幅等。不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的電廠將會面臨罰款，能否順利完成一次調(diào)頻，不僅關(guān)乎電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，也關(guān)系到了每個燃?xì)怆姀S的運行效益。
GE發(fā)電團(tuán)隊通過全球和國內(nèi)大量的、長期的機(jī)組運行數(shù)據(jù)積累，形成了獨到的一次調(diào)頻設(shè)置方案，有效加強一次調(diào)頻的效果，如用可變的轉(zhuǎn)速不等率來加強前饋作用、增強負(fù)荷疊加作用、減少調(diào)頻死區(qū)，配合控制系統(tǒng)中的燃燒穩(wěn)定功能，既滿足一次調(diào)頻要求又確保機(jī)組安全穩(wěn)定運行。
不同區(qū)域的電網(wǎng)對于一次調(diào)頻的要求不盡相同，GE會根據(jù)電網(wǎng)的具體需求、機(jī)組實際運行情況和機(jī)組特性來定制控制軟件的參數(shù)。目前，已有多家燃?xì)怆姀S攜手GE完善并在實際操作中優(yōu)化了一次調(diào)頻功能，提高了電網(wǎng)考核的合格率。
快速變負(fù)荷
增強調(diào)峰能力，更好配合新能源消納
隨著新能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模逐漸加大，電網(wǎng)負(fù)荷及峰谷差也越來越大，為適應(yīng)調(diào)峰需求，燃?xì)怆姀S在快速升降負(fù)荷上需要結(jié)合燃機(jī)本身的參數(shù)并對硬件、軟件進(jìn)行升級，提高快速升降負(fù)荷能力。
以廣泛應(yīng)用的F級燃機(jī)為例，GE Fast Ramp快速變負(fù)荷軟件，可以針對不同的用電需求做出快速反應(yīng)，可將燃機(jī)加載和停機(jī)的時間縮減一半。如當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷提升，F(xiàn)ast Ramp快速變負(fù)荷套件就會根據(jù)載荷變化實時地控制燃料控制閥，從而為燃機(jī)提供更多燃料。
通常，9F.03燃機(jī)切換負(fù)荷的能力是每分鐘可以實現(xiàn)升或降22兆瓦。一旦電網(wǎng)的需求超出燃機(jī)調(diào)整負(fù)荷范圍，容易出現(xiàn)黑屏或掉機(jī)的情況。搭載Fast Ramp快速變負(fù)荷軟件之后，可以將燃機(jī)調(diào)整負(fù)荷能力提升到每分鐘升或降55兆瓦，將燃機(jī)的反應(yīng)速度提升了1.5倍。
根據(jù)GE燃機(jī)機(jī)組的海外運行經(jīng)驗，GE的Fast Ramp在保證排放合格同時，提供了世界級的快速載荷調(diào)整能力：單機(jī)循環(huán)調(diào)整能力處于領(lǐng)先水平，聯(lián)合循環(huán)調(diào)整能力也會根據(jù)余熱鍋爐和燃機(jī)輪機(jī)的條件進(jìn)行最優(yōu)化和最大化而不會被其限制。一些國家會對采用電力輔助功能的電廠進(jìn)行有償鼓勵，因此采用Fast Ramp快速變負(fù)荷服務(wù)的電廠有可能得到合理經(jīng)濟(jì)補償，在集中競價或招標(biāo)采購中贏得優(yōu)勢電價，提升了盈利能力。
以意大利發(fā)電市場為例，意大利發(fā)電市場集齊了世界三大燃機(jī)供應(yīng)商以及本土供應(yīng)商的F級燃機(jī)，使大部分電廠都在積極提高自身的響應(yīng)能力以爭取最大利潤。意大利EDISON SPA在10多臺9F.03燃機(jī)上搭載了Fast Ramp，目前機(jī)組安全穩(wěn)定運行，效果良好。此外Fast Ramp在意大利A2A SPA，日本東京電力9F.04機(jī)組的安裝運行都具有參考意義。諸如美國等集中式市場模式和市場交易相結(jié)合的地區(qū)，SOUTHERN CALIFORNIA EDISON客戶在7F燃機(jī)安裝并運行Fast Ramp以后，快速應(yīng)對電網(wǎng)調(diào)度的載荷需求，并且贏得優(yōu)勢電價。
孤島運行
如若事故來襲，迅速恢復(fù)供電我行
如何提升應(yīng)對突發(fā)事件的能力？這也是燃?xì)怆姀S運營者的關(guān)注點。尤其是我國東南沿海地區(qū)的電廠，時常遇到臺風(fēng)等自然災(zāi)害的挑戰(zhàn)，例如2017年的“天鴿”臺風(fēng)，造成了珠海、澳門兩地電力系統(tǒng)一度癱瘓，出現(xiàn)了長時間停電的現(xiàn)象，導(dǎo)致了巨大的損失。同一年，國家能源局南方監(jiān)管局下達(dá)指示，要切實提升對澳供電能力及主力電源抗臺風(fēng)災(zāi)害的能力，真正做到防患于未然。為達(dá)成這一目標(biāo)，就有電廠將機(jī)組FCB改造提上日程。
FCB即Fast Cut Back，指機(jī)組在運行期間因突然出現(xiàn)的電網(wǎng)故障而與其解列，瞬間甩掉外供電負(fù)荷，維持發(fā)電機(jī)帶廠用電運行，即孤島運行，并且在主網(wǎng)故障排除后，機(jī)組能夠快速同期并網(wǎng)，迅速恢復(fù)對外供電。
目前我國燃煤機(jī)組基本都有FCB功能。相較于燃煤機(jī)組，燃機(jī)進(jìn)行燃燒和做功的是一個設(shè)備，缸體厚度更薄，高溫做功部件能量密度大等，只要在同等的安全的升降負(fù)荷范圍內(nèi)，應(yīng)力水平比燃煤機(jī)組更低，對燃機(jī)本體的影響更小。所以燃機(jī)（單循環(huán)運行時）的負(fù)荷響應(yīng)速度、啟停更快，負(fù)荷調(diào)節(jié)的范圍更大。
當(dāng)前，新能源發(fā)電與其它電源互相協(xié)調(diào)發(fā)展的技術(shù)管理體系尚未建立，大規(guī)模并網(wǎng)有待不斷完善。在這一環(huán)境下，加強燃機(jī)輔助功能成為面向未來的必要措施。何況，在增加電網(wǎng)靈活和穩(wěn)定性的同時，電廠也可以提升自身的穩(wěn)定運行能力及經(jīng)濟(jì)性，何樂而不為？
