北極星火力發電網訊:依據國家發展改革委、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，預計到2020年能夠基本解決清潔能源消納問題，并對各省區清潔能源消納目標做出規定。在新能源消納并網過程中，天然氣發電將挑起與可再生能源的互補的重擔，為電網的靈活穩定運行保駕護航。這其中，電力輔助服務無疑將成為燃氣電廠提升運行靈活性、穩定性和經濟性的新落腳點。
（來源：微信公眾號“GE發電”ID：GE_PowerGen_China）
電力輔助服務是指為維持電力系統的安全穩定運行或恢復系統安全，以及為保證電能供應，滿足電壓、頻率質量等要求所需要的一系列服務，主要包括調頻、調峰、備用、無功支持及黑啟動等。當燃氣電廠增強應對突發事件能力，提升調峰能力，以及更好完成電網一次調頻的考核等，這些無疑會為電廠運營提升穩定性，同時增加盈利能力。
今天，我們將從一次調頻、快速變負荷、孤島運行三方面，與大家一起探討燃機輔助功能的應用及對電廠的裨益。
一次調頻
當供需平衡打破，升降負荷靈活應對
頻率是衡量電能質量的基本指標之一，也是反映電網電能供需平衡的標志。當電力系統的供需達到平衡，電能質量最好。一旦供需打破，例如突然增加了大用電量的用戶，或是某個上網運行的發電廠突然跳閘，都會改變電網頻率，偏離系統額定值（中國為50赫茲），這會損傷用電設備。一次調頻功能就是應對電網頻率變化的有效手段。當搭載在發電機組上的轉速探頭檢測到頻差產生，意識到電網的供需不平衡，燃機就會立即做出反應，直接調節燃料給定值，迅速改變負荷，使供需重新達到平衡。
如今，上網的發電機組每年都會接受來自電網的嚴格的一次調頻指標考核，包括一次調頻正確動作率、響應時間、調頻死區、調速系統轉速不等率和一次調頻投入的最大調整負荷限幅等。不能滿足標準要求的電廠將會面臨罰款，能否順利完成一次調頻，不僅關乎電網的安全穩定運行，也關系到了每個燃氣電廠的運行效益。
GE發電團隊通過全球和國內大量的、長期的機組運行數據積累，形成了獨到的一次調頻設置方案，有效加強一次調頻的效果，如用可變的轉速不等率來加強前饋作用、增強負荷疊加作用、減少調頻死區，配合控制系統中的燃燒穩定功能，既滿足一次調頻要求又確保機組安全穩定運行。
不同區域的電網對于一次調頻的要求不盡相同，GE會根據電網的具體需求、機組實際運行情況和機組特性來定制控制軟件的參數。目前，已有多家燃氣電廠攜手GE完善并在實際操作中優化了一次調頻功能，提高了電網考核的合格率。
快速變負荷
增強調峰能力，更好配合新能源消納
隨著新能源發電并網規模逐漸加大，電網負荷及峰谷差也越來越大，為適應調峰需求，燃氣電廠在快速升降負荷上需要結合燃機本身的參數并對硬件、軟件進行升級，提高快速升降負荷能力。
以廣泛應用的F級燃機為例，GE Fast Ramp快速變負荷軟件，可以針對不同的用電需求做出快速反應，可將燃機加載和停機的時間縮減一半。如當電網負荷提升，Fast Ramp快速變負荷套件就會根據載荷變化實時地控制燃料控制閥，從而為燃機提供更多燃料。
通常，9F.03燃機切換負荷的能力是每分鐘可以實現升或降22兆瓦。一旦電網的需求超出燃機調整負荷范圍，容易出現黑屏或掉機的情況。搭載Fast Ramp快速變負荷軟件之后，可以將燃機調整負荷能力提升到每分鐘升或降55兆瓦，將燃機的反應速度提升了1.5倍。
根據GE燃機機組的海外運行經驗，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整能力：單機循環調整能力處于領先水平，聯合循環調整能力也會根據余熱鍋爐和燃機輪機的條件進行最優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行有償鼓勵，因此采用Fast Ramp快速變負荷服務的電廠有可能得到合理經濟補償，在集中競價或招標采購中贏得優勢電價，提升了盈利能力。
以意大利發電市場為例，意大利發電市場集齊了世界三大燃機供應商以及本土供應商的F級燃機，使大部分電廠都在積極提高自身的響應能力以爭取最大利潤。意大利EDISON SPA在10多臺9F.03燃機上搭載了Fast Ramp，目前機組安全穩定運行，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合的地區，SOUTHERN CALIFORNIA EDISON客戶在7F燃機安裝并運行Fast Ramp以后，快速應對電網調度的載荷需求，并且贏得優勢電價。
孤島運行
如若事故來襲，迅速恢復供電我行
如何提升應對突發事件的能力？這也是燃氣電廠運營者的關注點。尤其是我國東南沿海地區的電廠，時常遇到臺風等自然災害的挑戰，例如2017年的“天鴿”臺風，造成了珠海、澳門兩地電力系統一度癱瘓，出現了長時間停電的現象，導致了巨大的損失。同一年，國家能源局南方監管局下達指示，要切實提升對澳供電能力及主力電源抗臺風災害的能力，真正做到防患于未然。為達成這一目標，就有電廠將機組FCB改造提上日程。
FCB即Fast Cut Back，指機組在運行期間因突然出現的電網故障而與其解列，瞬間甩掉外供電負荷，維持發電機帶廠用電運行，即孤島運行，并且在主網故障排除后，機組能夠快速同期并網，迅速恢復對外供電。
目前我國燃煤機組基本都有FCB功能。相較于燃煤機組，燃機進行燃燒和做功的是一個設備，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荷范圍內，應力水平比燃煤機組更低，對燃機本體的影響更小。所以燃機（單循環運行時）的負荷響應速度、啟停更快，負荷調節的范圍更大。
當前，新能源發電與其它電源互相協調發展的技術管理體系尚未建立，大規模并網有待不斷完善。在這一環境下，加強燃機輔助功能成為面向未來的必要措施。何況，在增加電網靈活和穩定性的同時，電廠也可以提升自身的穩定運行能力及經濟性，何樂而不為？
