燃气分布式电站运行模式

知识点：燃气发电单元供电运行方式

相对于动辄几百MW的集中式电厂，分布式电站规模较小，运行模式灵活多样。本文所说的运行模式适用于柴油/重油/燃气内燃机和小型燃气轮机的分布式电站，但不适用于光伏和风电，这两者自身的调节能力相当有限，主要靠电网间调配。

分布式电站的运行模式，从大类上可分为孤岛模式和并网模式两种。

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孤岛模式

孤岛模式是指系统中没有电网，发电机组单独带负载的运行模式。孤岛模式中，发电机组的负载响应能力、稳定性都比较受考验。

1.1 单台机组的孤岛运行模式

图1 单机孤岛

最简单的一种模式，常见于不重要的小负载，控制方面也极其简单，发电机组开起来，合上开关就好。

1.2 多台机组并联运行的孤岛运行模式

图2 多机孤岛

多台发电机组并联运行时，需要考虑多台机组之间负载分配的问题。当发电机组不是同一个品牌型号的时候，还要尤其注意发电机的配置。不同型号的发电机组孤岛并机，可以，但可能会出现一些潜在的问题，需要详细分析，有时需要一些特殊的应对方案。

在多机并联孤岛的模式下，整个系统中需要一套负荷控制系统，跟踪实际负荷量，对所有机组进行负荷分配，也可以做到根据负荷波动自动增减运行台数。这种负荷控制方式，同样也会用在并网不上网的模式里。

1.3 孤岛运行和黑启动

图3 孤岛与黑启动

孤岛运行和黑启动是不是一回事，两者之间有什么关系，这个问题老刘被问到了很多次，所以在这里单独拿出来多絮叨几句。

发电机组正常启动时，需要先把辅助设备运行起来，辅助设备用电可以由柴油机或UPS等电源供应，当然也可以是电网，即图中的红色部分，“其他电源”给“发电机组辅助用电”供电，然后发电机组才可以正常运行起来。

黑启动作为孤岛运行的其中一种特殊情况，整个系统中没有任何其他电源，即没有上图中的红色部分，发电机组必须在辅助设备瘫痪（冷机、没有预润滑）的情况下强行启动，启动成功发出电后，辅助设备才能开始运行。

各个燃气内燃机厂家对黑启动有着不同的规定，不太准确的泛泛而言，2MW以下的机型大多可以有条件的实现黑启动，2MW以上的机型一般不允许黑启动，燃气轮机则全部不具备黑启动能力。

黑启动作为一种应对极端情况的运行模式，应尽量避免。常规的措施是在系统中配置小型柴油机或UPS，功率能够满足预润滑泵、缸套水泵、中冷水泵运行即可，通风风机、散热器等都不需要考虑。部分机型对缸套水温有要求，辅助电源（这里主要指UPS）还需要满足缸套水加热器运行足够长的时间。

总结一下，说到黑启动要区分发电机组自身的黑启动，还是整个系统的黑启动。发电机组自身具备黑启动能力的并不多，而整个系统的黑启动，由于集成了辅助电源，对于发电机组来说，已经不是黑启动了。

“系统黑启动”最典型的应用就是移动发电车、抢险救灾等，大型内燃机以及燃气轮机都有类似的案例。这种黑启动都是集成了辅助电源在系统里，不需要外界再供电，而不是发电机组本身的黑启动。

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并网模式

并网模式可以细分为上网和并网不上网两种情况，这两者在配置上几乎是一样的，只差一个功率监测和控制的功能。

图4 并网模式

2.1 上网

所有发电机组和电网并联，发出的电除了自己内部消纳一部分，剩余的电力反送至电网，电厂类型项目都属于这种类型。

上网模式是非常简单的一种运行模式，一眼看去机房里很多机组，所有机组都并联在一起，实际上相互之间几乎没有影响，每台机组都按照设定的逻辑在各自闷头独立运行，无论开机停机、带多少负荷，都对其他机组和整个系统没有什么干扰。由于有电网兜底，也不存在大负荷启停之类的问题。

图5 壮观但其实很简单的电厂类项目

2.2 并网不上网

这种模式是国内CHP项目中最常见的运行模式。同样所有的发电机组都和电网并联，差别仅仅是与市电相连的总开关处会有负荷监控和负荷控制（实际上上网模式中这些功能也都有，只是不启用控制功能而已）。发电机组的负荷必须自动调节，发的电必须全部内部消化掉，禁止向电网送电。

负荷监控一般由智能电表实现，装在市电进线回路上，即图4中变压器前后的某个开关。电表把实时的负荷数据发给发电机组的控制系统，据此动态调节发电机组的输出负荷。

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运行模式切换

燃气分布式项目实施时，有一个问题是所有人都很关注的，既然你说调节能力很强，那市电停电、恢复的时候，能不能做到孤岛和并网模式的无缝切换，让用户侧完全感觉不到停电？

 

这个问题的答案要分成波澜起伏的三句话：

1、内燃机/燃气轮机本身具备这个能力

2、需要很多外界条件来配合才能实现无缝切换

3、现实的项目里大多满足不了那么多条件，所以大部分项目还是按照市电停电和恢复时都先停机，切换模式再开机来做

 

显而易见这种需要先停机再切换的方式是会让业主爸爸很不爽的，至于怎么实现无缝切换，需要什么条件，这是一个非常复杂的问题，足以支持单开一个话题，今天就不展开了。

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微电网和多能互补

最后来跟随一下热点。现在行业里很多人提微电网和多能互补的概念，在一片区域中同时存在多种供能方式，如内燃机、燃气轮机、风电、光伏以及储能，再把连成一个多能互补的微电网，各种功能系统智能调配，在PPT里看起来很智能，很环保，很美好，俨然要成为未来能源界扛把子。

图6 多能互补的微电网

但是，光说事不吐槽那是老刘的风格吗？多能互补的几种功能方式中，风电和光伏的调节能力超弱，靠天吃饭，还得爷一样的供着，让他们优先；储能无论是技术还是商业模式，现在都称不上有多成熟；内燃机和燃气轮机调节能力很强，微网内部的调节中，储能能有限的顶一下，其他全靠内燃机/燃气轮机，这让本来就不太好的经济性更加大打折扣。这几者之间的调配和调节，在PPT里非常美好，但真要落地到实施层面，问题极多。

多能互补在现阶段，更多的是概念，在实际操作层面欠缺非常多，无论是技术还是商业模式。几个瘸子绑在一起，抱团取暖互助一下可以，指望他们上田径赛场，期望值还是有点过高了。

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