余热发电系统并网运行的技术特点及存在问题

　　一、余热发电系统并网运行的技术特点

　　目前，我国水泥工业纯低温余热发电技术的核心内容是热力循环系统，热力循环方式主要有单压系统、闪蒸系统、双压系统三种基本模式，以及由此衍生的复合系统构成。理论和实践表明，以上三种热力系统的选择，应依据企业的具体情况来选择合适的系统，采用哪种热力循环方式最合理，应依据热平衡计算、生产线规模、企业管理水平、投资高低等实际情况，进行综合比较分析论证。而且无论何种模式的余热利用发电系统，相对于外部常规供配电网绝大多数采取“并网不上网”的并网运行方式，主要有下列技术特点和技术要求：

　　1. 并网及上网含义

　　所谓并网运行是指发电机组在正常运行状态下，与外部常规配电网在主回路上存在电气连接，连接点一般称为“公共连接点”（简称PCC）。电气连接包括电缆直接连接、经过变压器连接、经过逆变器连接等方式。并网运行按照电能功率交换方式可分为普通并网和并网不上网2种。前者发电机组可以向外部电网输送多余电能功率，而后者则严格禁止发电机组的电能功率外送，即PCC处功率流向只能是从外部电网流向电力用户。因此，水泥余热利用发电系统的“并网不上网”的含义是指水泥余热利用发电系统虽然与外部常规供配电网并网但其所发电量由水泥工厂全部自用，即所发电能并不传输到外部电网使用，纯粹技术上的并网连接点也都在水泥企业的内部供配电网线路上通过电缆直接连接。通俗一点讲，并网也可理解为技术方面，一般指的是“设备”，是发电机及发电设备与电力系统间存在物理连接。上网则是市场交易方面，一般指的是“电”，是电耗，电量要通过电力系统向用户传送及销售。

　　2. 并网的条件

　　水泥余热利用发电系统的汽轮发电机一般选用的是同步发电机，同步发电机要投入电网并联运行（并网运行）。必须满足几个条件：①　发电机的电压应与电网电压大小相等、相位相同；②　发电机的频率应和电网频率相同；③　发电机的相序应和电网相序一致。但前两个条件是允许稍有出入的，第三个条件必须绝对满足，因为发电机并网时，客观上同相之间的电压差和相位差是不可避免的，发电机没并网前自己是一个电网系统，外部常规配电网算一个，两个电网并列运行前需要同期考虑三个问题：电压差，相位差，频率差。理论上三者差为0，即为最佳同期点，实际上这是几乎不存在的，所以只需要电压差、相位差和频率差在一个允许的范围内即可发并网信号，使发电机组安全可靠并网。差越小，冲击电流越小，需要系统无功功率也最小，对外部常规配电网的影响亦越小。

　　3. 并网的方法

　　并网的一系列操作步骤称为同步，俗称并车。实际的同步方法有两种，一种称为准同步法（准同期），另一种称为自同步法。目前水泥余热利用发电系统的汽轮发电机并网的方法均采用准同步法，所谓准同步法是指同步汽轮发电机与外部电网并网时，调节其电压、频率及相位角，使待并网发电机的电状态尽可能与对方（外部电网）一致，即完全合乎上述并联运行投入的条件。这样的同步过程，亦称为理想同步。一般采用技术先进、安全可靠、精度高的现代同步指示装置和自动化并联装置，水泥工业配套余热发电系统在这方面设计的已经非常先进可靠与完美了。

　　4. 并网电压

　　水泥工厂其总进线电压一般有10kV、35kV和110kV，也就是说其配套余热利用发电系统的发电机组一般都是与110kV电压等级以下的外部常规配电系统并网。根据并网发电机组容量的不同，要选择不同的并网电压。设发电机组容量为S，电压为U，电流为I，则三者满足S=UI，I=S/U，可见在发电机组容量一定的情况下。为了尽量降低电流，就要相应提高发电机组的电压。因此，选择适当的并网电压也是为了将在PCC点的注入电流控制在合适的范围之内，同时降低线路损耗。根据我国各个地方的电网特点及水泥工厂内部配电电压等级，为了使机组运行在一个安全合理的电压水平上，水泥工业配套余热利用发电系统的发电机组并网电压一般在6.3kV和10.5kV居多。

　　5. 接入容量

　　根据国外分布式发电装置（Distributed Generation简称DG）的运行经验，常规DG发电机组并网后，会引起系统内潮流的变化，为了使这种变化处于可控的范围内，一般要对DG发电机组的容量进行合理限制。另外，由于DG机组的启、停机不受电力系统调度部门的控制。所以如果单台机组容量过大，启、停机时就会对周围的用户用电造成较大的影响。例如：感应发电机需要从电力系统中获得无功支持才能正常运行。当它启动时会造成电压突然下降，而它运行时要吸收大量的无功，使得线路上的无功电流和无功损耗都会增加。在美国德州的DG并网规定中为了减小机组启、停机时的冲击和保证其他用户的安全用电，限制DG机组的总容量不能超过最大负荷的25%。而在水泥行业，一般地处城市偏远地区，其配套余热利用发电系统的发电机组又都布置在水泥工厂内部，发电机组容量占水泥工厂全厂总变压器容量的比例一般也不超过25%，说明其对外部电网的影响是很小的，理论上和实践上也都充分证明了这一点，因此借鉴国外经验，我们认为余热发电机组的启、停机不受电力系统调度部门的控制也是可以的。

　　二、余热利用发电系统并网运行政策落实上存在的问题

     水泥余热发电是一项非常有效的节能减排途径，应该说国家已经给予政策上的大力支持，2005年也已被列入我国十大节能工程之一。

　　1. 主要相关法律条文引述

     (1) 《中华人民共和国节约能源法》 （2007年10月28日修订）

　　国家鼓励工业企业采用高效、节能的电动机、锅炉、窑炉、风机、泵类等设备，采用热电联产、余热余压利用、洁净煤以及先进的用能监测和控制等技术。电网企业应当按照国务院有关部门制定的节能发电调度管理的规定，安排清洁、高效和符合规定的热电联产、利用余热余压发电的机组以及其他符合资源综合利用规定的发电机组与电网并网运行，上网电价执行国家有关规定。电网企业未按照本法规定安排符合规定的热电联产和利用余热余压发电的机组与电网并网运行，或者未执行国家有关上网电价规定的，由国家电力监管机构责令改正；造成发电企业经济损失的，依法承担赔偿责任。

　　(2) 《中华人民共和国循环经济促进法》(2008年8月29日第十一届全国人民代表大会常务委员会第四次会议通过，自2009年1月1日起施行)，企业应当按照国家规定，对生产过程中产生的粉煤灰、煤矸石、尾矿、废石、废料、废气等工业废物进行综合利用。企业应当采用先进或者适用的回收技术、工艺和设备，对生产过程中产生的余热、余压等进行综合利用。建设利用余热、余压、煤层气以及煤矸石、煤泥、垃圾等低热值燃料的并网发电项目，应当依照法律和国务院的规定取得行政许可或者报送备案。电网企业应当按照国家规定，与综合利用资源发电的企业签订并网协议，提供上网服务，并全额收购并网发电项目的上网电量。

　　2. 实际政策落实上存在的问题及原因

      在实际并网问题上，水泥行业往往受到当地电力行业的严重不公平待遇和刁难甚至“敲诈”。只要并网，在许多地区的电力行业（电网企业）按余热发电系统发电量的多少收取极不合理的“上网费、并网费或管理费”等。余热发电机组机组的启、停机还要受到电网企业电力系统调度部门的严格控制。个别省市的水泥厂余热发电并网仍然是老大难问题，余热发电系统具备发电条件后往往因并网问题得不到合理解决而迟迟不能正常发电运行。问题基本上可以定性为普遍存在的问题，大大侵蚀了水泥企业的利润空间，一定程度上也影响了水泥余热发电项目的积极性，阻碍了国家节能减排计划的有效实施。为什么一个被国家出台了一系列优惠和鼓励政策、技术上完全成熟并大力推广的节能减排项目，在实际政策执行与落实上，有许多偏差、阻力和不公平呢?

      我们通过调查，综合分析认为主要有以下原因：

     ①  行业利益上有冲突：由于水泥余热发电会在一定程度上影响了电力电网企业的利益，电力电网企业从内心里、真实的想法是：对水泥企业的余热利用发电系统的并网请求是不乐意接受的，态度也是不积极的 。

     ②  在我国集中发电、远距离输电和大电网互联是电能生产、输送和分配的主要方式，电力行业尤其是电网行业又是一个高度垄断的的行业，有相当一部分电力行业人员是有着比较固化的集中发电、远距离输电和大电网互联及电网安全的行业习惯思维，对近年来国外发展较快的直接安置在用户近旁的分布式发电装置也不是太了解，再加上近年来电力行业多是上大机组淘汰落后小机组的发展，应该说个别电力行业工作人员对容量一般不大的水泥余热发电系统的机组（一般有2MW、4.5MW 、9MW 、1.8MW和2.2MW以下几个规格）能否保持较理想的发电技术指标有些偏见或对水泥行业管理运行发电机组的技术力量和经验不太信任，认为一旦和他们管理运营的外部大电网并网运行，会增加外部大电网的不安全运行的风险点。

    ③  一些政策法规尚不健全，尤其在针对水泥行业余热利用发电系统的并网技术标准上还是空白，已有政策法规条文的实际操作性差，水泥行业与电力电网行业双方对政策法规条文的理解和领会存在差距，也是阻碍合理高效进行并网的一个重要原因。往往使双方在并网协议签订时对一些由各方应承担的基本义务、必须满足的技术条件和行为规范等很难协商一致，存在分歧，就是已经签订的一些并网协议也不能真正体现平等、自愿、协商一致和诚实信用的公正原则。

　　三、建议与对策

      针对新时期我国水泥工业配套余热发电系统在并网运行方面客观存在的许多问题，结合其技术特点，站在科学发展观的立场，本着公平合理不偏不倚的原则，集思广益，特提出以下建议与对策：

      1．充分利用行业协会的技术优势，发挥其技术指导和服务作用，针对当前存在问题，认真学习借鉴国外发达国家的先进经验和政策立法理念，组织相关技术专家进行认真专题论证，积极向国家有关主管部门（如国家发改委、国家电监会等）提出建议和议案，统筹协调解决，尽快制定出余热利用发电并网(审批、优惠政策等管理办法，提高优惠政策的可操作性。

　　2．水泥企业要高度重视对真正熟悉余热利用发电技术及国家节能减排优惠政策等优秀人才的选培工作，在与电力行业工作人员商谈水泥余热利用发电系统并网协议时，充分发挥他们的技术专业特长，最大限度用好国家的政策法规，以理服人，尽最大可能为水泥行业多争取合理合法利益，使签订的并网协议能充分体现公平合理的原则，提升整个水泥行业的应有价值。

　　3．水泥余热利用发电系统的并网运行一定要用“想在前头，力求完美”的理念，提前做好各项准备工作，凡事，预则立，不预则废（预：预先，指事先作好计划或准备；立：成就；废：败坏。），不能等项目已经快具备发电运行的条件时再与电力行业商谈并网协议。

　　4．水泥余热利用发电系统的并网运行问题要充分借鉴学习国外近年来发展较快的分布式能源系统的思想和经验，例如完全可以把水泥余热利用发电系统看作是直接安置在用户近旁的分布式发电装置（Distributed Generation，简称DG），这里的用户就是水泥工厂自身，扬长避短，和谐科学发展。日本的经验是分布能源系统的发电容量最好在25%-35%之间，不足部分由电网补充，友好供电，相互依存。

　　5．为规范水泥厂余热发电的设计工作，我国《水泥工厂纯低温余热发电设计规范》正在编制之中，针对业内以吨熟料发电量评价发电技术的现象，还应抓紧编制余热发电技术评价方法与标准。

　　四、结束语

　　水泥余热利用发电系统是国家节能减排工作中的重要技术之一，同外部常规配电网并网运行，能够充分发挥余热发电机组的优势，提高能源利用率，降低配电网网损，提高供电可靠性。其机组并网在技术上是完全可行的，只要设计合理，设备选型得当，运行良好，不会影响外部常规配电网的安全运行。因此，我国应加快余热利用发电并网条例或并网管理办法的制定，尽快消除在水泥余热利用发电系统并网运行中存在的不合理现象，合理平衡水泥行业与电力电网行业之间的关系，使得水泥余热利用发电系统并网有章可循，从而促进我国节能减排项目的快速健康发展。

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