燃机联合循环系统优化调度方法探讨

引言：

燃机联合循环系统即燃气蒸汽联合循环系统，运行效率高，可快速启动，为我国各地广泛应用的发电技术。随着我国能源产业结构调整，电力设备环保性能要求更高，燃机联合循环系统的应用需要进行迭代升级，保证循环机组的灵活度和高效性，兼顾提升绿色节能效果。对燃机联合循环系统进行优化调度，有利于改善系统性能，降低环境污染，提高能源效率。本文结合燃机联合循环系统优化调动方法进行分析与研讨，对于保障循环系统运行稳定性和高效率有重要意义和价值。

1 燃机联合循环系统优化调度优势

燃机联合循环系统将燃气轮机与蒸汽轮机优势结合，燃气轮机运行过程中产生高温高压气体驱动发电，余热锅炉将燃气轮机所排出的高温气体转化为蒸汽，使之驱动蒸汽轮机产生电能，该循环发电机组商业化应用水平提升，联合循环特性相比于单一燃气轮机或燃煤机组，能源节约利用效率更高，通过优化调度有利于减少燃机联合循环系统运行能量损失[1]。另一方面，优化调度燃机联合循环系统有利于将其与可再生能源进行协同利用，减少环境污染，维持电网的稳定性，很多地区将风电、光电等与燃机联合循环系统进行协同应用，但此类可再生能源存在一定的经济性特点，燃机联合循环系统启动速度快，调峰能力更强，通过优化调度可快速响应可再生能源的处理波动，减少弃风弃光风险，提高可再生能源的消纳水平，从而有效控制单位发电碳排放，动态分配电网备用容量，增强电网应对突发故障的能力。

2 影响燃机联合循环系统运行能耗的因素

一是操作因素。燃机联合循环系统在燃气蒸汽循环过程中由燃气轮机通过燃烧产生热量，高温烟气经由涡轮旋转驱动发电机产生电能，余热锅炉加热水产生蒸汽，通过蒸汽轮机再次驱动涡轮旋转产生电能。整个系统运行过程中燃料质量、发电机组、空气流量以及燃烧室温度等均会影响燃机联合循环系统运行能耗。

二是环境因素。燃气联合循环系统运行过程中，如外界环境温度高，设备运行期间散热困难，冷却系统运行负荷增加，反之过于低温会导致燃机联合循环系统内润滑油更为黏稠，会增加摩擦损失。

三是设备运行因素。燃气联合循环系统相关机械设备及零部件在长期运转过程中会出现老化、腐蚀情况，运行性能逐渐下降，尤其是涡轮机压气机叶片易发生磨损、变形问题，不仅会增加系统运行能耗，更会导致整个燃机联合循环系统热效率水平降低，引发其他安全风险问题。

四是系统设计因素。如燃机联合循环系统在设计之初并未充分考虑不同环节的能量平衡和流程优化，未及时更新调整系统运行参数会进一步影响燃机联合循环系统运行状态，导致整体能源利用率降低。

3 燃机联合循环系统优化调度方法分析

3.1 数学建模与多目标优化方法

燃机联合循环系统优化调度方面，数学建模是实现优化调度的最核心要素，需兼顾模型精度、计算效率以及燃机联合循环系统实际可操作性。例如睢士贤[2] 在研究中选取光热集成燃气蒸汽联合循环发电系统，将 M701F4 重型燃气轮机作为实践对象，分析不同环境温度、燃气负荷状态下的系统变工况情况，明确系统发电性能和供热能力变化水平搭建热力系统模型。应用数学建模方法时需建立确定性优化模型，可将其配合混合整数线性规划进行离散变量处理，如在燃机联合循环机组日内滚动调度以及启停计划优化调度中应用混合整数线性规划方案，处理阀门开关、启停状态等离散变量。动态优化则要考虑多时段耦合问题，或加入人工智能与数据驱动方法。

3.2 调整系统操作参数与控制模式

鉴于燃机联合循环系统运行过程中会受到操作参数、外界环境、设备运行状态等多种因素的影响，导致压气机转速、燃烧温度等存在差异，因此可通过调整燃气轮机和蒸汽轮机参数达到节能降耗优化调度的目标。首先在燃气轮机参数调整方面，需调整压气机进口导叶角度，控制空气压缩产生的能量损失，定期清洁维护叶片，以免叶片结垢、腐蚀加重而影响转速和空气压缩效率。选择预火燃烧或低 NOx 燃烧器控制 NOx 排放保障燃烧效率，合理控制燃烧温度，调节排气压力，设置可调节排气阀门联合应用变速驱动装置，保障燃气轮机运行效果。其次，蒸汽轮机操作参数优化方面，应用蒸汽调节阀和控制系统，合理设定主蒸汽压力，保障主蒸汽温度，强化蒸汽轮机设备日常检修与运行监测。应用回热抽汽技术将一部分蒸汽从高压中抽出，从而用于余热锅炉给水等其他方面，能够有效减少冷源损失，降低燃料消耗。蒸汽热力系统需定期检查阀门、管道及疏水阀等位置，避免凝结水聚集或管道长期运转引发蒸汽泄漏，减少水垢。优化调整水泵运行方式，引进和应用实时热力监控系统，监测燃机联合循环系统运行温度、压力和流量等具体参数，及时发现运行异常情况，保障系统最佳运行状态。

3.3 系统级调度与智能优化

当前 AI 技术、数字孪生技术等数字化控制手段的应用越发广泛，将其与燃机联合循环系统优化调度联系起来，可应用AI 强化学习训练其智能调度模式，通过学习历史最优调度策略动态规避高耗能区间，有效识别相似工况下的最优运行参数组合。应用数字孪生技术模拟不同环境温度状态下的系统最优运行参数，或基于振动、排气、温度等历史数据预测设备性能减弱风险以及故障风险，提前调整调度计划。

4 总结

总而言之，燃机联合循环系统优化调度需始终坚持“智能化调度 + 精细化管理”的策略，短期内可优先考虑优化调度与维护，中长期发展中要聚焦于氢能融合等发展趋势，提升智能化与数字化技术的应用水平。本文针对燃机联合循环系统优化调度优势及影响系统运行能耗的因素、主要优化调度方法等进行探讨，希望能够全方位推进燃机联合循环系统的低碳高效利用。

参考文献：

[1] 窦磊 . 燃机联合循环系统与热化学储能的耦合应用分析 [J]. 电工技术 ,2022(13):129-131+134.

[2] 李浩浩 . 燃气 - 蒸汽联合循环电厂节能分析与优化 [D]. 南京理工大学 , 2023.