煤礦瓦斯發(fā)電廠接入系統(tǒng)

文/石建濤

瓦斯發(fā)電不僅具有良好的經(jīng)濟效益，同時也有利于增加潔凈能源供應(yīng)、減少溫室氣體排放，達到節(jié)能減排、保護環(huán)境的多重目標(biāo)。近年來，西山煤電公司對瓦斯發(fā)電項目高度重視，到目前為止，總裝機規(guī)模約50MW，隨著瓦斯電廠的規(guī)模增大，出現(xiàn)的問題也隨之增多。本文就煤礦瓦斯發(fā)電為研究方向，對煤礦瓦斯發(fā)電接入系統(tǒng)相應(yīng)問題進行論述，并提出解決方案。

1 煤礦瓦斯發(fā)電的主要優(yōu)勢

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國對能源的需求越來越大。而資源賦存條件決定國內(nèi)油氣產(chǎn)量無法大幅增長，油氣供應(yīng)缺口急劇增大。據(jù)國家發(fā)展改革委能源所預(yù)測，2010年我國油氣缺口分別達到1.3億噸和300億立方米；2020年這兩個數(shù)字將分別上升到2.2億噸和1000億立方米。

習(xí)近平主席在黨的十八大報告中指出：“推動能源生產(chǎn)和消費革命，控制能源消費總量，加強節(jié)能降耗，支持節(jié)能低碳產(chǎn)業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展，確保國家能源安全?！币跇?gòu)建和諧社會中又好又快發(fā)展，就必須加強能源資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護，這樣才能為西山煤電公司可持續(xù)發(fā)展提供持久的動力，也是西山煤電公司應(yīng)對保護全球氣候承擔(dān)的責(zé)任。

在這樣的能源背景下，西山煤電公司響應(yīng)國家政策，對礦井抽采瓦斯進行利用。相比傳統(tǒng)能源，瓦斯發(fā)電具有以下優(yōu)勢：

1.1 瓦斯發(fā)電可以減少碳的排放

煤層氣主要含有甲烷（CH4）、氮氣（N2）、氧氣（O2），其中甲烷（CH4）屬溫室氣體，它對地球產(chǎn)生的溫室效應(yīng)約為CO2的21倍，大量的瓦斯氣抽出后直接排入大氣，將對地球環(huán)境造成嚴(yán)重的不良影響，而利用瓦斯發(fā)電不僅可以減少碳排放，所發(fā)電力還可以供礦井使用。

1.2 具有較大的經(jīng)濟效益

經(jīng)計算，生產(chǎn)期內(nèi)瓦斯發(fā)電平均發(fā)電單位生產(chǎn)成本約為0.139元/KW·h（不含財務(wù)費用），平均供熱單位生產(chǎn)成本為36元/GJ（不含財務(wù)費用）。低于煤炭發(fā)電、供熱成本（國內(nèi)火電廠發(fā)電平均成本約0.35元/KW·h），具有很好的盈利能力。

2 煤礦瓦斯發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響

由于煤礦瓦斯電廠機組裝機容量相對于較小，這就導(dǎo)致煤礦瓦斯發(fā)電機組在運行過程中，容易受到外界的影響。若發(fā)電機組不能進行及時的調(diào)整和控制，會導(dǎo)致發(fā)電機組出現(xiàn)電壓波動，對電網(wǎng)造成影響。而電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性將直接決定了整個電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性，可能使整個電力系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題，導(dǎo)致供電系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰，無法進行正常的運行。

另一方面，供電系統(tǒng)電壓分布和網(wǎng)損相較于從前會受到瓦斯電廠的影響，在對電網(wǎng)潮流進行計算時，由于瓦斯電廠規(guī)模較小，且各個電廠較為分散，所發(fā)電力又受到煤礦開采氣量的制約，供氣量不穩(wěn)定會導(dǎo)致電站所發(fā)電力會出現(xiàn)波動，增加了潮流計算的難度，也增大電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算和故障分析的難度。

綜上所述，為降低瓦斯電廠并網(wǎng)對區(qū)域供電網(wǎng)絡(luò)的影響，建議瓦斯電廠僅作為礦井自備電廠，所發(fā)電力供礦井日常使用，并采取措施防止礦井負荷較低時倒送電至區(qū)域供電網(wǎng)，影響區(qū)域供電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

3 對煤礦瓦斯發(fā)電接入系統(tǒng)采取的措施

以西山煤電集團屯蘭礦瓦斯發(fā)電站為例，發(fā)電站現(xiàn)有裝機容量為20MW，接入系統(tǒng)采用35kV電壓等級接入屯蘭35kV工廣變電站35kV II段母線，屯蘭礦35kV工廣變電站，內(nèi)設(shè)2臺25000KVA主變，采用35kV單母線分段運行方式，2回35kV電源引自屯蘭110kV變電所，導(dǎo)線截面為LGJ-240，長度為2.2km。

日常生產(chǎn)中，為防止倒送電，保證礦井及電網(wǎng)穩(wěn)定運行，采取以下措施：

（1）工廣35kV變電站系統(tǒng)進線電源失電后要求聯(lián)跳瓦斯電站進線開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)電源恢復(fù)供電，調(diào)度允許的情況下瓦斯電站方可接入，避免了電網(wǎng)自動重合閘與瓦斯電站的沖突，保證了安全可靠供電要求。

（2）工廣35kV變電站合環(huán)倒負荷運行工況下，35kV母·聯(lián)開關(guān)設(shè)置機械閉鎖裝置，手動合35kV母聯(lián)開關(guān)前必須斷開瓦斯電站進線開關(guān)，因此在合環(huán)倒負荷運行工況下保證了煤礦安全可靠供電要求。

（3）對于工廣35kV進線，依據(jù)《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)要求，裝設(shè)35kV線路綜合保護測控裝置，合理配置有關(guān)保護功能，包括光線縱差保護、三段式電流保護、過負荷保護、零序保護/小電流選線等，可以為瓦斯機組進線提供完善的主后保護，提高當(dāng)前系統(tǒng)接線的可靠性。35kV進線線路的控制納入工廣變電站綜合自動化控制系統(tǒng)。

（4）在110kV變電站設(shè)置負荷報警、聯(lián)跳裝置，屯蘭110kV區(qū)域站35kV II段母線用電總負荷約20000kW，為防止礦井用電負荷較低時倒送電對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成影響，在110kV變電站設(shè)置負荷報警、聯(lián)跳裝置。當(dāng)太原市供電局所供電量小于3000kW，通過屯蘭110kV變電站的負荷報警、聯(lián)跳裝置控制系統(tǒng)向屯蘭瓦斯電廠發(fā)出報警信號，并自動對屯蘭瓦斯電廠發(fā)電機組進行降載、停機直至滿足電力負荷的要求。同時，將屯蘭110kV變電站Ⅱ段負荷數(shù)據(jù)通過站間通訊系統(tǒng)傳給屯蘭瓦斯電廠終端，通過軟件解析后將屯蘭110kV變電站Ⅱ段負荷及預(yù)計減載參數(shù)顯示在終端界面，以便屯蘭瓦斯電廠現(xiàn)場人員對負荷使用情況進行預(yù)判，手動降載。

（5）適當(dāng)提高發(fā)電機組運行功率因數(shù)，《發(fā)電機運行規(guī)程》中規(guī)定：發(fā)電機功率因數(shù)以0.8為宜，不得超過0.95。發(fā)電機作為電力系統(tǒng)基本的有功電源，也是重要的無功電源，為維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，需要有足夠的無功功率支持，但由于瓦斯發(fā)電廠發(fā)電受礦井開采氣量及用電負荷限制，當(dāng)發(fā)電機組停運時，為了減少礦井用電負荷對機組的無功依賴，建議在負荷中心裝設(shè)無功補償裝置，做到無功功率的就地平衡，同時，適當(dāng)提高機組運行功率因數(shù)。

4 總結(jié)

瓦斯發(fā)電可有效降低瓦斯氣直排對環(huán)境的污染，確保煤礦安全生產(chǎn)，是節(jié)約能源、資源綜合利用與環(huán)境保護為一體的環(huán)境保護工程。該項目具有良好的環(huán)境效益和社會效益，同時又有良好的經(jīng)濟效益，符合國家現(xiàn)行的政策。近年來，瓦斯發(fā)電項目投產(chǎn)越來越多，與傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)相比，具有很大的優(yōu)勢，但同時，也存在一系列問題，本文對相關(guān)情況進行闡述，并就實際處理措施進行分析，拋磚引玉，希望我國煤礦瓦斯發(fā)電工程越做越好。