談風電清潔能源在供熱中的應用

楊軍平

摘要：相對于煤、石油等化石能源，風電是最為清潔的能源，在當前能源長期消耗和日益減少的情況下，為促進新能源消納和改善能源消費結構，風電清潔能源的應用和推廣成為相關部門關注的工作重點之一。風電清潔能源在實際應用中卻遭受了棄風限電的瓶頸，如何加強風電清潔能源在供熱中的應用成為本文探究的重點問題。

關鍵詞：風電； 清潔能源；合理應用

1引言

近年來，在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，能源消費總量連續(xù)多年躍居世界前列。然而，從能源消費的整體結構來看，風電清潔能源的利用率非常低。風電能源供熱項目的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，從人類環(huán)境角度出發(fā)，未來新能源使用將占能源比重的30%以上。本文以棄風限電的現(xiàn)象分析作為研究的切入點，從風電供熱的意義、工藝流程、效益分析等多個方面，來綜合探究風電清潔能源在供熱中的應用。

2棄風限電的定義

棄風限電指的是在風電發(fā)展的初始階段，由于設備的落后和對風電認識的缺失，很多風機在正常情況下產生的電力與當?shù)仉娋W(wǎng)的接納能力產生了嚴重的矛盾，使得大部分風電場停機不能運轉，還由于風電自身不穩(wěn)定的特點，因此風資源的浪費在當時是極為嚴重的。對于一些棄風限電的重災區(qū)國家能源部門專門出臺了政策，限期整改此類問題，在華北、東北等地區(qū)原則上不再擴大風電建設規(guī)模。

根據(jù)國家能源局相關數(shù)據(jù)表明，2016年上半年，新疆棄風電量達到76.4億千瓦時，棄風率高達45%。國家能源局綜合司《關于做好風電清潔供暖工作的通知》中指出，由于地理位置的原因，我國北方地區(qū)在冬季的風電發(fā)電量極為巨大，加之北方地區(qū)風力能源很豐富，所以北方風電的發(fā)展也是日益加快，但是由于冬季北方燃煤熱點依然占據(jù)著很大的市場，和風電的矛盾日益加劇，導致很多風電部門和企業(yè)被迫減產或倒閉，造成了大量的“棄風”現(xiàn)象。這種情況的發(fā)生，極大程度的加劇了環(huán)境的惡化和清潔能源的浪費。

大規(guī)模的消納風電，早已成為世界性的難題，而我國在這一方面的困難則更為嚴重，其中有兩個方面的原因。一是我國現(xiàn)有的風資源具有集中、規(guī)模大以及遠離負荷中心的特點，同時，風資源地電力市場規(guī)模較小，導致風資源很難就地消納。二是因為風電自身的不穩(wěn)定性導致了風電并網(wǎng)的難度有所加大，調峰電源的建設就成了風電并網(wǎng)最關鍵的一步，但是我國風電集中的很多地區(qū)電源結構單一，調峰能力更是無從談起。

3風電能源供熱的重要意義

要想實現(xiàn)風電能源的合理利用，必須認清形式，燃煤鍋爐供熱不但浪費資源，而且對大氣的污染日益加重，而風電屬于清潔能源技術，能大大改善環(huán)境治理壓力，既能解決城鎮(zhèn)供熱的基本民生問題，又能對環(huán)境的污染降低到最小。

風電供熱主要體現(xiàn)出儲能、調峰及減排三個方面的巨大優(yōu)勢。第一，從全局出發(fā)來看，風電供熱是風電從生產到儲能的一個過程，風能供熱基本上已經(jīng)對風力發(fā)電的隨機間隔性依賴極低，儲能用能基本一供能系統(tǒng)的儲熱形式得以表現(xiàn)。第二，熱力負荷的靈活性很強，可以利用儲熱設施平滑釋放，對于降低電網(wǎng)谷峰差和削峰填谷的意義也是很巨大的。最后，尤其對于中小城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村節(jié)能減排、改善環(huán)境，風電供熱具有積極意義，上述地區(qū)采暖多用化石燃料，燃燒不完全，熱能轉換效率低，污染物排放高，采用風電清潔能源供熱后，空氣質量得到極大改善。

4風電供熱的工藝流程

風電供熱的工藝流程，利用后半夜時段谷電，通過儲熱式電鍋爐，把電能轉化成熱能，一部分熱能谷電時段供熱，一部分熱能儲存起來，在峰電時段儲存的熱能供熱，有效的起到削峰填谷。根據(jù)全社會和消費者的整體用電情況來看，白天用電量顯然是遠遠超過晚上的，削峰填谷的根本出發(fā)點就是通過對高峰和低谷的電量存儲的調整。

儲熱式電鍋爐通常與天然氣鍋爐并列運行，在夜間投入儲熱式電鍋爐供熱，白天在儲熱式電鍋爐儲存的熱能用完以后，投入天然氣鍋爐運行，保障供熱的可靠性，儲熱式電鍋爐與天燃氣鍋爐并列運行見圖1。

等到白天峰電時段，再釋放已儲存的熱能來供暖，儲熱式電鍋爐采暖系統(tǒng)具有舒適安全、節(jié)能環(huán)保、無須維護等多項優(yōu)點，電能充分利用，效率高。

5風電清潔能源供熱應用的效益分析

5.1經(jīng)濟效益分析

風電供熱每平方米耗電量130左右，按照谷電電價0.313元/kW？h，1平方米電費40.69元，而暖氣費才22元，可見， 風電供熱經(jīng)濟效益并不明顯，如果沒有政府補貼是虧損的。風電供熱效益主要體現(xiàn)在環(huán)境效益和社會效益。

圖1 儲熱式電鍋爐與天燃氣鍋爐并列運行

我國研究機構著文認為，風力發(fā)電相對于燃煤火電的環(huán)境價值可以達到0.1元/kWh 左右。在綜合參閱相關書籍和文獻的基礎上，本文就風電供熱的“綜合環(huán)境價值”進行粗略計算，列出以下幾個主要計算條件：

（1）電力鍋爐采用高溫蓄熱鍋爐，效率為95%；

（2）所替代燃煤鍋爐為目前應用較多的小型鏈條式鍋爐，燃燒效率約為55% ，且大氣及固體污染物減排能力較低；

（3）電力系統(tǒng)以大型燃煤火電機組為主（發(fā)電量約占總電量的80%），原煤煤耗率約取400g/kW·h ，且污染排放符合相關標準，減排能力較高；

（4）原煤單位熱值取為21.2MJ/kg。

計算結果顯示：風電供熱方式相對電網(wǎng)增加的環(huán)境成本約為0.09元/kWh，替代燃煤鍋爐供熱所產生的環(huán)境價值約為0.14元/kWh，即兩方面綜合約有0.05元/ kW·h 的環(huán)境價值。這一數(shù)據(jù)實際上就是風電供熱可以為社會省去環(huán)境治理成本，它對應著經(jīng)濟學概念中正的經(jīng)濟外部性。

以烏魯木齊市熱力總公司九家灣片區(qū)風電清潔供暖試點項目為例，根據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分列如下：

該項目項目2×7MW電鍋爐年供熱量為：Q=3.6×14×10×180=90720GJ；

該項目管網(wǎng)系統(tǒng)的小時耗水量為：

則年耗水量為：G1=G×10×180=3960t；

該項目項目2×7MW電鍋爐機組年耗水量為：G2=10×180=1800t；

因此，該項目項目年耗水量：G=G1+G2=5760t，其中，軟水折標系數(shù)為0.4857kgce/t，折合標煤為2.8t，燃氣折標系數(shù)為1.33kgce/m？，折合燃氣0.21萬m3。

同時，該項目年電能消耗量：Wh=1937.5萬kW·h，其中，電力折算為標煤系數(shù)為0.1229kgce/kW·h，折合成標煤為2381.2t，燃氣折標系數(shù)為1.33kgce/m？，折合燃氣179萬m3。

該項目的年供熱量：Q=90720GJ，產生同等熱量耗天然氣量為：

萬m3

即該項目年節(jié)氣量為：301.3萬m3。

5.2環(huán)境效益分析