風(fēng)電供熱固體蓄熱電鍋爐容量選擇研究

劉宏

摘要：結(jié)合供熱實例，對同一供熱地點，在相同采暖熱負荷的條件下，采用不同容量的蓄熱電鍋爐，對采暖期用電量、購電費用等方面進行分析研究，最后確定合理的蓄熱電鍋爐容量。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電供熱；固體蓄熱電鍋爐；容量選擇

1風(fēng)電供熱負荷

由于電網(wǎng)建設(shè)與電源建設(shè)不配套，導(dǎo)致蒙東電網(wǎng)是典型的“小負荷、大電源”送端型電網(wǎng)?，F(xiàn)以蒙東某地區(qū)供熱面積為節(jié)能住宅（供熱設(shè)計熱指標按照40W/㎡，以下簡稱本工程）小區(qū)為例，在相同采暖熱負荷的條件下，采用不同容量的固體蓄熱電鍋爐，對采暖期用電量、購電費用等方面進行分析研究，最后確定合理的蓄熱電鍋爐容量。

2固體蓄熱電鍋爐簡介

固體蓄熱電鍋爐（裝置）供熱系統(tǒng)組成部分：①加熱單元。固體蓄熱電鍋爐（裝置）是一種把電能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，它的核心部件是加熱元件，如陶瓷電熱體、碳鋼電熱體、不銹鋼電熱體等。倘若對加熱元件的質(zhì)量有要求的話可以采用稀有合金材料作為外套，并且進行鈍化處理，以此避免腐蝕以及結(jié)垢，延長加熱元件的使用壽命；②蓄熱池。蓄熱池主要用來存儲熱量，是在低谷電時段將加熱元件加熱，把電能轉(zhuǎn)化為熱能儲存正在蓄熱池中，固體蓄熱池一般由氧化鎂磚等固體材料按照所需形式擺放而成，結(jié)構(gòu)簡單、安裝容易，易維護；③換熱系統(tǒng)：換熱系統(tǒng)是在供熱末端需要供熱時，通過風(fēng)機、熱交換器等進行氣水換熱，將儲存在蓄熱池中的能量傳遞到水、乙二醇等介質(zhì)中，供末端用熱。這樣完全做到了水電分離，保證設(shè)備運行安全；④循環(huán)水泵。循環(huán)水泵主要分為一次熱水泵與二次熱水泵。一定要對水泵的運行溫度加以重視，選用專門的熱水泵；⑤閥門。在蓄熱電鍋爐系統(tǒng)中對閥門的需求量比較高，閥門不僅能夠發(fā)揮關(guān)斷以及調(diào)節(jié)功能，對于系統(tǒng)功能的轉(zhuǎn)換也會一定的作用，甚至個別部位需要使用電動閥門。只有這樣才可以保證蓄熱電鍋爐供熱系統(tǒng)的正常運行；⑥自動控制。固體蓄熱電鍋爐之所以能夠?qū)㈦娹D(zhuǎn)化為熱能，主要是配有較高自動化的控制柜，這就會使在電加熱的過程中，實現(xiàn)無人操作運轉(zhuǎn)，不僅如此，在節(jié)省電能以及能源方面都比其他的鍋爐更加突出。固體蓄熱電鍋爐供熱系統(tǒng)中經(jīng)常用到的自動控制有：定時開機停機、運行參數(shù)設(shè)定、超溫、低水位等故障的報警與保護以及按照設(shè)定的程序自動運行等，保證用戶使用的安全性；⑦供配電。因為蓄熱電鍋爐沒有燃料系統(tǒng)，所以一定要具備較強的電力，這也是采用蓄熱電鍋爐的重要前提。因此，蓄熱電鍋爐必須要配置較大功率的供配電系統(tǒng)。用戶在采暖同時，也達到了節(jié)省運行費用的目的。固體蓄熱式電鍋爐的重大創(chuàng)新在于采用固體儲熱材料和一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使用固體儲能材料，大大提高了單位體積的蓄熱能力，對傳統(tǒng)鍋爐供熱系統(tǒng)帶來了革命性的突破，具有明顯的優(yōu)勢。

目前國內(nèi)開發(fā)的固體蓄熱電鍋爐型式，分為鐵基固體合金材料蓄熱和固體氧化鎂磚材料蓄熱。鐵基固體合金材料只能使用380V的低壓電源作為加熱電源，使用范圍受限。固體氧化鎂蓄熱材料是以氧化鎂為主要材料的磚體，其熔點為2540℃，沸點為3520℃，一般蓄熱溫度為700℃-800℃，該材料的密度為2.9g/cm3以上，比熱容為0.3cal/（kg.℃），可采用380V低壓電源、10KV/66KV高壓電源加熱，為目前最為廣泛應(yīng)用的固體蓄熱材料。本工程實例采用固體氧化鎂磚高溫蓄熱電鍋爐，最高蓄熱溫度達到720℃。

從電網(wǎng)公司電價政策可以看出，電網(wǎng)谷段電價最低，電鍋爐利用谷段蓄熱，能達到節(jié)約用電成本的目的。因此，考慮利用電網(wǎng)谷段時的棄風(fēng)電力，作為蓄熱電鍋爐的加熱用電，最為經(jīng)濟。

3蓄熱電鍋爐容量的選擇

合理的蓄熱電鍋爐容量選擇是在充分考慮大量利用谷段電力的同時采用部分量蓄熱，按照部分量蓄熱模式經(jīng)過合理優(yōu)化后，確定電鍋爐的總?cè)萘?。這樣，當實際采暖熱負荷在平均采暖熱負荷以上時為部分量蓄熱，當實際采暖熱負荷在平均采暖熱負荷以下時為全容量蓄熱，這樣既保證了采暖負荷要求又節(jié)約了設(shè)備初投資成本。

3.1蓄熱電鍋爐用電計算

通常情況下，與固體蓄熱電鍋爐配套建設(shè)的建筑物及附屬設(shè)施包括：電鍋爐設(shè)備間、水泵間、配電間、控制室、以及配置的相關(guān)附屬建筑物。電鍋爐設(shè)備間內(nèi)布置蓄熱電鍋爐本體，包括加熱元件、蓄熱池、風(fēng)機、氣水換熱器等，按照廠家要求可能布置電鍋爐控制柜；水泵間內(nèi)布置熱網(wǎng)循環(huán)水泵、排污過濾器、根據(jù)工程需要，若管網(wǎng)需要補水，還需設(shè)置熱網(wǎng)循環(huán)水處理裝置及熱網(wǎng)補水泵；必要的附屬建筑物包括控制室和配電間；附屬建筑物還需設(shè)置值班室、衛(wèi)生間及廚房等。由于每個工程的外圍條件都不同，因此本工程實例采暖期的用電量僅根據(jù)固體蓄熱電鍋爐的取熱和放熱的用電量進行對比。

熱力站通常位于建筑物附近，這樣能有效地減少熱能的損失。但風(fēng)電場大都位于城鎮(zhèn)的郊區(qū)部分，特殊的地理位置決定了無法通過風(fēng)電場直供電給熱力站?，F(xiàn)有的運行方式大都是風(fēng)電場發(fā)電并入電網(wǎng)，熱力站直接從就近的電網(wǎng)終端桿取電。根據(jù)查表得出熱力站的采暖期用電量約1278.51×104KWh，其中利用電網(wǎng)低谷時段的棄風(fēng)電量約為1224.81×104kWh，按照裝設(shè)50MW風(fēng)電機組計算，熱力站整個采暖期的用電量約占風(fēng)電場裝機容量的1/4左右，風(fēng)電場完全能夠滿足熱力站的用電要求，且相應(yīng)提高風(fēng)電場的年等效利用小時數(shù)約244.9h，形成的風(fēng)電場經(jīng)濟效益是十分可觀的。

3.2蓄熱電鍋爐容量的確定

一般情況下，固體蓄熱電鍋爐使用年限為20年，對于相同的供熱負荷，相同的供熱面積，蓄熱體的重量越大，其設(shè)備的尺寸就越大，熱力站廠房的體積就越大，相應(yīng)的投資就越大。通過上述在相同供暖熱負荷條件下的對比分析，結(jié)合相關(guān)用電電價政策，選擇不同容量的蓄熱電鍋爐，在采暖期的熱效率、用電量基本相同，只是在電價上有差異。

采用2×6.86MW固體蓄熱電鍋爐雖然能充分利用谷段電全容量蓄熱，但在廠房占地、設(shè)各成本、設(shè)各后期維護費用都會相應(yīng)的增加。采用2×5.0MW固體蓄熱電鍋爐雖然節(jié)省了廠房占地和設(shè)備成本，但谷段電的利用率不高，未能充分利用谷段的低電價電量，使得整個采暖期內(nèi)的總電價過高。而采用2×6.0MW固體蓄熱電鍋爐，廠房占地上比大容量的蓄熱電鍋爐小，設(shè)備的成本費用居中，而且充分利用谷段電。結(jié)合工程綜合造價和設(shè)備維護費用等因素考慮，選取容量為2×6.0MW的固體蓄熱電鍋爐最經(jīng)濟。

結(jié)束語

合理選擇蓄熱電鍋爐的容量至關(guān)重要，直接影響整個項目的造價和經(jīng)濟運營。本文結(jié)合供熱工程實例，對同一供熱地點，在相同采暖熱負荷條件下，結(jié)合相關(guān)用電電價政策，選擇不同容量的蓄熱電鍋爐，對比分析了采暖期用電量、購電費用等要素，從而合理選擇了蓄熱電鍋爐容量，可以為類似工程提供借鑒。

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（作者單位：遼寧大元能源管理有限公司）