消納棄風(fēng)電的風(fēng)電供熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性與設(shè)計(jì)

陳 偉， 陳 鍵

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安710065)

1 概述

風(fēng)電清潔供暖為供暖期電力負(fù)荷低谷時(shí)段消納風(fēng)電提供了一個(gè)很好的途徑，電蓄熱鍋爐也為電網(wǎng)提供了一種調(diào)峰手段[1-5]。

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)消納棄風(fēng)電的風(fēng)電供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2 工程概況

新疆阿勒泰地區(qū)某風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量為50×104kW，項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)現(xiàn)由1臺(tái)熱功率為4.2 MW的燃煤熱水鍋爐供暖，供熱面積為4.5×104m2。應(yīng)環(huán)保要求，需拆除原有燃煤鍋爐房，新建電鍋爐房。阿勒泰市供暖期為當(dāng)年10月1日至次年4月15日，供熱時(shí)間為196 d。供暖熱指標(biāo)為58 W/m2，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為2 610 kW。

風(fēng)電場(chǎng)2014—2015年供暖期逐時(shí)棄風(fēng)電量見圖1，圖1中起始時(shí)間為供暖期開始時(shí)間。阿勒泰地區(qū)典型日(出現(xiàn)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的供暖日)逐時(shí)負(fù)荷見表1。在表1中，第1 h表示[0:00，1:00)，第2 h表示[1:00，2:00)，以此類推。由典型年逐時(shí)負(fù)荷，可計(jì)算得到該項(xiàng)目供暖期供暖耗熱量為28 488.6 GJ。

表1 阿勒泰地區(qū)典型日逐時(shí)負(fù)荷

圖1 風(fēng)電場(chǎng)2014—2015年供暖期逐時(shí)棄風(fēng)電量

阿勒泰地區(qū)市電網(wǎng)的分時(shí)電價(jià)見表2。利用棄風(fēng)電量按0.496 元/(kW·h)進(jìn)行補(bǔ)貼。

表2 阿勒泰地區(qū)市電網(wǎng)的分時(shí)電價(jià)

3 運(yùn)行方案

3.1 運(yùn)行策略

為充分利用棄風(fēng)電并盡量利用谷段低價(jià)電量，筆者提出兩種運(yùn)行方案，運(yùn)行策略分別見圖2、3。每種運(yùn)行方案均配合電蓄熱鍋爐、電值班鍋爐運(yùn)行。

圖2 運(yùn)行方案1的運(yùn)行策略

① 運(yùn)行方案1

在谷電時(shí)段，利用電蓄熱鍋爐蓄熱，熱負(fù)荷由電值班鍋爐承擔(dān)。平電時(shí)段、峰電時(shí)段的熱負(fù)荷由電蓄熱鍋爐放熱承擔(dān)。

② 運(yùn)行方案2

在谷電時(shí)段利用電蓄熱鍋爐蓄熱，熱負(fù)荷由電值班鍋爐承擔(dān)。平電時(shí)段的熱負(fù)荷由電值班鍋爐承擔(dān)，峰電時(shí)段的熱負(fù)荷由電蓄熱鍋爐放熱承擔(dān)。

3.2 電鍋爐熱功率

根據(jù)方案1、2的運(yùn)行策略及典型日逐時(shí)負(fù)荷，可確定運(yùn)行方案1、2的電蓄熱鍋爐、電值班鍋爐額定熱功率(見表3)，兩種電鍋爐的熱效率均取0.95。由表3可知，運(yùn)行方案1、2的電值班鍋爐熱功率相同，運(yùn)行方案2電蓄熱鍋爐的熱功率比運(yùn)行方案1低。因此，運(yùn)行方案2的電鍋爐購(gòu)置費(fèi)比運(yùn)行方案1低。

圖3 運(yùn)行方案2的運(yùn)行策略

表3 運(yùn)行方案1、2的電蓄熱鍋爐、電值班鍋爐額定熱功率

3.3 運(yùn)行方案的經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)運(yùn)行方案1、2的運(yùn)行策略與典型年供暖期逐時(shí)負(fù)荷分布，可分別計(jì)算得到運(yùn)行方案1、2電鍋爐房逐時(shí)耗電量。在計(jì)算時(shí)，設(shè)定蓄熱工況下電蓄熱鍋爐的蓄熱電功率對(duì)應(yīng)電蓄熱鍋爐全天平均放熱量(并考慮熱效率)。將電鍋爐房典型年逐時(shí)耗電量與圖1進(jìn)行比較，若某時(shí)段電鍋爐房用電量小于或等于該時(shí)段棄風(fēng)電量，則認(rèn)為該時(shí)段電鍋爐房用電為棄風(fēng)電。若大于該時(shí)段棄風(fēng)電量，高出部分為市電量。運(yùn)行方案1、2供暖期電鍋爐房耗電量見表4。峰段2個(gè)方案均不消耗棄風(fēng)電和市電。

表4 運(yùn)行方案1、2供暖期電鍋爐房耗電量

熱價(jià)按25元/GJ計(jì)算，分時(shí)電價(jià)見表2。利用的棄風(fēng)電量，政府按0.496 元/(kW·h)進(jìn)行補(bǔ)貼。電鍋爐房月容量費(fèi)為30 元/(kW·月)。市電費(fèi)與供暖期電鍋爐房容量費(fèi)(月容量費(fèi)與供暖月數(shù)量、電鍋爐房電鍋爐總設(shè)計(jì)熱功率乘積)視為支出，熱費(fèi)與利用棄風(fēng)電量得到的政府補(bǔ)貼視為收益。由此可計(jì)算得到運(yùn)行方案1、2的供暖期支出與收益(見表5)。由表5可知，運(yùn)行方案1的供暖期支出、收益分別為265.1×104、249.8×104元，運(yùn)行方案2的供暖期支出、收益分別為247.7×104、232.9×104元。由以上數(shù)據(jù)可知，運(yùn)行方案1、2的支出與收益均持平。由于運(yùn)行方案2的電鍋爐購(gòu)置費(fèi)比運(yùn)行方案1低，因此運(yùn)行方案2的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

表5 運(yùn)行方案1、2的供暖期支出與收益

4 系統(tǒng)流程

選用2臺(tái)固體電熱儲(chǔ)能爐，其中一臺(tái)為電蓄熱鍋爐，另一臺(tái)為電值班鍋爐，設(shè)計(jì)供、回水溫度為95、70 ℃。電鍋爐房系統(tǒng)流程見圖4。由圖4可知，通過(guò)控制閥門V1～V4的啟閉及電蓄熱鍋爐、電值班鍋爐的啟停，實(shí)現(xiàn)各電價(jià)時(shí)段的運(yùn)行方式。

圖4 電鍋爐房系統(tǒng)流程

5 結(jié)論

運(yùn)行方案1、2的電值班鍋爐熱功率相同，運(yùn)行方案2電蓄熱鍋爐的熱功率比運(yùn)行方案1低，運(yùn)行方案2的電鍋爐購(gòu)置費(fèi)比運(yùn)行方案1低。運(yùn)行方案1、2的供暖期支出與收益均持平。運(yùn)行方案2的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。