基于清潔能源供暖促進棄風消納研究

李福 趙繼偉 沈陽恒久安泰環(huán)保與節(jié)能科技有限公司

中國“三北”地區(qū)是棄風量最大的地區(qū)，同時也是我們研究攻克的難點，其中內(nèi)蒙古地區(qū)具有豐富的風力資源，但是目前內(nèi)蒙古地區(qū)以熱電機組為主，并且在冬季供暖期，熱電機組存在“以熱定電”的局限性，會大幅增加風電并網(wǎng)的可調(diào)性，風力發(fā)電本身具有季節(jié)性和不確定性這些因素，使得風電消納的問題存在。如果風電大發(fā)為了維護電網(wǎng)的平衡就只能采用棄風的手段。為了解決這些問題政府出了很多政策，鼓勵用新能源電力供熱取代傳統(tǒng)的供熱，并且采用蓄能技術(shù)儲蓄棄風，降低棄風率。

一、移動蓄熱裝置系統(tǒng)

北方地區(qū)展開了依靠蓄熱式的電鍋爐供暖達到電能向熱能的轉(zhuǎn)化效果，使消納風電的能力改善。這一移動蓄熱供熱技術(shù)靈活性較高，在夜晚用電負荷低谷的時候進行棄風電量蓄熱裝置加熱，其利用棄風電產(chǎn)生的熱能可以給用戶供熱，剩余的儲存起來按需釋放。移動蓄熱供暖項目的運行，使電網(wǎng)用電低谷負荷增加，大大改善了風電的就地消納的能力，棄風電在蓄熱裝置中轉(zhuǎn)換熱能后，可以做到隨時運輸?shù)叫枰臒峁I(yè)園區(qū)以及居民住宅小區(qū)，不僅可以解決了能源浪費，又減少了傳統(tǒng)供暖的環(huán)境污染問題。利用棄風電量進行移動供暖這一舉措可以顯著的改善風能利用率，給風電行業(yè)帶來了新的推動力。

（一）移動蓄熱裝置的構(gòu)成

移動蓄熱裝置采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，將加熱、蓄熱、換熱、放熱及控制功能組合而成的。以棄風電力作為熱源，主要包括蓄熱體、空氣循環(huán)、水循環(huán)和中央控制單元四部分?？梢钥闯鲆苿有顭嵫b置主要由配電柜、蓄熱磚、發(fā)熱電阻絲、換熱系統(tǒng)、可調(diào)速循環(huán)系統(tǒng)、絕緣底座等組成。其中，中央單元協(xié)同其他部分工作，保證機組的安全性和經(jīng)濟性的運行。裝置的加熱部件能夠把蓄熱裝加熱到650℃以上，根據(jù)供熱情景，循環(huán)風機智能改變風速驅(qū)動風道內(nèi)的空氣，高溫蓄熱磚產(chǎn)生的溫度在循環(huán)風的作用下送到換熱器實現(xiàn)熱量交換。

（二）移動蓄熱裝置的工作原理

移動蓄熱裝置是一種可以儲存能量的裝置，其中的蓄熱磚密度高，實現(xiàn)儲熱依靠低谷棄風電，并按需釋放熱量。其工藝流程為：加熱→固體蓄熱存儲→取熱→熱交換→供熱末端。移動蓄熱裝置利用棄風電量進行蓄熱，蓄熱體和循環(huán)系統(tǒng)在中央控制系統(tǒng)的控制下智能運行。

（三）移動蓄熱裝置的優(yōu)勢

（1）可以利用廉價低谷電蓄熱，蓄熱量可在用電高峰段釋放，能夠顯著地實現(xiàn)削峰填谷，優(yōu)化電網(wǎng)負荷。（2）減少火力發(fā)電帶來的環(huán)境污染，同時做到了節(jié)約資源。（3）智能化控制，運行可靠，減少熱量浪費，在一定意義上做到了無人值守。

二、蓄熱式電鍋爐加入新能源供暖

蓄熱式電鍋爐目前分為固體蓄熱式電鍋爐和水箱蓄熱式電鍋爐，其工作的原理分別是以水能蓄熱和蓄熱磚蓄熱。相比起水箱蓄熱式電鍋爐固體蓄熱式電鍋爐具有占地面積小、蓄熱更穩(wěn)定的優(yōu)點，本文采用固體蓄熱式電鍋爐。由電能轉(zhuǎn)換為熱能儲存在蓄熱磚中，在熱負荷用戶需求時把儲存的熱能釋放。

三、基于粒子群算法的優(yōu)化

算法本文采用粒子群算法為多目標優(yōu)化的算法。

四、仿真分析本文

以電腦模擬以一天為周期24小時棄風量，通過與未進行優(yōu)化的傳統(tǒng)模型進行對比分析，結(jié)果如下。

（一）日供熱對比

相比優(yōu)化前的深色線，優(yōu)化后的淺色線更加的平穩(wěn)、穩(wěn)定，這樣既保證了熱負荷用戶的供熱需求、提高了用戶的舒適度，同時也避免了熱量溢出導致的浪費。

（二）蓄熱罐能量的變化

優(yōu)化后蓄熱罐對熱量的蓄量明顯比優(yōu)化前更加充裕，同時也意味著對能量的利用率也得到了提高。

（三）電鍋爐加熱功率的變化

優(yōu)化后相比優(yōu)化前在用電的高峰期加熱功率明顯下降，這樣一方面錯開用電高峰期的高電價節(jié)約了成本，另一方面風力發(fā)電并網(wǎng)提供了更多的可調(diào)性。

（四）非棄風功率的變化

從本文中可以理解所謂非棄風功率實際上就是從電網(wǎng)直接購電的部分，因為國家政策的發(fā)行在用電高峰期越少的購電則越節(jié)約成本。優(yōu)化后相比優(yōu)化前在用電高峰期減少了購電在用電的低谷期則增加了購電這從一定程度上節(jié)約了大量的成本，進一步保障了以最小成本為目標函數(shù)的實現(xiàn)。

（五）棄風功率的變化

優(yōu)化后的曲線更加接近風電場在該時刻所產(chǎn)生的棄風資源，這樣極大程度上保證了我們第一個目標函數(shù)的實現(xiàn)。

五、結(jié)語

本文通過對蓄熱式電鍋爐目前的局限性以及現(xiàn)有棄風消納所存在的問題進行分析并解決，利用粒子群算法對傳統(tǒng)模型進行多目標優(yōu)化并通過仿真得出優(yōu)化結(jié)果。通過對比分析本次優(yōu)化取得了較為理想的結(jié)果，實現(xiàn)了最大消納棄風和最小成本的目標函數(shù)。