采用电极锅炉的风电供热系统设计及经济性研究

采用电极锅炉的风电供热系统设计及经济性研究

衣立三

哈尔滨哈锅锅炉工程技术有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000

摘要：风电供热对消纳风电、促进城镇能源利用清洁化具有重要意义。风电供热方案的技术和经济分析是项目决策科学化、提高经济效益的重要手段。文章对采用电极锅炉的风电供热系统设计及经济性进行了研究分析，以供参考。

关键词：风电供热；电极锅炉；经济性

1前言

风电供热从宏观意义上讲，是指当电力需求达到饱和时，风力发出来的电一时难以消纳，而将其发电电能用于产热供热，使电力系统可达到新的供需平衡的工程应用措施。我国三北地区是风力资源最集中的地区，也是弃风限电重灾区，尤其以河北省张家口、吉林省、内蒙古自治区锡林郭勒盟、呼伦贝尔市和兴安盟等地最为严重。这些地区又属于冬季供暖区域，而冬季产热供暖需求恰好可与风电消纳形成契合，若冬季产热供暖能够通过风电部分解决，还能够缓解困扰我国北方地区传统采暖季燃煤污染问题。由此，风电供热就成为了一个解决风电消纳和采暖减排两个问题的有效措施。目前，我国风电供热尚处于起步发展阶段，各项目方案种类繁杂，有必要对各类型方案进行对比研究，分析其经济性、适用性，为实际项目方案选择提供一定参考价值。

2方案设计

2．1项目概况

某省某县城南已有热源厂一座(第一热源厂)，安装5台热功率为29MW的燃煤热水锅炉。随着城市扩建和城区内分散式燃煤锅炉的拆除，第一热源厂的供热能力已无法满足城区居民供热需求。因此，在城西规划新建1座以风电为主要能源的第二热源厂，采用联合供热系统。第二热源厂分3期建设，建成后总供热面积为300×104m2，一期工程设计供热面积为100×104m2。本文对已建成的第二热源厂一期工程进行分析。当地供暖期为当年10月25日至次年3月25日，共151d。

2．2设备选型

①负荷分析一期工程供热建筑均为节能建筑，其中居住建筑供热面积占65%，公共建筑供热面积占35%。根据CJJ34—2010《城镇供热管网设计规范》，居住建筑供暖热指标取40W/m2，公共建筑供暖热指标取60W/m2。按居住、公共建筑供热面积权重，一期工程供热区域的综合供暖热指标取47W/m2。由此可计算得到，一期工程设计热负荷为47MW。谷电时段联合供热系统采取边供热边蓄热的运行模式，平峰电时段由热水蓄热装置供热。若遇极端寒冷天气，热水蓄热装置无法满足供热需求时，电极锅炉启动参与供热。②设备选型按照电极锅炉仅在谷电时段运行(即供暖期典型日用户总需热量，由电极锅炉集中在谷电时段生产)，平峰电时段用户需热量由热水蓄热装置承担的原则，对电极锅炉的设计热功率、热水蓄热装置的有效容积进行计算选型。

4电价与热价的制定

电价、热价的制定采用了多边交易方式。在多边交易过程中，当地政府负责协调项目各方，并督促执行。热源厂用电电价遵循当地大工业用电分时电价月容量费为22元/(kV·A·月)。按照上述用电价格及月容量费测算，项目将严重亏损。因此，需要项目各方通过多边交易(涉及热源投资公司、风电场、电网公司、供热公司等)降低热源厂用电电价。在平峰电价不变的基础上，风电场对热源厂低谷用电电价在原0．2541元/(kW·h)基础上让渡0．24元/(kW·h)后，降至0．0141元/(kW·h)，并由电网公司向热源厂进行结算。电网公司负责热源厂供配电系统的建设，以收取容量费形式回收建设成本。热源厂以27元/(m2·a)的热价将热出售给供热公司，供热公司以23．2元/(m2·a)的平均热价向居民收费，亏损部分由当地政府补贴。

5经济性评价与敏感性分析

①项目造价一期工程总造价为9500×104元。其中电极锅炉、蓄热水箱、循环泵、换热器等设备造价为4800×104元，蓄热水箱基础等土建施工费用为1800×104元，工程安装和各种材料(含保温材料)费用为1000×104元，高压电缆、高低压配电柜和控制柜造价1500×104元，室内消防通风防火等配套设备造价为200×104元，设计、勘察、监理及其他费用为200×104元。②项目年收益热源厂出售给供热公司的热价为27元/(m2·a)，供热面积按100×104m2计算，可计算得到项目年收益为2700×104元/a。③项目年支出考虑热网热损失为3%，由此可计算得到，联合供热系统供暖期总供热量为4．44×105GJ/a。电极锅炉热效率仍取98%，可计算得到电极锅炉年耗电量为12．6×104MW·h/a。循环泵的耗电量计算比较复杂，参考传统供热系统的循环泵耗电量，结合电供热系统循环泵运行特点，循环泵耗电量按电极锅炉耗电量的2%计算。可计算得到，循环泵的年耗电量为2520MW·h/a。由以上数据，可得到项目年耗电量为12．852×104MW·h/a。考虑到在供暖期极端寒冷天气时，电极锅炉将在平电时段开机运行。电极锅炉的耗电量中有98%为低谷电，其余2%为平电。循环泵耗电量中有40%为低谷电，其他耗电量中平峰电各占50%。根据平峰电价及让渡低谷电价，可计算得到项目年电费为386．42×104元/a。月容量费按照22元/(kV·A·月)计算，实行每15d申报1次(15d的容量费取月容量费的50%)，则供暖期需申报10次容量费。

5未来去向

风电供热实际上是在当前风电发展形势下，自下而上提出的一项工程运用措施，目前也确实吸引了很多目光。一些企业也表达出以供热做“门票”，换得多发电量，甚或上得一个项目分一杯羹的强烈兴趣。如此一来，由于要面对弃风、“适应”电网，风电与供热这两件原本貌似不相干的事情被联系了起来。那么应该如何看待风电供热的发展去向？发展风力发电的意义在于开发利用洁净的可再生能源，推动电力供热的直接目标在于压减燃煤降低废气排放，后者还有利于以储能方式为电网提供调峰填谷的容量效益。因此，推进风电供热确实有着明显的现实意义和潜在的发展空间，推进这项活动相关各方，尤其是政府管理部门，应该在政策制订、关系协调等方面给予积极引导和支持。2011年7月的风电供热方案论证会，对于风电供热示范项目的基本运用方式给出的初步考虑是：风电企业、供热单位及电网公司签订三方协议；协议应明确风电企业参与供热的风电场规模和上网电量，而电网公司以常规电价支付该上网电量电费，经加收合理输电费用后，再将该电量转供给供热单位；风电企业还将按照风电电价补贴标准，获取该上网电量相应的国家可再生能源发展基金补贴。这里还可以对将来风电供热的运用机制多做一点探讨。如果风电供热的发电方和供热用电方为同一投资主体，亦即其中发电、用电的经济性是统一计算的，则风电场规模或上网电量、向供热单位转供电量的实际电价就是影响项目可行性的主要因素。有鉴于此，是否可以做出进一步的设想：目前在风电弃风作为一种现实情况存在的情形下，可以以项目当地前一年度（或几个年度）的平均弃风率，计量风电不弃风条件多发的上网电量，以一般工业大用户标准（或者其他固定结算标准）结算供热用电电价，据实核算风电供热项目中风电场规模和供热负荷。这样，风电企业可以通过这个过程，收获因“多发”弃风电量所得的风电标准电价与供热用电电价的差价收益，电网公司获取交易（输电）费用，而供热工程则成为了满足电力生产与输送经营需求之后又派生出来的社会效益载体。

6结束语

总之，风电供热项目对今后在解决弃风问题和实施供热方面将产生积极推动作用。

参考文献：

[1]吕泉,刘永成,刘乐,朱全胜,王海霞,王恺文.考虑弃风特性的风电供热项目节煤效果与最佳配置方案研究[J].中国电机工程学报,2017,37(16):4699-4711+4895.

[2]袁桂丽,王琳博,王宝源.基于虚拟电厂“热电解耦”的负荷优化调度及经济效益分析[J].中国电机工程学报,2017,37(17):4974-4985+5217.