风电供热项目运营模式优化及应用研究

风电供热项目运营模式优化及应用研究

付晓奇

沧州新天绿色能源有限公司  河北   沧州061000

摘要：本文总结了我国目前较为成熟的几种风电供热的整体解决方案，分析不同解决方案的供热能力、适用范围、发展前景、以及优缺点等。总结了目前常见的几种风电供热项目的投资开发模式，并分析不同开发模式的适用性和项目经济性，给出相应的风电供热项目的开发建议，为风电供热项目的高层决策提供相应的技术支持。

关键词：风电供热系统；技术路线；运营优化

1风电供热方式选择分析

（1）电极锅炉与电阻锅炉工作原理。常用电热水锅炉主要有电极锅炉和电阻锅炉两类。电极锅炉内筒里的三相电极浸在水中，三相电极通电后直接加热具有一定电导率的炉水，在电流的作用下，炉水被迅速加热。电极锅炉可以直接接到6kV-25kV的三相供电线路，不需要降压变压器；通过精简组件数量，简化电气安装程序；电极锅炉可连续卸载，热量无级可调；锅炉在1%~100％可做无极调节，出水温度控制范围±0.5°C；热效率在99%以上。电阻锅炉采用高阻抗管形电热组件加热介质水。管形电热组件是由金属置外壳、电热丝和氧化镁三者组成。电阻锅炉最大的优点是水中不带电，使用较为安全。通常用电等级为380V，需要设置低压配电系统。单台锅炉容量较小，对水质要求为软水即可，其热效率在98%以上。（2）电锅炉无蓄热供暖系统。电锅炉无蓄热供暖系统可分为电锅炉直接供给用户系统与电锅炉通过二次换热供给用户系统。系统流程图1、图2。通过电阻锅炉的介质只需软化水即可，而电极锅炉要求水质为控制电导率的纯水。因此电锅炉直供系统只适用于电阻锅炉，电锅炉通过二次换热供暖系统适用于电阻锅炉或电极式锅炉。
1.2风电+固体蓄热锅炉供热系统

固体蓄热式电锅炉是近几年国内外应用逐渐增多的一种新型蓄热式供热设备。其核心为固体蓄热材料，目前应用较多的主要为高密度铁基固体合金蓄热材料和固体氧化镁砖蓄热材料。图2为固体蓄热锅炉系统的供热示意图。固体蓄热锅炉系统主要由储热系统、内置换热系统、外循环系统、通讯控制系统、供电系统、以及电气保护系统等部分组成。其工作原理为：在低谷电时段，将固体蓄热锅炉通电加热，将电能转化为热能储存在固体蓄热材料中；在峰电时段，通过炉内的热风系统和换热系统，将储存在固体材料中的热量以低温水的形式供出，通过供热管网给居民供热。

2.风电供热项目的主要投资模式

目前风电供热项目还处于试点示范阶段，根据目前的示范项目的投资建设情况，其主要的投资开发及运营模式主要有以下几种模式：

（1）风电场业主单位负责投资建设电供热热力站、供热管网、以及其他供热附属设施，并给居民用户供热。该模式适用于新建小区且当地有风电消纳压力的区域和地区。

（2）风电场业主单位投资建设电供热热力站，并负责热力站的运营管理与维护，以一定的热价向供热公司售热；供热公司依托原有的城市热网，在需要区域的进行热网建设或改造、并将其并入原有城市热网进行集中运营与管理，向热力站购热，并供给相应居民用户。该模式风电场可以将部分无法上网的弃风电通过热能形式对外销售、增加收益。

（3）供热公司投资建设电供热热力站，并负责其运营管理，利用供热公司现有的区域热网向居民供热。风电场与供热公司通过大用户直供电形式，或者通过国家电网以三方协议形式，签订购售电协议，增加风电场收益，而供热公司通过低电价降低运营成本，增加收益。此种模式，由于热源和热网均为供热公司持有和运营，则可根据多年的供热经验和运行条件，通过智能控制、合理优化等方式降低热网损耗，提高供热利用率，增加供热收益。

（4）第三方投资单位负责投资建设供热热力站并运营管理热力站。此投资模式较为复杂，通常风电场、国家电网、供热公司、第三方投资单位以四方协议形式进行相互结算。其中风电场以较低的价格将额定上网之外的多余电量上网，增加风电场收益；热力站投资主体将生产的热能以合适的价格出售给供热公司；供热公司通过原有热网向居民用户供热；最终实现整个项目的投资和运营。

（5）业主单位投资建设热源站、供热管网，并给自己用户供热。此时，风电场、国家电网、业主单位以三方协议形式结算电价，或业主单位与风电场以大用户直购电形式进行双边电力交易。此种模式大多适用于国家机关事业单位、高  
  3.大规模风电并网运营可靠性研究

        1.分析影响风力发电与电并网运行可靠性的因素。测量风电并网运行的可靠性可以利用电场功率进行科学分析。大规模风电并网的发展对电力系统有很大影响。电网电压波动、闪烁和谐波等质量问题的出现对风力发电的建设和管理提出了一些挑战。因此，基本计算公式(1)如下:

        (1)

        在公式中，p是并网风场的输出功率；v是风速；r机组停运：e风电场外部因素；D影响风电场实际功率的其他因素；S-p相对于相关因素。（1）当风速介于风速和额定风速之间时，p的输出功率直接与风速v相关三次方正；(2)当风速介于额定风速和风速之间时，输出功率等于额定功率。（3）当风速低于进风速度或高于极限风速时，组故障和维修可能导致停机时间和频率越长，输出功率损失越大，实际输出功率p越小。除风力发电场外，与电网并行运行的风力发电系统主要使用异步发电机，这些发电机必须吸收电网的无功功率才能稳定运行，因此，计划内和计划外断电也可能导致电网损失。

        2.风力发电并网运行可靠性分析方法研究。(1)可靠性分析方法综述。电力系统可靠性分析方法一般分为确定方法和概率方法。确定方法是研究预期残疾情况下的可靠性水平。对于某一操作模式或有限的故障模式，确定方法的计算可以大致估计系统的安全性，并提出纠正缺陷的措施。但是，它只能预测某些类型故障的后果，故障的多重性很低，从而不能提供发生事故的可能性。概率方法基于部件故障和维修统计数据，通过系统运行方式和部件故障模式的概率模拟计算系统和节点的运行参数变化范围和风险指标，得出概率风险指标和概率经济指标，从而得出使用确定方法可以分析系统在给定时间点的安全性和经济性水平，但很难模拟多个故障、连锁故障和时序参数。随着系统大小的增加，低强度故障的影响越来越小。电力系统基本上是一个具有随机特征的大型系统。负载级别更改、组件故障、保护操作特性等。都是不确定的。与此同时，风力发电机组的一次能源具有很强的随机性，需要一种概率模拟方法。（2）蒙特卡罗模拟方法原理分析。Monte Carlo方法是一种基于概率统计理论的计算方法，它从给定的概率分布中提取随机变量。本发明是一种对系统进行随机或决定性采样的技术方法，通过将求解的问题与模型结合起来，得出近似的解决方案蒙特卡罗模拟方法是基于概率统计和随机抽样。蒙特卡罗方法是一种利用重复统计实验解决物理和数学问题的方法。其主要目的是使用随机变量来模拟实际系统中可能发生的随机现象。蒙特卡罗方法基于随机问题的模拟，这决定了它解决随机问题的能力。Monte Carlo方法可以用来解决许多决定论方法无法解决的随机问题在过去十年里，蒙特卡罗模拟方法随着计算机技术的发展迅速扩大和发展它被用来解决许多领域的复杂科学问题同时，它被广泛用于电力系统可靠性评估。

       结束语：

综上所述，若要使电力供热有更好的竞争力和优势，需要大力提高电供热技术、降低电供热热力站的投资成本、降低企业的用电电价、大力发展供热系统节能和建筑节能、政府给予一定的支持政策。让技术、市场、政府等一起让电力供热行业发展成为技术先进、模式成熟、市场广阔的行业。        参考文献：

     [1]共振清，李栋栋．风电富集区风电供热模式研究［J］．业界实务，2011（8）：97～99．

[2]王海，王海鹰，周海珠.多热源环状管网的面向对象水力计算方法［J］.浙江大学学报，2012，46（10）：1900—1909.