消納棄風電的風電供熱系統(tǒng)經(jīng)濟性與設(shè)計

陳 偉， 陳 鍵

(中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西西安710065)

1 概述

風電清潔供暖為供暖期電力負荷低谷時段消納風電提供了一個很好的途徑，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)合工程實例，對消納棄風電的風電供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性、設(shè)計進行分析。

2 工程概況

新疆阿勒泰地區(qū)某風電場總裝機容量為50×104kW，項目區(qū)域內(nèi)現(xiàn)由1臺熱功率為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年10月1日至次年4月15日，供熱時間為196 d。供暖熱指標為58 W/m2，設(shè)計熱負荷為2 610 kW。

風電場2014—2015年供暖期逐時棄風電量見圖1，圖1中起始時間為供暖期開始時間。阿勒泰地區(qū)典型日(出現(xiàn)設(shè)計熱負荷的供暖日)逐時負荷見表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。由典型年逐時負荷，可計算得到該項目供暖期供暖耗熱量為28 488.6 GJ。

表1 阿勒泰地區(qū)典型日逐時負荷

圖1 風電場2014—2015年供暖期逐時棄風電量

阿勒泰地區(qū)市電網(wǎng)的分時電價見表2。利用棄風電量按0.496 元/(kW·h)進行補貼。

表2 阿勒泰地區(qū)市電網(wǎng)的分時電價

3 運行方案

3.1 運行策略

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

圖2 運行方案1的運行策略

① 運行方案1

在谷電時段，利用電蓄熱鍋爐蓄熱，熱負荷由電值班鍋爐承擔。平電時段、峰電時段的熱負荷由電蓄熱鍋爐放熱承擔。

② 運行方案2

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

3.2 電鍋爐熱功率

根據(jù)方案1、2的運行策略及典型日逐時負荷，可確定運行方案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，運行方案1、2的電值班鍋爐熱功率相同，運行方案2電蓄熱鍋爐的熱功率比運行方案1低。因此，運行方案2的電鍋爐購置費比運行方案1低。

圖3 運行方案2的運行策略

表3 運行方案1、2的電蓄熱鍋爐、電值班鍋爐額定熱功率

3.3 運行方案的經(jīng)濟性

根據(jù)運行方案1、2的運行策略與典型年供暖期逐時負荷分布，可分別計算得到運行方案1、2電鍋爐房逐時耗電量。在計算時，設(shè)定蓄熱工況下電蓄熱鍋爐的蓄熱電功率對應(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耗電量與圖1進行比較，若某時段電鍋爐房用電量小于或等于該時段棄風電量，則認為該時段電鍋爐房用電為棄風電。若大于該時段棄風電量，高出部分為市電量。運行方案1、2供暖期電鍋爐房耗電量見表4。峰段2個方案均不消耗棄風電和市電。

表4 運行方案1、2供暖期電鍋爐房耗電量

熱價按25元/GJ計算，分時電價見表2。利用的棄風電量，政府按0.496 元/(kW·h)進行補貼。電鍋爐房月容量費為30 元/(kW·月)。市電費與供暖期電鍋爐房容量費(月容量費與供暖月數(shù)量、電鍋爐房電鍋爐總設(shè)計熱功率乘積)視為支出，熱費與利用棄風電量得到的政府補貼視為收益。由此可計算得到運行方案1、2的供暖期支出與收益(見表5)。由表5可知，運行方案1的供暖期支出、收益分別為265.1×104、249.8×104元，運行方案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，運行方案1、2的支出與收益均持平。由于運行方案2的電鍋爐購置費比運行方案1低，因此運行方案2的經(jīng)濟性更優(yōu)。

表5 運行方案1、2的供暖期支出與收益

4 系統(tǒng)流程

選用2臺固體電熱儲能爐，其中一臺為電蓄熱鍋爐，另一臺為電值班鍋爐，設(shè)計供、回水溫度為95、70 ℃。電鍋爐房系統(tǒng)流程見圖4。由圖4可知，通過控制閥門V1～V4的啟閉及電蓄熱鍋爐、電值班鍋爐的啟停，實現(xiàn)各電價時段的運行方式。

圖4 電鍋爐房系統(tǒng)流程

5 結(jié)論

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