風電供熱系統的開發模式及經濟性分析

摘?要：作為重要的可再生清潔能源資源，我國風能資源極其豐富，隨著風電裝機規模越來越大，棄風限電問題尤其是北方地區冬季的棄風限電愈演愈烈。風電清潔供熱技術的推出既大大提高了北方風能資源豐富地區的風電消納能力，又降低了火電機組帶來的大氣污染排放。目前，我國的風電供熱技術還處在探索發展階段。不同風電供熱系統的開發模式對供電能力、供電范圍以及供電優勢、經濟效益等有著直接的影響。風電供熱系統開發模式有著各自的優缺點，本文選取了三種不同的風電供熱系統開發模式，并分別對其經濟效益進行了分析，為風電供熱系統的高效益開發提供了參考性建議。

關鍵詞：風電供熱;系統開發模式;經濟效益

我國北方地區擁有豐富的風能資源，為風能發電提供了良好的資源基礎。目前，我國華北、東北、西北地區分別建立了大型風電場，但受風電輸電系統技術高壓、特高壓輸電技術的影響，風電場所發的電只能在小范圍內使用，而每個地區對于風電的消納能力有限。因此，北方地區風電場普遍存在著不同程度的棄風限電問題。棄風限電不僅造成了嚴重的資源與能源浪費，而且也不利于風電企業經濟效益的提升。風電供熱技術的研究針對北方棄風限電和風力電能消納有限的問題提出了創新性的發展思路，而該系統模式的開發與應用對于同時解決北方風電消納問題、降低冬季供暖火電帶來的大氣污染排放以及提高風電企業經濟效益有著重要的意義。

一、風電供熱系統開發模式

（一）電熱水鍋爐、蓄熱系統與風電的組合

該系統的優勢在于為供熱系統增加蓄熱系統，將北方冬季產生的無法消納的風電轉化為熱能之后通過供熱管網系統與蓄熱系統進行存儲，用于冬季的供暖。該風電供熱系統結構復雜，有電鍋爐、蓄熱系統、風電機組、電網控制器、換熱器、供熱管網、循環水泵、末端散熱裝置等構成。它的電熱水鍋爐有高壓和低壓兩種。高壓電級鍋爐用于轉換6-25kV的電，在鍋爐功率范圍內可允許調節5%-100%的功率，其熱效率最高可達99.5%。低壓電級鍋爐用于轉化小于1500kW的電，其熱效率約為98%。該風電供熱系統模式的缺點是經濟效益受電熱水鍋爐的功率、建筑面積、當地低價、政策、運營時間等影響，經濟效益存在不穩定性，因此需要經過科學的計算與規劃。

（二）熱泵供暖系統與風電的組合

熱泵系統是我國供暖系統中最常見的供熱類型。風電與熱泵供暖系統組合開發風電供熱系統的優勢在于熱泵系統是我國供暖系統中最常見的供熱類型。熱泵供暖系統有節流裝置、冷凝器、壓縮機、蒸發器四大結構組成，它們之間有著良好的循環系統，應用熱泵供暖系統可以有效的減少棄風限電發生的損耗，并將風電熱量直接搬運到供熱管網中，減少了熱量輸送中的損耗。綜合而言有著運行成本低消納風電能力強、運行環保的特點。缺點是熱泵供暖系統不易在低于零下25℃的環境使用，因為熱泵系統設備在低溫環境下運行容易結霜，導致運行效能減低。因此，熱泵系統與風電系統開發模式的應用有著地域上的限制，如東北地區就不適用于該系統模式進行風電供熱。

（三）固體蓄熱鍋爐供熱系統與風電組合

固體蓄熱鍋爐供熱系統與風電組合開發風電供熱系統，與蓄熱系統風電供熱系統的卻別在于蓄熱設備不同。固體蓄熱式電鍋爐是一種應用固體蓄熱材料蓄熱的鍋爐，它的蓄熱效能取決于蓄熱材料的蓄熱性能。該風電供熱系統采用高密度鐵基固體合金蓄熱材料和固體氧化鎂磚蓄熱材料。由于氧化鎂蓄熱材料穩定較差，因此具有一定的安全風險。該風電供熱系統適合供熱面積小于20萬平方米的風電場供熱系統。

二、風電供熱系統開發經濟效益分析

某風電場裝機容量為5.1kW，電供熱面積10萬平方米。風電企業設計系統運營周期為20年，貸款15年，貸款80%，貸款利息5.4%。政府補貼20年，其中風電補貼0.1965元/kWh。當地燃煤價格0.3035元/kWh。企業靜態投資7200元kW，風電場理論發電時間3400小時，風輪高度85米，輪轂平均風速7.8米/秒，當地保障上網時間1900小時。經過經濟性分析后得出，該項目模式全額上網時，全投資稅后14.42%，資本金稅后29.29%，投資回收期預計7.21年，在保障上網小時數時，全投資稅收5.62%，資本金稅后7.01%，投資回收期預計12.22年。該風電場在開發電熱水鍋爐、蓄熱系統與風電的組合系統模式之前，風電場因無法解決消納問題出現了嚴重的棄風限電問題，造成資源浪費。為提升風電場效益，應用高電極電熱水鍋爐+蓄熱系統+風電的系統模式在冬季對居民采用風電供熱。該系統應用后風電場企業全投資稅后的收益提升為6.75%，資本金稅后內部收益率提升為9.45%。風電企業的預計投資回收周期只縮減到11.18年，這比風電場設計的運營回收周期12.22年縮短了1年，在貸款年限、貸款利息、風電補貼等條件不變的情況下，提前1年收回成本相當于增加了1年的純利潤，風電企業經濟效益顯著調高，這對于企業長遠有著促進性意義。同區域的另外兩個風電場采用了熱泵供暖系統與風電的組合與固體蓄熱鍋爐供熱系統與風電組合開發風電供熱系統。前者的全投資稅后收益率為6.41%，資本稅后收益率為8.83%。后者的全投資稅后收益率為6.56%，資本稅后收益率為9.15%。如下圖所示，經過對比，電熱水鍋爐+蓄熱系統+風電系統模式與固體蓄熱鍋爐供熱系統+風電的系統模式全投資稅后收益率與資本金稅后收益率較高，而熱泵供暖系統+風電系統模式的收益相對較低，且受地域限制較大，使用范圍有限。鑒于固體蓄熱鍋爐的穩定性較差，運營風險高，管理難度較大，因此建議風電企業可選擇電熱水鍋爐+蓄熱系統+風電供熱系統開發模式。

三、結語

綜上所述，不同的風電供熱系統開發模式有著其自身的優勢，但就經濟性分析而言，電熱水鍋爐、蓄熱系統與風電的組合的應用優勢更加明顯。北方地區風電資源豐富，但地區性消納能力有限，冬季供暖需要大量的電能，電熱水鍋爐、蓄熱系統與風電的組合開發模式應用蓄熱系統將多余的風電通過存儲系統統一存儲，在冬季用電高峰時段用于供暖系統，既解決了風電浪費的問題，還降低了冬季供暖火電帶來的大氣污染排放。因此建議北方地區開發該模式風電供熱系統。

參考文獻：

[1]牛傳凱，李錚偉，曹人靖.風電供熱系統的開發模式及經濟性分析[J].區域供熱，2019（02）：43-49+61.

[2]谷彥章.風電供熱綜合效益評價研究[D].東北電力大學，2016.

[3]白曉軍.內蒙古西部地區風電供熱系統研究[D].華北電力大學，2017.

作者簡介：陳露露（1988-），女，漢族，江蘇連云港人，碩士研究生，中級工程師，研究方向：能源電力。