電力需求側管理-電力蓄熱技術經濟分析

劉新臣

摘要：本文先介紹蓄熱技術的發展現狀，詳細介紹蓄熱技術的特點與分類，依據它的應用條件與發展約束，分析蓄熱模式和用戶端相關計算以及蓄熱電鍋爐移峰填谷能力對電網影響的評價方法。最后以一個實例論證來說明它的應用效果，蓄熱式電熱鍋爐技術對用戶、電網和社會都具有十分明顯的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：電力蓄熱;移峰填谷;蓄熱式電熱鍋;電力需求側管理

1蓄熱技術的特點及分類

1.1? 蓄熱電鍋爐技術主要特點

（1）???? 全部或部分轉移了制熱設備的用電時間，充分利用電網較富裕的低谷電力，提高電力系統運行效率。

（2）???? 蓄熱系統的制熱設備容量和用電功率小于非蓄熱系統，可有效減少用戶側配電容量。

（3）???? 電鍋爐及其蓄熱技術無污染、無噪聲、安全可靠且自動化程度高，有利于環境保護和簡化管理。

（4）???? 充分利用電網峰谷分時電價差，蓄熱系統的運行費用比即熱系統低，分時電價差值越大，其運行費用節約越多，當峰谷電價比大于等于3時，可節約電費30%-60%以上。

（5）???? 由于增加了蓄熱裝置及其輔助設備，一般比直熱系統初投資高。

1.2? 蓄熱系統分類及優缺點

依據蓄熱介質，常用的蓄熱式電鍋爐主要有水蓄熱、相變材料蓄熱和蒸汽蓄熱，其原理及優缺點如表1 所示。在我國大多以水為蓄熱熱載體，依據蓄熱方式的不同，水蓄熱式電鍋爐可分為高溫蓄熱和常壓蓄熱。

3蓄熱電鍋爐移峰填谷能力的評價方法

1）? 蓄熱裝置的蓄熱量

蓄熱裝置的蓄熱量是指對于一給定的蓄熱和放熱循環，在滿足供水溫度條件下，能夠從蓄熱裝置中取出的實際熱量，單位為kJ。無論是采用全量蓄熱模式，還是采用分量蓄熱模式，蓄熱系統的移峰填谷能力均與其蓄熱裝置的蓄熱量直接相關。蓄熱裝置蓄熱量可采用下式計算：

式中：V為蓄熱裝置容積，單位m3;t1為蓄熱裝置最低運行溫度，單位℃;t2為蓄熱裝置最高運行溫度，單位℃。

2）設計日轉移總電量

在考慮峰段和平段轉移電量后，兩者相加可以得到設計日轉移總電量，單位為kWh。若設計日白天蓄熱所提供的熱量為Q，其值可取為蓄熱裝置的設計蓄熱量Q蓄熱，設夜間為蓄存這一熱量所耗用的低谷電量為En，白天因蓄熱而少耗用的峰段和平段電量為Ed，存在如下關系：

式中：η為電鍋爐的熱效率，一般在98%以上。由于η≈1，即En≈Ed，因此，設計日轉移總電量約等于蓄熱系統在低谷時段的用電量。

3）年轉移總電量

年轉移總電量指一年內蓄熱電鍋爐系統將峰段和平段電量轉移至谷段的總電量。

對于全量蓄熱系統，部分熱負荷工況下全天的轉移總電量計算可用熱負荷率i對式（8）進行修正，即

對于分量蓄熱系統，如蓄熱裝置的實際容量為設計日總熱負荷的60%，則在60%及以上熱負荷時蓄熱裝置均可蓄滿，而在60%以下熱負荷時需按熱負荷率i=60%對式（8）進行修正。

在確定不同熱負荷工況下每天的轉移總電量后，考慮供暖期內不同熱負荷的天數分布，可以計算出年轉移總電量Ey為

式中：Edi為i=100%、60%、30%時的日轉移總電量，單位kWh/d;Di為一年內對應于不同熱負荷率i的天數，單位d。

4蓄熱技術應用效果

下面以杭州鳳起大廈蓄熱工程為例，通過經濟實證分析來看它的經濟效益與社會效益：

杭州鳳起大廈采暖建筑面積約為12000㎡，大廈分北樓和南樓，是一家集賓館、辦公及娛樂為一體的多功能場所。

杭州鳳起大廈原設備為2 臺2t燃煤鍋爐，年耗煤量約1700t，為響應杭州市“藍天碧水工程”，經多方考察驗證，最終決定將原燃煤鍋爐改造為電鍋爐蓄熱系統。

電力蓄熱、電鍋爐直供和燃油鍋爐系統三種方案的經濟性比較見表2-5。采用蓄熱系統，與常規電鍋爐系統相比，由于裝機容量的減少，一次投資基本持平;但由于設計上考慮生活熱水系統采用全量蓄熱、采暖系統經優化設計在較大負荷時也能采用全量蓄熱方式，故運行費用大大下降，年運行費用節約116.82萬元;同燃油鍋爐系統相比，年運行費用節約29.60萬元，理論投資回收期為2.3年。因此利用系統優化運行及用電優惠政策，在短期內就能收回增加的投資部分。

注：1）對于電鍋爐系統，冬天電鍋爐設備用電功率大于夏天制冷設備用電功率，故可按冬天電鍋爐設備用電功率考慮機房變壓器容量;對于燃油鍋爐而言，機房變壓器容量需考慮制冷設備用電功率，對本系統夏天機房用電功率約350kW;

2）? 按用戶需求，其它設備如末端需配電400kVA;

3）? 主材與安裝費暫未計入，具體可按省建筑安裝定額計算。雙線路供電電力貼費：500元 /kVA，電鍋爐電力貼費全免。電鍋爐配電設施費：約450元 /kVA，其它配電設施費：約650元/kVA。

6結論

蓄熱技術將高峰需求盡可能抑制到最低或轉移高峰需求，這樣對能源利用、減少發電廠投入和電網經濟運行都有好處，并且電熱鍋爐具有熱效率高（>95%）、自控程度高、操作簡便、無污染、無噪聲、設備體積小、無運動部件、維修量小等優點，采用蓄熱方式可使綜合費用低，社會效益高。

參考文獻：

[1]?? 熊雄，楊仁剛，葉林，etal.電力需求側大規模儲能系統經濟性評估[J].電工技術學報，2013，28（9）：224-230.