中电投内蒙古四子王旗风电供热项目介绍及示范作用

王建强

(中电投内蒙古新能源有限公司，呼和浩特 010010)

0 引言

近年来，内蒙古自治区风电产业快速发展，风电投产装机容量稳居全国首位。冬季供暖期间，为保证热电联产机组运行，全区大部分风电场在夜间频繁参与电网调峰，对风电机组运行效率影响较为明显。因此，需要从需求侧寻找途径，解决风电上网消纳困难的问题。

2009年年末，内蒙古绿能新能源有限公司在国内率先提出风电供热概念，并着手开展风电供热技术研究及试点项目建设等各项工作。2011年3月9日，内蒙古绿能新能源有限责任公司取得了国家知识产权局颁发的《风力发电供电供热系统》实用新型专利证书(专利号:201020503627)，为风电供热项目的实施提供了有力的技术支持。

电力供热一是改变燃煤供热的模式并增加电力需求，二是通过蓄能装置使供热电力需求具备灵活性和可控性，可在电网负荷低谷时启动用电需求，起到调峰作用。通过这样的方式，使风电在电网低谷时段的电力得到有效利用，并把多余的电力以热能的方式储存下来，实现从需求侧入手，降低电网对风电调峰和消纳的难度，对风电持续发展具有重要的意义。

1 项目基本情况

中电投内蒙古四子王旗风电供热项目是国家能源局在全国推行的风电供热新能源示范项目，既符合国家可再生能源发展规划，也符合中国电力投资集团公司的新能源总体发展战略。项目用风电电力替代燃煤锅炉为城镇供热，可以增加地区用电负荷，提高风电本地消纳的能力，减轻电网外送压力，尤其是将夜间电力负荷低谷时段的风电电力用于城镇供热，为风电储能探讨出一条新的道路。

1.1 项目位置

该风电场位于内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗吉生太乡境内，距呼和浩特市约120 km。供热站位于四子王旗政府所在地乌兰花镇西北部的富康小区，占地面积为6277 m2。

1.2 项目建设规模

风电场建设规模为200 MW，选用100台单机容量为2 MW的风电机组。供热站供热能力为50万m2，选用24台容量为2.16 MW的电阻式电热锅炉，总计51.84 MW。风电场占地面积约为59.7 km2，供热站占地面积为6277 m2。

1.3 风资源情况

内蒙古乌兰察布市四子王旗风电基地是内蒙古自治区风能资源最丰富的地区之一，风电场所在区域有#4022，#4023，#92523座测风塔，根据测风数据，风电场所在区域80 m高度年平均风速7.9 m/s，年平均风功能密度为441 W/m2，风功能密度等级为4级。项目设计年利用小时数为2568 h，建成后预计年平均发电量为513.6 GW·h。

1.4 接入方案及电力消纳

该项目风电场以单回220 kV线路接入杜尔伯特220 kV变电站，所发电量全部上网。其消纳主要途径为:就地消纳;利用风电供热的特性，在风电电量消纳最困难的时期(10月—次年5月)，拿出电网低谷时段(21:00—08:00)约70 GW·h的电量，用来给供热站的电锅炉供电。这样，不仅拉动需求侧的电量消耗，缓解电网外送压力，而且起到为电网削峰填谷的作用，增强了电网安全运行的可靠性。

供热站为大负荷锅炉，为确保冬季不间断供热，必须有足够的负荷供应电热锅炉用电。经测算，采暖期最大等效热负荷为50 MW，选用24台容量为2.16MW的电阻式电热锅炉，总计51.84MW。从杜尔伯特220 kV变电站和四子王旗110 kV变电站35 kV侧分别引入一路电源。

1.5 电价

风电企业与电网的结算方式(供热站供热电价还没有取得相关主管部门的批复)为:

(1)风电企业与电网以风电上网的标杆电价0.51元/(kW·h)结算全部发电量;

(2)供热企业按0.427元/(kW·h)供热电价向电网购电;

(3)经测算，供热企业可承受的电价应不高于0.11元/(kW·h)，所以风电企业给供热企业0.32元/(kW·h)的电价补贴。

电价结算模式如图1所示。

图1 电价结算模式

经测算，电热锅炉年用电量为69.521 GW·h，供热企业根据供热需求按月分配使用。风电企业与供热企业按月结算的电费补贴=供热企业当月所购全部电量×(电网正常电价－供热企业可承受的电价)。

2 供热站设计方案

根据加热方式与蓄热方式的不同，电热锅炉可以分为电阻式电热锅炉、电极式电热锅炉及固体蓄热锅炉，该项目采用电阻式电锅炉。供热站热源系统设计方案主要包括电热锅炉房、蓄热系统、换热系统及变配电系统。

2.1 电热锅炉

选用2.16 MW电热锅炉20台，电热锅炉总功率为43.2 MW，电热锅炉在夜间电网低谷负荷时段运行。电热锅炉运行时段为每日21:00至次日的08:00，共11 h。

2.2 蓄热系统

采用显热式蓄热方式，技术简单、成本低、安全可靠;采用水为蓄热介质，蓄热装置为地上保温水罐。蓄热水罐参数:数量，30台;工作类型，供暖/热水;额定进/出水温度，15/150℃;蓄热罐表面温度，低于30℃;蓄热罐直径，3.5 m;蓄热罐高度，12 m;蓄热罐质量，22 t;运行质量:130 t;蓄热罐容积，115 m3。

2.3 运行模式

锅炉启动期间，30个蓄热水罐完成储热。锅炉停运时，由蓄热水罐开始单独供热时，从第1个蓄热水罐中抽出热水，换热后回到最后一个罐中，如此往复循环。回水与供水混合，水罐中混合水的温度随着系统的运行逐步降低，由变频泵控制循环水量逐步加大，直到蓄热水罐水的温度降至70℃。

2.4 换热系统

利用换热站原有设备，将锅炉系统与蓄热系统接入换热站一次性管网入口。

3 投资及经济评价

3.1 工程投资

风电场工程静态投资为132462万元，单位静态投资6623元/kW;接入系统费用2300万元;供热站建设费用8902万元;建设期利息4497.8万元;动态投资为148161.8万元，单位动态投资 7408元/kW。

3.2 经济评价

按风电企业上网电价0.51元/(kW·h)、供热站供热电价0.43元/(kW·h)、供热企业负担电价0.11元/(kW·h)、年利用小时数2568 h、运行期年平均发电量513.6 GW·h测算，全投资财务内部收益率(税后)为10.01%，资本金财务内部收益率为12.53%，投资回收期(税后)为8年。工程投资分2部分:第1部分为风电场项目，第2部分为供热站项目。

4 项目的示范作用

在目前模式下，风电供热只能在限制风电出力比较严重的地区开展。风电供热项目在风资源丰富、实行峰谷电价的地区优势明显，可以尽量利用低谷阶段电量。

风电供热项目适合在“三北”地区中小型城市开展，替代常规的燃煤锅炉，但供热站消耗电量应为弃风电量。在风资源丰富的内蒙古自治区人口相对集中的中小城镇，均可替代当地燃煤锅炉进行集中供热，同时不受煤价波动的影响。

风电供热项目可以减轻政府公共事业的投资负担，有效解决了当地供热难题，减轻当地的环境污染，较好地解决风电消纳问题，避免“弃风”影响，是一件利国、利民、利企业的好事情。风电供热项目的大力推广，可有效缓解风资源丰富的内蒙古自治区电力送出困难、弃风限电问题，使丰富的风电资源得到有效利用。但需要国家主管部门尽快出台供热电价、上网电量等方面的优惠政策。

5 项目创新

(1)风电电力能够全额上网，减少弃风，能有效利用当地优良的风资源。

(2)能够有效缓解“三北”地区电网接入难、消纳难的问题，促进风电电力在本地区就地消纳。

(3)可增加冬季供暖期间夜间底谷时段的用电负荷，进行风电供热和风电储能蓄热，缓解了冬季及夜间发电高峰时段风电给电网带来的压力，起到了削峰填谷作用。

(4)从需求侧入手，能够有效地增加新能源市场份额。

(5)降低了因燃煤供暖而产生的二氧化碳、二氧化硫等废气的排放，缓解了项目所在地节能减排压力。

(6)该项目是新农村建设中城镇供热的良好示范项目和“三北”地区中小型城市替代燃煤供热的好项目，是国家新能源产业的惠民工程。

6 结束语

总之，在弃风限电严重的地区推广风电供热，不仅可以拉动需求侧的电量消耗，缓解电网外送压力，而且为电网起到削峰填谷的作用，增强了电网安全运行的可靠性;同时，替代常规的燃煤锅炉，可以减少污染物的排放，为节能减排做出贡献。