消纳弃风电的风电供热系统经济性与设计

陈 伟， 陈 键

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安710065)

1 概述

风电清洁供暖为供暖期电力负荷低谷时段消纳风电提供了一个很好的途径，电蓄热锅炉也为电网提供了一种调峰手段[1-5]。

本文结合工程实例，对消纳弃风电的风电供热系统的经济性、设计进行分析。

2 工程概况

新疆阿勒泰地区某风电场总装机容量为50×104kW，项目区域内现由1台热功率为4.2 MW的燃煤热水锅炉供暖，供热面积为4.5×104m2。应环保要求，需拆除原有燃煤锅炉房，新建电锅炉房。阿勒泰市供暖期为当年10月1日至次年4月15日，供热时间为196 d。供暖热指标为58 W/m2，设计热负荷为2 610 kW。

风电场2014—2015年供暖期逐时弃风电量见图1，图1中起始时间为供暖期开始时间。阿勒泰地区典型日(出现设计热负荷的供暖日)逐时负荷见表1。在表1中，第1 h表示[0:00，1:00)，第2 h表示[1:00，2:00)，以此类推。由典型年逐时负荷，可计算得到该项目供暖期供暖耗热量为28 488.6 GJ。

表1 阿勒泰地区典型日逐时负荷

图1 风电场2014—2015年供暖期逐时弃风电量

阿勒泰地区市电网的分时电价见表2。利用弃风电量按0.496 元/(kW·h)进行补贴。

表2 阿勒泰地区市电网的分时电价

3 运行方案

3.1 运行策略

为充分利用弃风电并尽量利用谷段低价电量，笔者提出两种运行方案，运行策略分别见图2、3。每种运行方案均配合电蓄热锅炉、电值班锅炉运行。

图2 运行方案1的运行策略

① 运行方案1

在谷电时段，利用电蓄热锅炉蓄热，热负荷由电值班锅炉承担。平电时段、峰电时段的热负荷由电蓄热锅炉放热承担。

② 运行方案2

在谷电时段利用电蓄热锅炉蓄热，热负荷由电值班锅炉承担。平电时段的热负荷由电值班锅炉承担，峰电时段的热负荷由电蓄热锅炉放热承担。

3.2 电锅炉热功率

根据方案1、2的运行策略及典型日逐时负荷，可确定运行方案1、2的电蓄热锅炉、电值班锅炉额定热功率(见表3)，两种电锅炉的热效率均取0.95。由表3可知，运行方案1、2的电值班锅炉热功率相同，运行方案2电蓄热锅炉的热功率比运行方案1低。因此，运行方案2的电锅炉购置费比运行方案1低。

图3 运行方案2的运行策略

表3 运行方案1、2的电蓄热锅炉、电值班锅炉额定热功率

3.3 运行方案的经济性

根据运行方案1、2的运行策略与典型年供暖期逐时负荷分布，可分别计算得到运行方案1、2电锅炉房逐时耗电量。在计算时，设定蓄热工况下电蓄热锅炉的蓄热电功率对应电蓄热锅炉全天平均放热量(并考虑热效率)。将电锅炉房典型年逐时耗电量与图1进行比较，若某时段电锅炉房用电量小于或等于该时段弃风电量，则认为该时段电锅炉房用电为弃风电。若大于该时段弃风电量，高出部分为市电量。运行方案1、2供暖期电锅炉房耗电量见表4。峰段2个方案均不消耗弃风电和市电。

表4 运行方案1、2供暖期电锅炉房耗电量

热价按25元/GJ计算，分时电价见表2。利用的弃风电量，政府按0.496 元/(kW·h)进行补贴。电锅炉房月容量费为30 元/(kW·月)。市电费与供暖期电锅炉房容量费(月容量费与供暖月数量、电锅炉房电锅炉总设计热功率乘积)视为支出，热费与利用弃风电量得到的政府补贴视为收益。由此可计算得到运行方案1、2的供暖期支出与收益(见表5)。由表5可知，运行方案1的供暖期支出、收益分别为265.1×104、249.8×104元，运行方案2的供暖期支出、收益分别为247.7×104、232.9×104元。由以上数据可知，运行方案1、2的支出与收益均持平。由于运行方案2的电锅炉购置费比运行方案1低，因此运行方案2的经济性更优。

表5 运行方案1、2的供暖期支出与收益

4 系统流程

选用2台固体电热储能炉，其中一台为电蓄热锅炉，另一台为电值班锅炉，设计供、回水温度为95、70 ℃。电锅炉房系统流程见图4。由图4可知，通过控制阀门V1～V4的启闭及电蓄热锅炉、电值班锅炉的启停，实现各电价时段的运行方式。

图4 电锅炉房系统流程

5 结论

运行方案1、2的电值班锅炉热功率相同，运行方案2电蓄热锅炉的热功率比运行方案1低，运行方案2的电锅炉购置费比运行方案1低。运行方案1、2的供暖期支出与收益均持平。运行方案2的经济性更优。