蓄熱電鍋爐在風(fēng)電限電地區(qū)進(jìn)行調(diào)峰蓄能的可行性分析

劉慶超，張清遠(yuǎn)，許霞

(1.華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030;2.華電集團(tuán)新能源發(fā)展有限公司，北京 100044)

1 研究背景

2009年年底，蒙西電網(wǎng)風(fēng)電總裝機(jī)達(dá)到4 300 MW左右，截至2010年6月，蒙西電網(wǎng)所轄地區(qū)風(fēng)電已經(jīng)核準(zhǔn)并在建設(shè)的風(fēng)電容量達(dá)到3.5 GW左右。到2011年年底，蒙西電網(wǎng)風(fēng)電總規(guī)模將達(dá)到12.0 GW。在冬季供暖期間，內(nèi)蒙古當(dāng)?shù)仉娏π枨笥邢?。由于供暖用的汽輪機(jī)在抽氣供熱期間也要同時(shí)發(fā)電，因此，在保障供暖的同時(shí)，必須保證一定比例的發(fā)電量。在冬季午夜之后，內(nèi)蒙古電網(wǎng)最低負(fù)荷約12.3 GW，其中火電供熱機(jī)組供電12.0 GW，因此，留給風(fēng)電的余量負(fù)荷所剩無幾。

蒙西電網(wǎng)目前有2條500 kV東送華北電網(wǎng)的外輸電通道，輸送能力為4 300 MW，白天輸送量約為3900 MW，晚上約2500 MW，因此，夜晚風(fēng)電仍然受限。

在不影響供熱負(fù)荷的情況下，要提高風(fēng)電上網(wǎng)時(shí)間，目前主要有以下途徑:

(1)加大電量外送渠道。國家電網(wǎng)公司在“十二五”規(guī)劃中計(jì)劃在2013年后建設(shè)2條特高壓通道。因此，在中短期，內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電限電仍無法通過電量外送解決。

(2)蓄能技術(shù)。目前蓄能技術(shù)主要有飛輪蓄能、抽水蓄能及蓄電池等，這些方法由于成本過高或不具備建設(shè)條件而無法實(shí)施。

(3)增加夜晚用電負(fù)荷。主要有以下2項(xiàng)措施:

1)通過運(yùn)用峰谷電激勵措施，把白天用電負(fù)荷調(diào)節(jié)到夜晚，此方法在一定程度上可調(diào)節(jié)夜晚用電負(fù)荷，但執(zhí)行起來較為困難。

2)增加夜晚用電負(fù)荷。

針對內(nèi)蒙古用電負(fù)荷特點(diǎn)，本著節(jié)約能源、提高綠色能源使用比的宗旨，本文提出了蓄熱電鍋爐冬季供熱增加城市用電負(fù)荷，從而可提高風(fēng)電夜晚利用率，以起到調(diào)峰蓄能的作用。

2 蓄熱電鍋爐調(diào)峰蓄能技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析

蓄熱電鍋爐主要利用峰、谷電價(jià)價(jià)差進(jìn)行供熱，即在谷電時(shí)供熱和蓄熱，峰電時(shí)利用蓄熱的能量供熱，從而降低成本。

蓄熱電鍋爐調(diào)峰蓄能主要利用蓄熱電鍋爐夜晚供熱用電的特點(diǎn)，增加電網(wǎng)夜晚用電負(fù)荷，從而增加風(fēng)電夜晚上網(wǎng)小時(shí)數(shù)，以達(dá)到節(jié)約化石能源消耗量、減少環(huán)境污染和構(gòu)建綠色產(chǎn)業(yè)鏈之目的。

2.1 技術(shù)可行性分析

以某蓄熱電鍋爐供熱工程為例說明其技術(shù)的可行性。

(1)電鍋爐。該工程采暖系統(tǒng)選用2臺1260 kW的電熱水鍋爐用于蓄熱與供熱，每日00:00—08:00的電力低谷時(shí)段內(nèi)電鍋爐在供熱的同時(shí)蓄熱，蓄得的熱量存儲在蓄熱槽中。

(2)采暖儲熱裝置。儲熱裝置放置在室內(nèi)，共設(shè)置2個(gè)鋼制常溫蓄熱罐，每個(gè)蓄熱罐的體積為100 m3。

設(shè)計(jì)日系統(tǒng)的儲熱水溫為92℃，用熱至55℃，可利用溫差為37℃，系統(tǒng)的總蓄能(電)量為18690 kW·h。

在白天蓄熱水放熱供熱的全過程中，流經(jīng)儲熱裝置的熱水經(jīng)板式換熱器換熱且自控系統(tǒng)控制后，向末端系統(tǒng)提供60℃的熱水，滿足采暖系統(tǒng)的要求。

(3)系統(tǒng)設(shè)備配置。系統(tǒng)設(shè)備配置見表1。

表1 蓄熱采暖方案設(shè)備配置

(4)蓄熱空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行策略。結(jié)合風(fēng)電運(yùn)行情況，蓄熱空調(diào)100%設(shè)計(jì)日運(yùn)行策略如下:

1)主機(jī)制熱水同時(shí)供熱模式(00:00—08:00)。在此期間，電熱水機(jī)組在開機(jī)制熱水的同時(shí)也供熱，使得制能量達(dá)到8 680 kW·h，制得熱水儲存在儲熱裝置中。

2)主機(jī)與熱水聯(lián)合供熱模式(08:00—09:00，13:00 — 14:00，18:00 — 20:00)。在此期間，主要空調(diào)負(fù)荷還是由蓄熱水提供，不足部分由主機(jī)提供。

3)主機(jī)單獨(dú)供熱模式(09:00— 10:00，14:00—18:00，20:00— 24:00)。在此期間，空調(diào)負(fù)荷由電熱水機(jī)組單獨(dú)提供。

4)蓄熱水單獨(dú)供熱模式(10:00—13:00)。在此期間，空調(diào)負(fù)荷由蓄熱水單獨(dú)提供，以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

2.2 項(xiàng)目財(cái)務(wù)效益評價(jià)

根據(jù)目前內(nèi)蒙古西部地區(qū)實(shí)際情況，若沒有蓄熱電鍋爐調(diào)峰蓄能，風(fēng)機(jī)夜晚則會停機(jī)。若增加蓄熱電鍋爐供熱，則會增加相應(yīng)的用電負(fù)荷和供電負(fù)荷，從而可使風(fēng)電上網(wǎng)。運(yùn)用費(fèi)用效益法計(jì)算蓄熱電鍋爐供熱經(jīng)濟(jì)可行性，供熱主要成本包括蓄熱電鍋爐的一次性投入成本、用電成本和人力成本等。

主要收益為供熱收益。運(yùn)用費(fèi)用效益法對該種經(jīng)營模式下收益和費(fèi)用進(jìn)行評價(jià)。蓄熱電鍋爐建設(shè)期較短，通?？僧?dāng)年建設(shè)當(dāng)年投產(chǎn)，經(jīng)營期按10年計(jì)算，期末殘值為5%;供熱面積為35 000 m2，供熱價(jià)格為每月4元/m2;人力成本費(fèi)用為每人1 500元/月，福利系數(shù)取43%，定員為1人，供熱時(shí)間以7個(gè)月計(jì)算;電價(jià)按0.4147元/(kW·h)計(jì)算;增值稅按17%計(jì)算;城市維護(hù)建設(shè)稅稅率取5%計(jì)算，教育費(fèi)附加費(fèi)率取3%，基準(zhǔn)收益率按8%計(jì)算。

風(fēng)電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)按全年3000 h計(jì)算，風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)按0.51元/(kW·h)(含稅)計(jì)算，以晚上限電小時(shí)數(shù)為8 h計(jì)算，等效折算機(jī)組停機(jī)約為2.74h(即機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行情況下)。供熱所需電量均從電網(wǎng)獲得，且該部分電量均由風(fēng)電提供。根據(jù)計(jì)算，從當(dāng)年10月1日至次年4月30日(22:00—08:00)供熱共需電量約為5GW·h，折算到每天為0.0236GW·h，其現(xiàn)金流量計(jì)算結(jié)果見表2。

以8%基準(zhǔn)折現(xiàn)率對該項(xiàng)目凈現(xiàn)值NPV(Net Present Value)進(jìn)行測算為－1 616.15萬元，該項(xiàng)目在財(cái)務(wù)效益上不可行。

2.3 項(xiàng)目國民經(jīng)濟(jì)評價(jià)

運(yùn)用經(jīng)濟(jì)費(fèi)用效益理論，從資源配置角度對該項(xiàng)目進(jìn)行分析，評價(jià)其經(jīng)濟(jì)合理性。該項(xiàng)目的直接效益為供熱效益，由于電能是風(fēng)力所產(chǎn)生的，因此不存一次能源成本，其主要成本包括蓄熱電鍋爐的一次性投入成本、供電所需成本(按照0.1元/(kW·h)計(jì)算，輸配電損耗按照7%計(jì)算)和供熱人力成本等，其經(jīng)濟(jì)費(fèi)用效益流量計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 現(xiàn)金流量 萬元

根據(jù)以上測算，該項(xiàng)目凈現(xiàn)值(NPV)為161.98萬元，內(nèi)部收益率IRR(Internal Rate of Return)為47%。表明項(xiàng)目資源配置的經(jīng)濟(jì)效率達(dá)到了可接受的水平。

2.4 風(fēng)電場投資蓄熱供暖整體效益分析

若風(fēng)電場投資蓄熱電鍋爐供暖企業(yè)，其經(jīng)濟(jì)效益分析如下:

(1)主要成本包括蓄熱電鍋爐的一次性投入成本、用電成本、人力成本和風(fēng)電場生產(chǎn)電能成本等。

(2)主要收益包括供熱收益和因限電損失且供熱提高負(fù)荷而得到的供電收益，其經(jīng)濟(jì)費(fèi)用效益流量計(jì)算結(jié)果見表4。

以8%的基準(zhǔn)折現(xiàn)率對項(xiàng)目NPV進(jìn)行測算為－14.83萬元。計(jì)算項(xiàng)目全部投資內(nèi)部收益率為4.9%。在風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)提高到0.5166元/(kW·h)時(shí)，以8%的基準(zhǔn)折現(xiàn)率對項(xiàng)目NPV進(jìn)行測算為0萬元，該項(xiàng)目全部投資內(nèi)部收益率達(dá)到8%，該項(xiàng)目具有可行性。當(dāng)供熱投資降低到126萬元時(shí)，以8%基準(zhǔn)折現(xiàn)率對項(xiàng)目NPV進(jìn)行測算為0萬元，項(xiàng)目全部投資內(nèi)部收益率達(dá)到8%，該項(xiàng)目具有可行性。另外，隨著小區(qū)供暖規(guī)模的上升，單位面積投資會下降，因此效益會更加明顯。

表3 經(jīng)濟(jì)費(fèi)用效益現(xiàn)金流量 萬元

表4 供電收益現(xiàn)金流量 萬元

3 結(jié)論

(1)蓄熱電鍋爐是目前解決內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電冬季夜晚限電的一種方法，它可起到節(jié)能降耗的作用。雖然其盈利能力較弱，但其國民經(jīng)濟(jì)效益較好，而且隨著規(guī)模的增大，其效益會逐漸增加。

(2)為了提高該項(xiàng)目的盈利能力，建議降低供熱稅收，同時(shí)實(shí)行峰谷電價(jià)，以提高項(xiàng)目的盈利能力。

(3)建議風(fēng)電企業(yè)、電網(wǎng)及當(dāng)?shù)毓崞髽I(yè)共同投資電鍋爐蓄熱供暖項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)合理的利益分配與共享，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

［1］內(nèi)蒙古電力行業(yè)協(xié)會.內(nèi)蒙古境域內(nèi)風(fēng)力發(fā)電企業(yè)和部分電網(wǎng)企業(yè)研究報(bào)告［R］.呼和浩特:內(nèi)蒙古電力行業(yè)協(xié)會，2010.

［2］肖明東，余莉，滕力.電鍋爐蓄熱技術(shù)在某供暖工程中的應(yīng)用［J］.暖通空調(diào)，2004，34(1):65 －66.

［3］楊慶蔚，王曉濤，羅國三.建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法與參數(shù)［M］.北京:中國計(jì)劃出版社，2006.