張家口市風(fēng)電電能本地消納的研究
——以河北建筑工程學(xué)院風(fēng)電供暖示范工程為例

劉建臣 杜春梅 董灝霞 李亞亞

(河北建筑工程學(xué)院,河北 張家口，075000)

張家口市風(fēng)電電能本地消納的研究
——以河北建筑工程學(xué)院風(fēng)電供暖示范工程為例

劉建臣 杜春梅 董灝霞 李亞亞

(河北建筑工程學(xué)院,河北 張家口，075000)

研究探討了張家口地區(qū)風(fēng)電本地消納的模式，可行性，以及應(yīng)采取的相關(guān)技術(shù)和對(duì)策.并以河北建筑工程學(xué)院風(fēng)電供暖示范工程為例介紹了風(fēng)電電能本地消納的應(yīng)用.利用儲(chǔ)熱和儲(chǔ)能進(jìn)行持續(xù)供暖，合理協(xié)調(diào)風(fēng)電、輸電和用電三方利益.

風(fēng)電；本地消納；供暖；儲(chǔ)能；儲(chǔ)熱

1 研究背景及意義

我國(guó)有豐富的風(fēng)能資源，風(fēng)能總儲(chǔ)量大32億千瓦.在上個(gè)世紀(jì)五十年代，我國(guó)引進(jìn)風(fēng)電技術(shù).在經(jīng)歷了早期示范、探索、發(fā)展與大規(guī)模發(fā)展四個(gè)階段后，風(fēng)電行業(yè)規(guī)模迅速增大.風(fēng)電是除水電以外，目前技術(shù)最成熟、建設(shè)成本最低，也是在未來(lái)最具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的綠色能源，因而逐漸受到重視.

2 棄風(fēng)現(xiàn)象的產(chǎn)生

伴隨著風(fēng)力發(fā)電建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電窩電的輻射范圍和嚴(yán)重程度也隨之加大，但是由于本地消納風(fēng)電的能力不足，并且外送通道不暢，導(dǎo)致棄風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生在我國(guó)，風(fēng)資源與用電需求存在時(shí)間和地域的不協(xié)調(diào)性，在時(shí)間上：冬季和春季風(fēng)資源豐富，但用電需求少，消耗不了那么多的電，在地域上：我國(guó)的風(fēng)電大負(fù)荷卻不是在風(fēng)資源好的地方，電網(wǎng)尚未完善，輸送困難，導(dǎo)致該地區(qū)的風(fēng)場(chǎng)常常被限電.

中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)名譽(yù)主任施鵬飛指出，解決“棄風(fēng)限電”問(wèn)題有兩條途徑：一是進(jìn)一步完善跨區(qū)輸電通道，將更多風(fēng)電從我國(guó)北部和西部輸送到東部電力負(fù)荷中心，在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)風(fēng)電進(jìn)行優(yōu)化配置；二是在風(fēng)電產(chǎn)地建立風(fēng)電供熱示范項(xiàng)目，在冬春風(fēng)電生產(chǎn)旺季將可能放棄的風(fēng)電利用起來(lái)，為帶有儲(chǔ)熱裝置的電力供暖系統(tǒng)供電，實(shí)現(xiàn)就地消納.京津唐電網(wǎng)目前消納風(fēng)電能力已經(jīng)飽和，張家口市風(fēng)電發(fā)展有無(wú)法高集中開(kāi)發(fā)和遠(yuǎn)距離、高電壓輸送的問(wèn)題，風(fēng)電輸送到其它電網(wǎng)的問(wèn)題近期難以解決，由此造成的大量的棄風(fēng)和限電.風(fēng)電供熱項(xiàng)目可解決風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)現(xiàn)象,風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)問(wèn)題并不是由于發(fā)電比例過(guò)大，而是無(wú)法消納太多的風(fēng)電.有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，風(fēng)電供暖是目前新探索出來(lái)解決風(fēng)電消納的有效途徑之一，市場(chǎng)化將是其可行與必行的趨勢(shì).本文以河北建筑工程學(xué)院風(fēng)電供暖示范項(xiàng)目為例，研究探討張家口地區(qū)風(fēng)電本地消納的模式，可行性，以及應(yīng)采取的相關(guān)技術(shù)和對(duì)策.通過(guò)風(fēng)電供暖將無(wú)法消納的電量利用起來(lái)，將電量利用率最大化從而解決風(fēng)電本地消納問(wèn)題.

3 張家口地區(qū)風(fēng)電供暖的優(yōu)勢(shì)及可行性分析

張家口地區(qū)風(fēng)能資源豐富，特別是在供暖時(shí)區(qū)風(fēng)電的發(fā)電量大，隨著風(fēng)電開(kāi)發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，風(fēng)電取代燃煤熱電具有重大意義.棄風(fēng)限電使用礦物燃料，一方面浪費(fèi)了寶貴的清潔能源，另一方面大量的燃煤供熱造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，導(dǎo)致京津冀地區(qū)的空氣質(zhì)量不斷惡化.因此推廣風(fēng)電供暖不僅解決棄風(fēng)問(wèn)題，而且對(duì)改善京津冀大氣環(huán)境具有重要意義.同時(shí)可以大大減少系統(tǒng)調(diào)峰的壓力，減少蓄電池組項(xiàng)目運(yùn)行壓力.

3.1 非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)改造

風(fēng)電供暖對(duì)供暖系統(tǒng)的改造重點(diǎn)是將原有中的燃煤鍋爐更換成電鍋爐，這方面的改造經(jīng)濟(jì)可行，且易于實(shí)現(xiàn).其次是風(fēng)電并網(wǎng)改造問(wèn)題，這在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都有一定難度.針對(duì)風(fēng)電供暖系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量要求相對(duì)不高及風(fēng)能的隨機(jī)性等特點(diǎn)，研究風(fēng)電供暖系統(tǒng)的難點(diǎn)問(wèn)題，并提出對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的一些改造方案，使風(fēng)電系統(tǒng)能夠與供暖系統(tǒng)結(jié)合程度更佳，從而進(jìn)一步提高風(fēng)能利用率.

3.2 張家口地區(qū)供暖體系現(xiàn)狀

張家口地區(qū)冬季供暖目前由各個(gè)供熱公司、小鍋爐等分散式經(jīng)營(yíng)，也就是說(shuō)每個(gè)都是一個(gè)獨(dú)立的微網(wǎng)體系.而且目前絕大部分都是采用燃煤供暖，造成了周邊地區(qū)的環(huán)境惡化，對(duì)京津冀大氣環(huán)境造成一定影響.

風(fēng)電供暖是解決能源浪費(fèi)及環(huán)境污染的一個(gè)根本途徑，但是風(fēng)電供暖的大規(guī)模推廣面臨很多難題，解決這些難題，一方面需要政府出臺(tái)相關(guān)政策，大力推動(dòng)風(fēng)電供暖，另一方面需要逐漸建立小規(guī)模的試點(diǎn)工程，逐漸推動(dòng)風(fēng)電供暖.

4 河北建筑工程學(xué)院風(fēng)電供暖實(shí)施方案

風(fēng)電供暖體系應(yīng)該優(yōu)先考慮混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，風(fēng)電并網(wǎng)或者制熱系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)合本地區(qū)風(fēng)力白天小、夜間大的特點(diǎn)，得出白天利用太陽(yáng)能以補(bǔ)償風(fēng)能，以期更好的實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的穩(wěn)定性.

4.1 供熱地點(diǎn)概述

河北建筑工程學(xué)院地處張家口市，經(jīng)前期論證和省發(fā)改委批復(fù)，作為風(fēng)電供暖的示范單位.河北建筑工程學(xué)院地質(zhì)條件較好，無(wú)不良地質(zhì)作用與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，地基穩(wěn)定.其占地面積59.94萬(wàn)m2，總建筑面積39.29萬(wàn)m2，容積率為0.57%，綠地率為43.3%.河北建筑工程學(xué)院現(xiàn)在是自己燒鍋爐供暖.所以可在原有的建設(shè)上對(duì)其改造.2015年三期項(xiàng)目完成后，建筑面積將達(dá)到39.29萬(wàn)m2.

張家口冬天來(lái)得早，冬天很冷，所以11月1日就開(kāi)始供暖，每年河北建筑工程學(xué)院供熱天數(shù)150天，3600小時(shí)，室外采暖計(jì)算溫度-12 ℃.

4.2 熱負(fù)荷的確定

河北建筑工程學(xué)院截至目前3期工程的建筑物，每一期的不同建筑物的綜合熱指標(biāo)也不同.綜合各個(gè)建筑物的采暖熱指標(biāo)根據(jù)城鎮(zhèn)供熱網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范(CJJ34-2010)要求，熱源、熱網(wǎng)及相關(guān)設(shè)備將根據(jù)最冷月負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì).

計(jì)算出來(lái)供熱綜合面積熱指標(biāo)為q為53.669 W/m2.

根據(jù)采暖的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷計(jì)算公式:Q=q·F

其中：q-采暖熱指標(biāo)：53.669 W/m2F-集中供熱面積：39.29萬(wàn)m2

經(jīng)計(jì)算采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷Qmax=21.09 MW.

所以可以根據(jù)不同建筑物的使用時(shí)間進(jìn)行供熱調(diào)節(jié)，起到節(jié)能作用.因?yàn)闀r(shí)段有區(qū)別，熱負(fù)荷特性在空間和時(shí)間上都有差異，既有較大的節(jié)能空間，又有其調(diào)節(jié)上的復(fù)雜性.校區(qū)有些建筑物晚上無(wú)人，可按值班考慮，學(xué)生公寓白天人也不多，放假可降低能耗.全校最大運(yùn)行熱負(fù)荷為10.93 MW，出現(xiàn)時(shí)間為一月份，工作時(shí)間段6：00-8:00.由于供熱管存在水力失調(diào)等因素，通過(guò)調(diào)研和分析確定15%的負(fù)荷余量系數(shù)，即上述學(xué)校熱負(fù)荷需要乘以1.15的系數(shù).

學(xué)校最大熱負(fù)荷Qmax=10.93×1.15=12.57 MW.

寒假期間.校內(nèi)的各個(gè)建筑物處于值班狀態(tài).采暖室外計(jì)算溫度為-12 ℃，室內(nèi)計(jì)算溫度為5 ℃.假期為40天，所以通過(guò)計(jì)算可知寒假熱負(fù)荷為6.68 MW.

4.3 供熱年耗熱量計(jì)算

非寒假期間室內(nèi)計(jì)算溫度為18 ℃，則：

根據(jù)計(jì)算非寒假期間Q=9.0504MW,則非寒假期間11天能耗=0.0864×9.0504×110×1000=86015GJ

寒假40天計(jì)算能耗=0.0864×6.68×(18+3.6)÷(18+12)×40×1000=16621.97GJ

所以，學(xué)校年計(jì)算耗熱量為102636.98GJ.

4.4 用電量估算

本項(xiàng)目風(fēng)電供暖年采暖耗熱量為102636.98GJ，電鍋爐的功率為13MW，單臺(tái)熱效率為98%，一次網(wǎng)及蓄熱水箱的熱損失系數(shù)取3%(即利用率為97%)，則電鍋爐的年耗電量為：

102636.98÷97%÷98%×100÷3600=2999.19萬(wàn)千瓦·時(shí)，本項(xiàng)目供熱系統(tǒng)還有其他設(shè)備耗電量大約為107.13萬(wàn)千瓦·時(shí).由以上數(shù)據(jù)計(jì)算可知本供暖系統(tǒng)的年耗。

4.5 效益分析

本項(xiàng)目確定計(jì)算期17年，建成需要2年，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期15年.本項(xiàng)目實(shí)施后，成本費(fèi)主要包括燃料費(fèi)、電費(fèi)、水費(fèi)、工資及福利、固定資產(chǎn)折舊費(fèi).折舊費(fèi)依據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》(第三版)規(guī)定的平均綜合基本折舊費(fèi)(基本國(guó)產(chǎn))6.3%，此項(xiàng)目總投資7259.94萬(wàn)元，則折舊費(fèi)為457.38萬(wàn)元，日常維修及大修費(fèi)占總投資的4%，日常維修及大修為290.40萬(wàn)元，其它費(fèi)用率4%，則為290.40萬(wàn)元.

項(xiàng)目運(yùn)行后，晚上供暖8個(gè)小時(shí)，同時(shí)還需儲(chǔ)蓄非低谷電時(shí)段的16個(gè)小時(shí)的耗熱量，學(xué)校所需電功率為3.771萬(wàn)千瓦.參與風(fēng)電供熱電量為2999.19萬(wàn)千瓦·時(shí)，電價(jià)取0.3117元/千瓦·時(shí)(雙蓄電價(jià))，每年的電費(fèi)為2999.19×0.3117=934.85萬(wàn)元.非低谷電時(shí)段，電鍋爐及鍋爐房其他設(shè)備年耗電量為107.94萬(wàn)千瓦·時(shí)，電價(jià)0.7433元/千瓦·時(shí)(平段電價(jià))，每年電費(fèi)=107.94×0.7433=80.23萬(wàn)元.則每年的電費(fèi)總計(jì)為934.85+80.23=1015.08萬(wàn)元.

本項(xiàng)目供熱系統(tǒng)的耗水可分為生活用自來(lái)水和系統(tǒng)補(bǔ)水兩部分.本項(xiàng)目供熱面積39.29萬(wàn)平米，總注水量392.9t.采暖系統(tǒng)二次網(wǎng)的循環(huán)水量為400m3/h，補(bǔ)水量按循環(huán)水量的1%計(jì).軟化水量=400×0.01=4m3/h.蓄熱水箱的最大蓄水量為4 000m3.年消耗軟化水=(4000+392.9+4×3600)÷10000=1.88萬(wàn)t.所以每年的水費(fèi)為1.88×0.5=0.94萬(wàn)元.

本項(xiàng)目需要配備6名工作人員.其中包括管理人員3名，技術(shù)人員3名.技術(shù)員年均工資取18000元/人，管理員年均工資取19200元/人.每年工資及福利費(fèi)約12.72萬(wàn)元.

風(fēng)電場(chǎng)效益分析：參與風(fēng)電供熱電量為2999.19萬(wàn)千瓦·時(shí)，風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)為0.52元/千瓦·時(shí)，根據(jù)張家口2015年剛出臺(tái)的采暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，如果按面積計(jì)算，非居民供熱銷(xiāo)售價(jià)格為9.8元/m2·月(按建筑面積×75%計(jì)費(fèi))，則風(fēng)電供熱收入為2999.19×0.52+39.29×9.8×5×75%=3003.49萬(wàn)元.

多余的風(fēng)足夠支撐張家口全市每年供熱所需的電量.這樣供熱公司也可以盈利，也降低了煤的使用量.項(xiàng)目一旦投產(chǎn)使用可以減少資源浪費(fèi)，尤其可以改變河北建筑工程學(xué)院的辦公及生活學(xué)習(xí)條件.

5 結(jié)束語(yǔ)

張家口的風(fēng)資源豐富，風(fēng)電供暖項(xiàng)目是解決“棄風(fēng)限電”現(xiàn)象的一個(gè)非常有效的途徑，如果全國(guó)性的推廣，那么風(fēng)資源浪費(fèi)的現(xiàn)象將會(huì)大大減少，對(duì)全國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都會(huì)起到推動(dòng)作用.風(fēng)電供暖替代了傳統(tǒng)供暖模式，也能帶動(dòng)科技發(fā)展.且本項(xiàng)目改造所使用的能源均為清潔能源，不會(huì)排出如二氧化硫、二氧化碳等有害氣體，無(wú)黑煙、灰塵，沒(méi)有廢物需要處理，無(wú)噪聲、無(wú)污染，從環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看，最為優(yōu)越.符合環(huán)境保護(hù)的相關(guān)要求.

本項(xiàng)目建成后，改用清潔能源和可再生能源，可以提高能源利用效率，減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排目標(biāo).并且使用清潔能源，減少了污染物排放，可以助推京津冀經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展進(jìn)程，真正達(dá)到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三效益的高度統(tǒng)一.

Research on Local Heating Consumption of Wind Power Energy in Zhangjiakou City

LIUJian-chen，DUChun-mei，DONGHao-xia，LIYa-ya

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou,Hebei，075000，China)

In this paper, local consumptive pattern,feasibility,and related techniques and adopted countermeasures of wind power in Zhangjiakou area are first explored.Then,taking the wind power heating demonstrated project in Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering as an example,the application of local wind power consumption is introduced.The use of heat storage and energy storage for continuous heating can reasonably coordinated the interests among wind power, power transmission and electricity.

wind power;local consumption;heating;energy storage;heat storage

2016-08-20

河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目資助(ZD20131101)

劉建臣(1957-)，男，教授.

TM 7

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