互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)在三北地區(qū)的適用性分析

程鵬月 陳守杰

摘要：互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)是利用低谷風(fēng)電代替部分燃?xì)夤┡?，達(dá)到節(jié)約資源和降低運(yùn)行費(fèi)用的目的，是清潔取暖背景下的創(chuàng)新供熱模式。本文以互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)為分析對象，與電鍋爐直供系統(tǒng)和燃?xì)夤┡到y(tǒng)對比，分別進(jìn)行了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、一次能源消耗量的分析，通過01評分法綜合分析并證明了互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)在風(fēng)電充足的三北地區(qū)具有較強(qiáng)的適用性。

Abstract： Complementary wind power heating system is an innovative heating mode under the background of clean heating， which uses low-valley wind power instead of partial gas heating to save resources and reduce operating costs. In this paper， the complementary wind power heating system is taken as the analysis object， and compared with the direct heating system of electric boiler and the gas heating system， the technical， economic and energy analysis is carried out respectively. Through the comprehensive analysis of 01 score method， it is proved that the complementary wind power heating system has strong applicability in the three north areas where there is sufficient wind power.

關(guān)鍵詞：互補(bǔ)型風(fēng)電供暖;適用性;01評分法

Key words： complementary wind power heating;applicability;01 scoring method

中圖分類號：TU832? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0072-03

0? 引言

目前，清潔取暖成為了“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)，因此國家推進(jìn)供熱體制改革，鼓勵創(chuàng)新供熱模式，加大可再生能源利用率。路燕[1]認(rèn)為，在利用清潔能源供熱時，要結(jié)合自身實(shí)際情況，利用其它供熱方式作為補(bǔ)充，因地制宜，協(xié)調(diào)發(fā)展。聶海寧等[2]認(rèn)為如何綜合利用多種可再生能源實(shí)現(xiàn)清潔供熱，需要更多技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐。邱國棟等[3]對太陽能、空氣源熱泵、太陽能輔助空氣源熱泵三種供暖系統(tǒng)進(jìn)行了太陽能豐富的寒冷地區(qū)的適用性分析，得出結(jié)論是太陽能輔助空氣源熱泵節(jié)能性最好，空氣源熱泵的經(jīng)濟(jì)性最好。王怡[4]對不同供暖形式的燃?xì)忮仩t進(jìn)行了適用性分析，指出要合理選擇供暖系統(tǒng)形式，發(fā)揮燃?xì)忮仩t優(yōu)勢，降低初投資和運(yùn)行成本。覃露才等[5]提出應(yīng)加強(qiáng)供暖規(guī)劃與電力規(guī)劃、燃?xì)庖?guī)劃的銜接，以保障供熱的可靠性。王志剛[6]認(rèn)為構(gòu)建出時效性較高的天然氣供熱安全保障體系，包括供熱能源結(jié)構(gòu)、燃?xì)庀到y(tǒng)改造等。王惠等[7]進(jìn)行了華北地區(qū)農(nóng)村清潔供暖方式研究，發(fā)現(xiàn)燃?xì)夤┡芫W(wǎng)建設(shè)難度大，僅適用于已建成燃?xì)夤芫W(wǎng)的地區(qū)。京津冀農(nóng)村在用天然氣供暖時初投資不大，但是后期使用成本高，且面臨天然氣的資源短缺及使用電力的不經(jīng)濟(jì)問題，應(yīng)該鼓勵結(jié)合實(shí)際情況，使用不同的多能互補(bǔ)供熱采暖模式[8]。

本文所述的互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)是利用低谷風(fēng)電供熱以及蓄熱，來代替部分燃?xì)夤?，不僅由于谷電價低節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用，還優(yōu)化了熱力資源、電力資源、天然氣資源之間的能源結(jié)構(gòu)。

1? 適用性分析概述

1.1 適用性分析技術(shù)路線

本文首先以供熱需求大的張家口市為三北地區(qū)的典型代表，需要穩(wěn)定供熱的某學(xué)校為例，將互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)與其他兩種供暖系統(tǒng)——電鍋爐直接供暖系統(tǒng)和燃?xì)夤┡到y(tǒng)進(jìn)行對比，通過01評分法對技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、一次能源消耗量三個因素綜合分析，得出互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)的適用性。

1.2 適用性分析對象

本文以張家口市某學(xué)校為例，將互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)與電鍋爐直供系統(tǒng)和燃?xì)夤┡到y(tǒng)進(jìn)行比較。該學(xué)校的供暖面積約為27萬平方米，教學(xué)樓、圖書館、學(xué)生宿舍等建筑熱負(fù)荷特性均有差異。熱源為兩臺7MW的燃?xì)忮仩t、一臺16MW電鍋爐機(jī)組、一個12m×12m×6m的蓄熱水箱，散熱設(shè)備均為鑄鐵型散熱器。

2? 適用性因素分析

2.1 技術(shù)分析

通過對學(xué)?；パa(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)在整個供暖期的運(yùn)行性能測試，根據(jù)運(yùn)行情況和實(shí)測數(shù)據(jù)記錄，綜合評定了該系統(tǒng)在冬季運(yùn)行性能的穩(wěn)定性。

2.1.1 用熱效果分析

在整個供暖期，通過分時分區(qū)對不同類型建筑物室內(nèi)間溫度的控制觀察，各個房間內(nèi)溫度均保持在設(shè)計溫度左右，極少數(shù)出現(xiàn)室內(nèi)溫度達(dá)不到設(shè)計要求的情況。系統(tǒng)的供熱量與熱負(fù)荷相一致，實(shí)現(xiàn)了分時、分溫、分區(qū)、按需供熱[9]。

2.1.2 管網(wǎng)性能分析

在整個試驗運(yùn)行時間段內(nèi)，經(jīng)過實(shí)驗測試，得到實(shí)際流量與要求流量之間一直在一定范圍內(nèi)保持一致性，未出現(xiàn)水力失調(diào)現(xiàn)象，設(shè)備匹配性良好。鍋爐運(yùn)行效率一直保持在中高水平，鍋爐與其進(jìn)出口管道上的閥門等裝置配合良好。單體建筑間也未出現(xiàn)水平的水力失調(diào)現(xiàn)象，各個管路上的循環(huán)水泵、節(jié)流裝置等選型安裝科學(xué)合理，符合實(shí)際情況。

2.1.3 調(diào)控性能分析

通過對風(fēng)電供暖系統(tǒng)的的運(yùn)行控制，在整個實(shí)驗階段內(nèi)系統(tǒng)的操控簡便，有序運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)可以實(shí)時反映系統(tǒng)運(yùn)行狀況，能夠按照室外氣象條件的變化，實(shí)時調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷大小。

2.2 經(jīng)濟(jì)分析

供熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用是進(jìn)行供熱系統(tǒng)設(shè)計時考慮的一個重要因素，達(dá)到人們對室內(nèi)環(huán)境的需求前提下，更少的運(yùn)行費(fèi)用更具有競爭力和適用性。

2.2.1 運(yùn)行費(fèi)用計算

供熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用可用下式計算：

此學(xué)校為張家口地區(qū)參與四方機(jī)制的電采暖用戶，協(xié)議谷電電價為0.14元/kW·h，峰電電價為0.23元/kW·h。張家口天然氣均價為3.81元/m3，自來水為5.4元/m3。運(yùn)用上式并通過測試驗證，計算出的互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用為566.32萬元。往年采用天然氣供暖系統(tǒng)時，其中和采暖期平均溫度相近的年份，采暖期運(yùn)行費(fèi)用為700.05萬元。在該學(xué)校，相同的采暖面積，若采用相同的供暖系統(tǒng)，若選用電鍋爐直供，運(yùn)用上式計算出來的年運(yùn)行費(fèi)用為921.48萬元。

2.2.2 運(yùn)行費(fèi)用對比分析

現(xiàn)在，將三種供熱方案的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行比較。

方案A：互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)

方案B：天然氣供暖系統(tǒng)

方案C：電鍋爐直接供暖系統(tǒng)

本文以風(fēng)電供暖系統(tǒng)為分析對象，故以風(fēng)電供熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用作為一個基準(zhǔn)，以分析風(fēng)電供暖系統(tǒng)相對于其他兩個常用的供暖系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)約率。其中運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約率的計算方法如下，計算結(jié)果如圖1所示。

A方案運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約率c=（其他供熱系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用-A方案運(yùn)行費(fèi)用）/其他供熱系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用

在整個供暖期，電鍋爐直接供暖系統(tǒng)雖然采用智能控制，溫控器溫度控制也比較精確，但是在供暖期內(nèi)，由于電鍋爐全天運(yùn)行，耗電量很大，所以運(yùn)行費(fèi)用相對較高?；パa(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)充分利用低谷電能，供熱電鍋爐和水箱蓄熱均在低谷時段運(yùn)行，利用峰谷電價差來節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

2.3 能耗分析

我國資源日近匱乏，發(fā)展節(jié)能技術(shù)減少對能源的消耗是時代對研究者的要求，各供暖系統(tǒng)能耗占整個建筑能耗的比例也越來越大，因此從一次能源消耗量的角度更能簡單直觀的成為供暖系統(tǒng)選擇的重要參考因素之一。

2.3.1 一次能源消耗量計算

為了方便同類比較，將三種方案各類能源消耗轉(zhuǎn)換為同一標(biāo)準(zhǔn)能源消耗量。按照我國綜合能耗通用計算通則，1kg標(biāo)準(zhǔn)煤的低位發(fā)熱量約為29307kJ/kg（7000kcal）。其他品質(zhì)能源轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)煤的折算系數(shù)如表1所示[10]。

一次能源消耗量按公式計算：

2.3.2 一次能源消耗量對比分析

以研究對象方案A為基準(zhǔn)的一次能源消耗節(jié)約率結(jié)果如圖2所示。在整個供暖期內(nèi)，互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)相比方案B和方案C的一次能源節(jié)約率依次為0.9728%、-1.0214%。在整個供暖季，電鍋爐直供系統(tǒng)的一次能源消耗量最大，其次是天然氣供熱系統(tǒng)，而風(fēng)電供暖系統(tǒng)一次能源消耗量最小，一次能源消耗量依次為B>A>C。

由于電是高品位能源，所以電鍋爐直供系統(tǒng)相比其他兩種系統(tǒng)一次能源消耗量稍低，天然氣供熱系統(tǒng)的一次能源消耗量最高，由于風(fēng)電供暖系統(tǒng)采用風(fēng)電天然氣互補(bǔ)型供熱系統(tǒng)，所以一次能源利用率處于其他兩種方案之間。

3? 多因素綜合分析

本文利用01評分法對風(fēng)電供暖系統(tǒng)、電鍋爐直接供暖系統(tǒng)和天然氣供暖系統(tǒng)三種方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和能耗三個因素來進(jìn)行比較，得出適用性最強(qiáng)的供暖系統(tǒng)。

3.1 01評分法

01評分法首先把各個對比因素排列成矩陣，再按各因素的重要程度，一對一地比較，重要的得1分，不重要的得0分;然后，把各因素的得分累計起來，為防止因素得分為零的情況發(fā)生，用各加1分的方法予以修正;最后用修正得分除以總修正得分即為各因素的重要程度指數(shù)[11]。

因素指數(shù)=某因素修正得分/全部因素修正得分合計

3.2 各因素權(quán)重分析

在技術(shù)方面，根據(jù)以上分析結(jié)果，A方案的風(fēng)電供暖系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行控制策略設(shè)計合理，供熱效率保持在較高水平，相比較于B方案的天然氣供暖系統(tǒng)重要得1分。由于C方案的電鍋爐直接供暖系統(tǒng)全部使用電力供熱，可以采用智能控制，溫控器溫度控制也比較精確，所以C方案相比于B方案重要得1分。比較結(jié)果如表3所示。

同理，根據(jù)以上分析，經(jīng)濟(jì)因素比較結(jié)果如表4所示。

在一次能源消耗量方面，比較結(jié)果如表5所示。

3.3 目標(biāo)層因素權(quán)重綜合分析

根據(jù)以上方法以及分析，分別對目標(biāo)層各個因素進(jìn)行對比，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、一次能源消耗量三個因素相比較。一般情況下，供熱系統(tǒng)環(huán)境友好，運(yùn)行費(fèi)用較低，具有較強(qiáng)的適用性，所以技術(shù)因素相比于其他兩種因素不重要得0分。在上述分析中，由于一次能源節(jié)約率相差不大，所以經(jīng)濟(jì)因素相對來說比較重要得1分。目標(biāo)層比較結(jié)果見表6。

通過以上分析，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、能耗三個因素對比，經(jīng)濟(jì)因素最為重要。而方案A在經(jīng)濟(jì)因素對比中相較于方案B和方案C最有優(yōu)勢。所以經(jīng)過以上計算可得出，方案A權(quán)重為0.417最大，相比較于方案B和方案C有較強(qiáng)的適用性。

4? 結(jié)論

利用01評分法對供熱系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、能耗因素綜合分析，可得到以下結(jié)論：

①在風(fēng)電充足的三北地區(qū)，互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)相比較于天然氣供暖系統(tǒng)和電鍋爐直供系統(tǒng)有較強(qiáng)的適用性。

②三種供熱方式均采用清潔能源，能耗影響相比較于其他兩種對比因素不是最大。但是單從一次能源消耗量來看，互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)一次能源消耗量高于電鍋爐直供系統(tǒng)，因此建議互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)盡可能增加風(fēng)谷電蓄熱量，以減小白天天然氣供熱量，減小一次能源消耗量。互補(bǔ)型風(fēng)電供暖系統(tǒng)在控制系統(tǒng)上較電鍋爐直供系統(tǒng)稍有劣勢，因此應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行策略研究，提高智能控制技術(shù)。

③互補(bǔ)型風(fēng)電供熱系統(tǒng)使用廉價的低谷電供熱及蓄熱，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的削峰填谷，平衡國家電網(wǎng)安全運(yùn)行，提高發(fā)變配電設(shè)備的使用率。這樣既可以大幅度降低電力負(fù)荷，提高電力使用的效率，又能節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。

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