利用棄風、棄光電量進行電鍋爐供熱的研究

王 寧

(寧夏電投熱力有限公司，寧夏 銀川 750002)

0 引言

隨著新能源大規(guī)模開發(fā)，新能源消納問題逐漸突出。在保證太陽能及風電可靠并網(wǎng)發(fā)電，以及電網(wǎng)能夠維持安全穩(wěn)定運行的前提下，不同的網(wǎng)架強弱程度、不同的電源構成以及不同的負荷水平，電網(wǎng)消納新能源發(fā)電的能力也將有所不同。為了綜合協(xié)調電網(wǎng)電源資源，合理安排新能源的發(fā)展規(guī)模和建設時序，保障新能源發(fā)電的科學發(fā)展和有效利用，本文基于電網(wǎng)光伏風電消納能力，并根據(jù)風電發(fā)電特性、光伏發(fā)電特性及風光互補特性，提出一種探索電網(wǎng)新能源消納能力最大的方法，為后續(xù)新能源并網(wǎng)提出指導性意見，避免大量的棄風、棄光現(xiàn)象發(fā)生。

將棄風、棄光電量加以科學化運用，為電鍋爐進行供熱是一個優(yōu)良的舉措，從能源節(jié)約以及環(huán)境保護層面來說發(fā)揮著比較重要的作用，對促進當?shù)氐慕?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展也能起到良好的作用。

1 發(fā)展電鍋爐清潔供熱的背景

隨著我國的經(jīng)濟水平進一步發(fā)展，對電力的需求量也進一步增加，為能從整體上提高電力能源的應用質量，需要在發(fā)展當中融入更多創(chuàng)新的觀念，保障各項管理工作的良好推進。我國在電力能源的供應方面存在著剩余的情況，這必然會造成能源的大量浪費，從實際的情況來看，2016年全年平均棄風率達17%，棄光率達10%，資源嚴重浪費。與此同時，煤電項目仍有上馬，霧霾天氣得不到明顯改善，環(huán)境壓力成為政府心頭病。在此背景下，國家開始大力倡導煤改電、油改電等電力清潔能源消費新模式，并在部分地區(qū)成功試行電采暖的新的供熱方式，幫助消納過剩電力，促進環(huán)境改善。

1.1 電力行業(yè)現(xiàn)狀

西北某省區(qū)風、光資源比較充足，根據(jù)實際的調查發(fā)現(xiàn)，2019年底該地區(qū)的發(fā)電總裝機已經(jīng)能夠達到4 938萬kW，而對于新能源的總裝機規(guī)模也有比較大的規(guī)模，達到了2 034.2萬kW；風電以及光伏裝機也有比較大的進步。面對新的市場發(fā)展環(huán)境，電力行業(yè)要注重創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)高耗能的發(fā)展模式，從節(jié)約和環(huán)保的角度進行優(yōu)化，才能真正有助于各項工作的順利開展。

1.2 高效益下的電采暖

在實際生活中，人們對于電力的需求比較大，通過棄風、棄光電量的高效運用，減少資源的浪費，這對節(jié)約環(huán)保目標的實現(xiàn)有著積極意義。棄風、棄光的問題在當前電能運用方面比較突出，通過新能源棄風、棄光電量供暖就成為電采暖企業(yè)以及新能源企業(yè)都能獲得效益的發(fā)展模式，通過電鍋爐以及電氣化的改造，能夠有助于對傳統(tǒng)高耗能的采暖方式進行替代，從而從多方面發(fā)揮其效益。

1.3 高效落實清潔化的取暖工作

當前北方地區(qū)已經(jīng)有很多人享受到電采暖帶來的便利。從實際工作開展的來看，清潔取暖的規(guī)劃工作開展是保障安全取暖的重要基礎要求：要注重構建工作推進機制，對于清潔取暖的方式要明確化，能夠按照宜氣則氣、宜電則電要求，選擇科學性供暖模式，并構建資金獎補的機制，順利推進清潔供暖的各項工作；要明確工作目標，將責任落實到位。在這一方面，一些地區(qū)已經(jīng)取得較為顯著的成效：如在甘肅瓜州以及金昌等地進行構建的電采暖；吉林公司通過棄風電量的運用建造了全球最大的取暖電鍋爐等。

2 電鍋爐清潔供熱的必要性

1)風電清潔供暖項目高效、環(huán)保，有利于改善大氣環(huán)境，節(jié)約石化能源。特別是在冬季釆暖期內大量利用電網(wǎng)用電低谷時段的棄風電力儲能供熱，使可再生能源和風電場設備資源得到合理利用，避免大量棄風現(xiàn)象的發(fā)生，同時緩解了與火電廠的發(fā)電矛盾。實施電鍋爐供熱，可以達到政府各級部門、國家電網(wǎng)、新能源發(fā)電企業(yè)、清潔供熱企業(yè)的“四贏”局面，可以幫助政府解決日益惡化的環(huán)境問題，解決替代燃煤鍋爐供暖的民生問題，減少石化燃料，提高人民生活質量；減少了新能源企業(yè)棄風、棄光情況，增加新能源企業(yè)盈利水平；電網(wǎng)公司線路利用率提升，增加了經(jīng)營效益；電鍋爐供熱還是電網(wǎng)的一種調峰手段，可以增加全區(qū)電網(wǎng)的安全性；清潔供熱企業(yè)大力開拓供熱市場，提升了經(jīng)營效益；緩解了與火電廠的發(fā)電矛盾，減少火電廠的調峰頻率，增加火電廠的安全性、經(jīng)濟性。

2)電鍋爐生產(chǎn)技術不斷提高，制造成本持續(xù)下降，目前制造成本下降50%左右，開展電鍋爐供熱經(jīng)濟效益進一步提升。

3)大型發(fā)電企業(yè)現(xiàn)在比重最大的還是煤電產(chǎn)業(yè)，但隨著國家對煤電發(fā)展的限制，電力建設、熱力建設遇到瓶頸，開拓新的供熱業(yè)務模式，進行結構調整是一種新的有益的探索。

3 電鍋爐供熱的技術可行性

電鍋爐是一種高效、節(jié)能、減少環(huán)境污染的新型電加熱設備，具備如下優(yōu)點。

1)熱效率高。新能源的應用成為未來能源發(fā)展的趨勢，做好新能源開發(fā)的工作，才能有助于保障環(huán)境的良好發(fā)展。電鍋爐供熱技術的應用成為未來采暖供熱比較重要的形式，其較高的熱效率是其突出的優(yōu)勢，能夠使電能得到良好應用，滿足各區(qū)域的采暖要求。

2)技術較為成熟。電鍋爐技術比較成熟，具有安全性高、成組靈活等特點，在實際應用中能夠發(fā)揮其積極優(yōu)勢。

3)電能使用便利。電網(wǎng)已經(jīng)遍及城市、鄉(xiāng)村，使用便利且易于計量。在某些大型熱源點，安裝大型電鍋爐需要相應的配電網(wǎng)基礎設施建設，但就工程建設的難易程度和投資規(guī)模而言，配電網(wǎng)配套建設相對容易。

4)自動化控制程度高，運行安全可靠。一般電鍋爐都采用自動控制，可快速平穩(wěn)地運行。電鍋爐設備均具有超溫、過載、短路、漏電、缺水、缺相等自動保護功能，安全可靠。

5)運行方式靈活。電鍋爐運行系統(tǒng)易于實現(xiàn)遠程集中控制，運行方式可靈活調節(jié)，能夠實現(xiàn)少人或無人值守，大大降低運維費用。

6)能改善電網(wǎng)的經(jīng)濟性，消峰填谷，保證電網(wǎng)平穩(wěn)的運行，使電力資源得到優(yōu)化配置。蓄熱電鍋爐能夠利用夜間低谷電將儲熱介質加熱并儲存熱量，其余時間通過換熱裝置將熱量按需要釋放，實現(xiàn)24 h均衡供熱。

7)可真正實現(xiàn)零排放、無污染、無噪音，更有利于改善城市環(huán)境。

4 電鍋爐供熱的效益分析

4.1 方案投資與收益估算

4.1.1 基本采暖參數(shù)

選取西北某市的平均供熱功率50 W/m2作為基本計算依據(jù)。10萬m2面積每天供熱量為120 MWh，采用10 h谷電加熱，鍋爐效率95%，需要的蓄熱能力為12.6 MW，設備選擇兩臺6.3 MW規(guī)格電鍋爐。全年用電量1 389萬kW·h。10萬m2規(guī)模住宅項目電熱儲能爐設備占地面積約為330 m2，高度5 m；連同配電室、控制設備、軟化水設備以及循環(huán)設備，共計占地面積約為500 m2。

4.1.2 投資費用

設備費用800萬元，土建面積為500 m2，投資為120萬元，其他費用為40萬元，項目總投資約為960萬元，單位面積投資96元。

4.1.3 成本、收益

材料費用：2臺鍋爐每年總用電量為1 389萬kW·h，谷電價格0.248 6元/kW·h，年耗電費用345萬元。

職工費用：供熱站設計2人輪班值守，每人年工資(包括福利費等)約為10萬元，年成本為20萬元。

其他費用：包括用水等費用，年費用約為10萬元。

折舊：按20年折舊，殘值率為5%，費用45.6萬元。

財務費用：按中長期4.75%年利率計算：①總投資無貸款，無財務費用。②總投資50%貸款，財務費用22.8萬元。③總投資80%貸款，財務費用36.48萬元。

收益：本項目供熱面積為10萬m2，年售熱價為19元/m2，年收益為190萬元(不考慮管網(wǎng)建設配套費)。

4.2 盈利分析

擬建項目年收入190萬元：①總投資無貸款成本費用421萬元，項目年虧損231萬元，單位供熱面積虧損23.1元。②總投資50%貸款成本費用444萬元，項目年虧損254萬元，單位供熱面積虧損25.4元。③總投資80%貸款成本費用458萬元，項目年虧損268萬元，單位供熱面積虧損26.8元。

若本項目用電量全部利用棄風發(fā)電量，可減少限電，增加整體效益。項目年耗電量1 389萬kW·h全部置換成風電收益，風電企業(yè)可以增加年收益689萬元。對于集團化企業(yè)整體可實現(xiàn)盈利：①總投資無貸款，可以實現(xiàn)年收入458萬元，收益達到45.8元/m2。②總投資50%貸款，可以實現(xiàn)年收入435萬元，收益達到43.5元/m2。③總投資80%貸款，可以實現(xiàn)年收入421萬元，收益達到42.1元/m2。