電力需求側(cè)管理-電力蓄熱技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

劉新臣

摘要：本文先介紹蓄熱技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹蓄熱技術(shù)的特點(diǎn)與分類，依據(jù)它的應(yīng)用條件與發(fā)展約束，分析蓄熱模式和用戶端相關(guān)計(jì)算以及蓄熱電鍋爐移峰填谷能力對(duì)電網(wǎng)影響的評(píng)價(jià)方法。最后以一個(gè)實(shí)例論證來(lái)說(shuō)明它的應(yīng)用效果，蓄熱式電熱鍋爐技術(shù)對(duì)用戶、電網(wǎng)和社會(huì)都具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：電力蓄熱;移峰填谷;蓄熱式電熱鍋;電力需求側(cè)管理

1蓄熱技術(shù)的特點(diǎn)及分類

1.1? 蓄熱電鍋爐技術(shù)主要特點(diǎn)

（1）???? 全部或部分轉(zhuǎn)移了制熱設(shè)備的用電時(shí)間，充分利用電網(wǎng)較富裕的低谷電力，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。

（2）???? 蓄熱系統(tǒng)的制熱設(shè)備容量和用電功率小于非蓄熱系統(tǒng)，可有效減少用戶側(cè)配電容量。

（3）???? 電鍋爐及其蓄熱技術(shù)無(wú)污染、無(wú)噪聲、安全可靠且自動(dòng)化程度高，有利于環(huán)境保護(hù)和簡(jiǎn)化管理。

（4）???? 充分利用電網(wǎng)峰谷分時(shí)電價(jià)差，蓄熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用比即熱系統(tǒng)低，分時(shí)電價(jià)差值越大，其運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約越多，當(dāng)峰谷電價(jià)比大于等于3時(shí)，可節(jié)約電費(fèi)30%-60%以上。

（5）???? 由于增加了蓄熱裝置及其輔助設(shè)備，一般比直熱系統(tǒng)初投資高。

1.2? 蓄熱系統(tǒng)分類及優(yōu)缺點(diǎn)

依據(jù)蓄熱介質(zhì)，常用的蓄熱式電鍋爐主要有水蓄熱、相變材料蓄熱和蒸汽蓄熱，其原理及優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。在我國(guó)大多以水為蓄熱熱載體，依據(jù)蓄熱方式的不同，水蓄熱式電鍋爐可分為高溫蓄熱和常壓蓄熱。

3蓄熱電鍋爐移峰填谷能力的評(píng)價(jià)方法

1）? 蓄熱裝置的蓄熱量

蓄熱裝置的蓄熱量是指對(duì)于一給定的蓄熱和放熱循環(huán)，在滿足供水溫度條件下，能夠從蓄熱裝置中取出的實(shí)際熱量，單位為kJ。無(wú)論是采用全量蓄熱模式，還是采用分量蓄熱模式，蓄熱系統(tǒng)的移峰填谷能力均與其蓄熱裝置的蓄熱量直接相關(guān)。蓄熱裝置蓄熱量可采用下式計(jì)算：

式中：V為蓄熱裝置容積，單位m3;t1為蓄熱裝置最低運(yùn)行溫度，單位℃;t2為蓄熱裝置最高運(yùn)行溫度，單位℃。

2）設(shè)計(jì)日轉(zhuǎn)移總電量

在考慮峰段和平段轉(zhuǎn)移電量后，兩者相加可以得到設(shè)計(jì)日轉(zhuǎn)移總電量，單位為kWh。若設(shè)計(jì)日白天蓄熱所提供的熱量為Q，其值可取為蓄熱裝置的設(shè)計(jì)蓄熱量Q蓄熱，設(shè)夜間為蓄存這一熱量所耗用的低谷電量為En，白天因蓄熱而少耗用的峰段和平段電量為Ed，存在如下關(guān)系：

式中：η為電鍋爐的熱效率，一般在98%以上。由于η≈1，即En≈Ed，因此，設(shè)計(jì)日轉(zhuǎn)移總電量約等于蓄熱系統(tǒng)在低谷時(shí)段的用電量。

3）年轉(zhuǎn)移總電量

年轉(zhuǎn)移總電量指一年內(nèi)蓄熱電鍋爐系統(tǒng)將峰段和平段電量轉(zhuǎn)移至谷段的總電量。

對(duì)于全量蓄熱系統(tǒng)，部分熱負(fù)荷工況下全天的轉(zhuǎn)移總電量計(jì)算可用熱負(fù)荷率i對(duì)式（8）進(jìn)行修正，即

對(duì)于分量蓄熱系統(tǒng)，如蓄熱裝置的實(shí)際容量為設(shè)計(jì)日總熱負(fù)荷的60%，則在60%及以上熱負(fù)荷時(shí)蓄熱裝置均可蓄滿，而在60%以下熱負(fù)荷時(shí)需按熱負(fù)荷率i=60%對(duì)式（8）進(jìn)行修正。

在確定不同熱負(fù)荷工況下每天的轉(zhuǎn)移總電量后，考慮供暖期內(nèi)不同熱負(fù)荷的天數(shù)分布，可以計(jì)算出年轉(zhuǎn)移總電量Ey為

式中：Edi為i=100%、60%、30%時(shí)的日轉(zhuǎn)移總電量，單位kWh/d;Di為一年內(nèi)對(duì)應(yīng)于不同熱負(fù)荷率i的天數(shù)，單位d。

4蓄熱技術(shù)應(yīng)用效果

下面以杭州鳳起大廈蓄熱工程為例，通過(guò)經(jīng)濟(jì)實(shí)證分析來(lái)看它的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益：

杭州鳳起大廈采暖建筑面積約為12000㎡，大廈分北樓和南樓，是一家集賓館、辦公及娛樂(lè)為一體的多功能場(chǎng)所。

杭州鳳起大廈原設(shè)備為2 臺(tái)2t燃煤鍋爐，年耗煤量約1700t，為響應(yīng)杭州市“藍(lán)天碧水工程”，經(jīng)多方考察驗(yàn)證，最終決定將原燃煤鍋爐改造為電鍋爐蓄熱系統(tǒng)。

電力蓄熱、電鍋爐直供和燃油鍋爐系統(tǒng)三種方案的經(jīng)濟(jì)性比較見(jiàn)表2-5。采用蓄熱系統(tǒng)，與常規(guī)電鍋爐系統(tǒng)相比，由于裝機(jī)容量的減少，一次投資基本持平;但由于設(shè)計(jì)上考慮生活熱水系統(tǒng)采用全量蓄熱、采暖系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)在較大負(fù)荷時(shí)也能采用全量蓄熱方式，故運(yùn)行費(fèi)用大大下降，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約116.82萬(wàn)元;同燃油鍋爐系統(tǒng)相比，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約29.60萬(wàn)元，理論投資回收期為2.3年。因此利用系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行及用電優(yōu)惠政策，在短期內(nèi)就能收回增加的投資部分。

注：1）對(duì)于電鍋爐系統(tǒng)，冬天電鍋爐設(shè)備用電功率大于夏天制冷設(shè)備用電功率，故可按冬天電鍋爐設(shè)備用電功率考慮機(jī)房變壓器容量;對(duì)于燃油鍋爐而言，機(jī)房變壓器容量需考慮制冷設(shè)備用電功率，對(duì)本系統(tǒng)夏天機(jī)房用電功率約350kW;

2）? 按用戶需求，其它設(shè)備如末端需配電400kVA;

3）? 主材與安裝費(fèi)暫未計(jì)入，具體可按省建筑安裝定額計(jì)算。雙線路供電電力貼費(fèi)：500元 /kVA，電鍋爐電力貼費(fèi)全免。電鍋爐配電設(shè)施費(fèi)：約450元 /kVA，其它配電設(shè)施費(fèi)：約650元/kVA。

6結(jié)論

蓄熱技術(shù)將高峰需求盡可能抑制到最低或轉(zhuǎn)移高峰需求，這樣對(duì)能源利用、減少發(fā)電廠投入和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有好處，并且電熱鍋爐具有熱效率高（>95%）、自控程度高、操作簡(jiǎn)便、無(wú)污染、無(wú)噪聲、設(shè)備體積小、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、維修量小等優(yōu)點(diǎn)，采用蓄熱方式可使綜合費(fèi)用低，社會(huì)效益高。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 熊雄，楊仁剛，葉林，etal.電力需求側(cè)大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，28（9）：224-230.