王建強(qiáng)

(中電投內(nèi)蒙古新能源有限公司，呼和浩特 010010)

0 引言

近年來(lái)，內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，風(fēng)電投產(chǎn)裝機(jī)容量穩(wěn)居全國(guó)首位。冬季供暖期間，為保證熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行，全區(qū)大部分風(fēng)電場(chǎng)在夜間頻繁參與電網(wǎng)調(diào)峰，對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行效率影響較為明顯。因此，需要從需求側(cè)尋找途徑，解決風(fēng)電上網(wǎng)消納困難的問(wèn)題。

2009年年末，內(nèi)蒙古綠能新能源有限公司在國(guó)內(nèi)率先提出風(fēng)電供熱概念，并著手開(kāi)展風(fēng)電供熱技術(shù)研究及試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)等各項(xiàng)工作。2011年3月9日，內(nèi)蒙古綠能新能源有限責(zé)任公司取得了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的《風(fēng)力發(fā)電供電供熱系統(tǒng)》實(shí)用新型專利證書(專利號(hào):201020503627)，為風(fēng)電供熱項(xiàng)目的實(shí)施提供了有力的技術(shù)支持。

電力供熱一是改變?nèi)济汗岬哪Ｊ讲⒃黾与娏π枨螅峭ㄟ^(guò)蓄能裝置使供熱電力需求具備靈活性和可控性，可在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)啟動(dòng)用電需求，起到調(diào)峰作用。通過(guò)這樣的方式，使風(fēng)電在電網(wǎng)低谷時(shí)段的電力得到有效利用，并把多余的電力以熱能的方式儲(chǔ)存下來(lái)，實(shí)現(xiàn)從需求側(cè)入手，降低電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電調(diào)峰和消納的難度，對(duì)風(fēng)電持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 項(xiàng)目基本情況

中電投內(nèi)蒙古四子王旗風(fēng)電供熱項(xiàng)目是國(guó)家能源局在全國(guó)推行的風(fēng)電供熱新能源示范項(xiàng)目，既符合國(guó)家可再生能源發(fā)展規(guī)劃，也符合中國(guó)電力投資集團(tuán)公司的新能源總體發(fā)展戰(zhàn)略。項(xiàng)目用風(fēng)電電力替代燃煤鍋爐為城鎮(zhèn)供熱，可以增加地區(qū)用電負(fù)荷，提高風(fēng)電本地消納的能力，減輕電網(wǎng)外送壓力，尤其是將夜間電力負(fù)荷低谷時(shí)段的風(fēng)電電力用于城鎮(zhèn)供熱，為風(fēng)電儲(chǔ)能探討出一條新的道路。

1.1 項(xiàng)目位置

該風(fēng)電場(chǎng)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市四子王旗吉生太鄉(xiāng)境內(nèi)，距呼和浩特市約120 km。供熱站位于四子王旗政府所在地烏蘭花鎮(zhèn)西北部的富康小區(qū)，占地面積為6277 m2。

1.2 項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模

風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)規(guī)模為200 MW，選用100臺(tái)單機(jī)容量為2 MW的風(fēng)電機(jī)組。供熱站供熱能力為50萬(wàn)m2，選用24臺(tái)容量為2.16 MW的電阻式電熱鍋爐，總計(jì)51.84 MW。風(fēng)電場(chǎng)占地面積約為59.7 km2，供熱站占地面積為6277 m2。

1.3 風(fēng)資源情況

內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗風(fēng)電基地是內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)之一，風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域有#4022，#4023，#92523座測(cè)風(fēng)塔，根據(jù)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域80 m高度年平均風(fēng)速7.9 m/s，年平均風(fēng)功能密度為441 W/m2，風(fēng)功能密度等級(jí)為4級(jí)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)年利用小時(shí)數(shù)為2568 h，建成后預(yù)計(jì)年平均發(fā)電量為513.6 GW·h。

1.4 接入方案及電力消納

該項(xiàng)目風(fēng)電場(chǎng)以單回220 kV線路接入杜爾伯特220 kV變電站，所發(fā)電量全部上網(wǎng)。其消納主要途徑為:就地消納;利用風(fēng)電供熱的特性，在風(fēng)電電量消納最困難的時(shí)期(10月—次年5月)，拿出電網(wǎng)低谷時(shí)段(21:00—08:00)約70 GW·h的電量，用來(lái)給供熱站的電鍋爐供電。這樣，不僅拉動(dòng)需求側(cè)的電量消耗，緩解電網(wǎng)外送壓力，而且起到為電網(wǎng)削峰填谷的作用，增強(qiáng)了電網(wǎng)安全運(yùn)行的可靠性。

供熱站為大負(fù)荷鍋爐，為確保冬季不間斷供熱，必須有足夠的負(fù)荷供應(yīng)電熱鍋爐用電。經(jīng)測(cè)算，采暖期最大等效熱負(fù)荷為50 MW，選用24臺(tái)容量為2.16MW的電阻式電熱鍋爐，總計(jì)51.84MW。從杜爾伯特220 kV變電站和四子王旗110 kV變電站35 kV側(cè)分別引入一路電源。

1.5 電價(jià)

風(fēng)電企業(yè)與電網(wǎng)的結(jié)算方式(供熱站供熱電價(jià)還沒(méi)有取得相關(guān)主管部門的批復(fù))為:

(1)風(fēng)電企業(yè)與電網(wǎng)以風(fēng)電上網(wǎng)的標(biāo)桿電價(jià)0.51元/(kW·h)結(jié)算全部發(fā)電量;

(2)供熱企業(yè)按0.427元/(kW·h)供熱電價(jià)向電網(wǎng)購(gòu)電;

(3)經(jīng)測(cè)算，供熱企業(yè)可承受的電價(jià)應(yīng)不高于0.11元/(kW·h)，所以風(fēng)電企業(yè)給供熱企業(yè)0.32元/(kW·h)的電價(jià)補(bǔ)貼。

電價(jià)結(jié)算模式如圖1所示。

圖1 電價(jià)結(jié)算模式

經(jīng)測(cè)算，電熱鍋爐年用電量為69.521 GW·h，供熱企業(yè)根據(jù)供熱需求按月分配使用。風(fēng)電企業(yè)與供熱企業(yè)按月結(jié)算的電費(fèi)補(bǔ)貼=供熱企業(yè)當(dāng)月所購(gòu)全部電量×(電網(wǎng)正常電價(jià)－供熱企業(yè)可承受的電價(jià))。

2 供熱站設(shè)計(jì)方案

根據(jù)加熱方式與蓄熱方式的不同，電熱鍋爐可以分為電阻式電熱鍋爐、電極式電熱鍋爐及固體蓄熱鍋爐，該項(xiàng)目采用電阻式電鍋爐。供熱站熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要包括電熱鍋爐房、蓄熱系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)及變配電系統(tǒng)。

2.1 電熱鍋爐

選用2.16 MW電熱鍋爐20臺(tái)，電熱鍋爐總功率為43.2 MW，電熱鍋爐在夜間電網(wǎng)低谷負(fù)荷時(shí)段運(yùn)行。電熱鍋爐運(yùn)行時(shí)段為每日21:00至次日的08:00，共11 h。

2.2 蓄熱系統(tǒng)

采用顯熱式蓄熱方式，技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低、安全可靠;采用水為蓄熱介質(zhì)，蓄熱裝置為地上保溫水罐。蓄熱水罐參數(shù):數(shù)量，30臺(tái);工作類型，供暖/熱水;額定進(jìn)/出水溫度，15/150℃;蓄熱罐表面溫度，低于30℃;蓄熱罐直徑，3.5 m;蓄熱罐高度，12 m;蓄熱罐質(zhì)量，22 t;運(yùn)行質(zhì)量:130 t;蓄熱罐容積，115 m3。

2.3 運(yùn)行模式

鍋爐啟動(dòng)期間，30個(gè)蓄熱水罐完成儲(chǔ)熱。鍋爐停運(yùn)時(shí)，由蓄熱水罐開(kāi)始單獨(dú)供熱時(shí)，從第1個(gè)蓄熱水罐中抽出熱水，換熱后回到最后一個(gè)罐中，如此往復(fù)循環(huán)?；厮c供水混合，水罐中混合水的溫度隨著系統(tǒng)的運(yùn)行逐步降低，由變頻泵控制循環(huán)水量逐步加大，直到蓄熱水罐水的溫度降至70℃。

2.4 換熱系統(tǒng)

利用換熱站原有設(shè)備，將鍋爐系統(tǒng)與蓄熱系統(tǒng)接入換熱站一次性管網(wǎng)入口。

3 投資及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

3.1 工程投資

風(fēng)電場(chǎng)工程靜態(tài)投資為132462萬(wàn)元，單位靜態(tài)投資6623元/kW;接入系統(tǒng)費(fèi)用2300萬(wàn)元;供熱站建設(shè)費(fèi)用8902萬(wàn)元;建設(shè)期利息4497.8萬(wàn)元;動(dòng)態(tài)投資為148161.8萬(wàn)元，單位動(dòng)態(tài)投資 7408元/kW。

3.2 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

按風(fēng)電企業(yè)上網(wǎng)電價(jià)0.51元/(kW·h)、供熱站供熱電價(jià)0.43元/(kW·h)、供熱企業(yè)負(fù)擔(dān)電價(jià)0.11元/(kW·h)、年利用小時(shí)數(shù)2568 h、運(yùn)行期年平均發(fā)電量513.6 GW·h測(cè)算，全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(稅后)為10.01%，資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為12.53%，投資回收期(稅后)為8年。工程投資分2部分:第1部分為風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，第2部分為供熱站項(xiàng)目。

4 項(xiàng)目的示范作用

在目前模式下，風(fēng)電供熱只能在限制風(fēng)電出力比較嚴(yán)重的地區(qū)開(kāi)展。風(fēng)電供熱項(xiàng)目在風(fēng)資源豐富、實(shí)行峰谷電價(jià)的地區(qū)優(yōu)勢(shì)明顯，可以盡量利用低谷階段電量。

風(fēng)電供熱項(xiàng)目適合在“三北”地區(qū)中小型城市開(kāi)展，替代常規(guī)的燃煤鍋爐，但供熱站消耗電量應(yīng)為棄風(fēng)電量。在風(fēng)資源豐富的內(nèi)蒙古自治區(qū)人口相對(duì)集中的中小城鎮(zhèn)，均可替代當(dāng)?shù)厝济哄仩t進(jìn)行集中供熱，同時(shí)不受煤價(jià)波動(dòng)的影響。

風(fēng)電供熱項(xiàng)目可以減輕政府公共事業(yè)的投資負(fù)擔(dān)，有效解決了當(dāng)?shù)毓犭y題，減輕當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染，較好地解決風(fēng)電消納問(wèn)題，避免“棄風(fēng)”影響，是一件利國(guó)、利民、利企業(yè)的好事情。風(fēng)電供熱項(xiàng)目的大力推廣，可有效緩解風(fēng)資源豐富的內(nèi)蒙古自治區(qū)電力送出困難、棄風(fēng)限電問(wèn)題，使豐富的風(fēng)電資源得到有效利用。但需要國(guó)家主管部門盡快出臺(tái)供熱電價(jià)、上網(wǎng)電量等方面的優(yōu)惠政策。

5 項(xiàng)目創(chuàng)新

(1)風(fēng)電電力能夠全額上網(wǎng)，減少棄風(fēng)，能有效利用當(dāng)?shù)貎?yōu)良的風(fēng)資源。

(2)能夠有效緩解“三北”地區(qū)電網(wǎng)接入難、消納難的問(wèn)題，促進(jìn)風(fēng)電電力在本地區(qū)就地消納。

(3)可增加冬季供暖期間夜間底谷時(shí)段的用電負(fù)荷，進(jìn)行風(fēng)電供熱和風(fēng)電儲(chǔ)能蓄熱，緩解了冬季及夜間發(fā)電高峰時(shí)段風(fēng)電給電網(wǎng)帶來(lái)的壓力，起到了削峰填谷作用。

(4)從需求側(cè)入手，能夠有效地增加新能源市場(chǎng)份額。

(5)降低了因燃煤供暖而產(chǎn)生的二氧化碳、二氧化硫等廢氣的排放，緩解了項(xiàng)目所在地節(jié)能減排壓力。

(6)該項(xiàng)目是新農(nóng)村建設(shè)中城鎮(zhèn)供熱的良好示范項(xiàng)目和“三北”地區(qū)中小型城市替代燃煤供熱的好項(xiàng)目，是國(guó)家新能源產(chǎn)業(yè)的惠民工程。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，在棄風(fēng)限電嚴(yán)重的地區(qū)推廣風(fēng)電供熱，不僅可以拉動(dòng)需求側(cè)的電量消耗，緩解電網(wǎng)外送壓力，而且為電網(wǎng)起到削峰填谷的作用，增強(qiáng)了電網(wǎng)安全運(yùn)行的可靠性;同時(shí)，替代常規(guī)的燃煤鍋爐，可以減少污染物的排放，為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。