楊軍平

摘要：相對(duì)于煤、石油等化石能源，風(fēng)電是最為清潔的能源，在當(dāng)前能源長(zhǎng)期消耗和日益減少的情況下，為促進(jìn)新能源消納和改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，風(fēng)電清潔能源的應(yīng)用和推廣成為相關(guān)部門(mén)關(guān)注的工作重點(diǎn)之一。風(fēng)電清潔能源在實(shí)際應(yīng)用中卻遭受了棄風(fēng)限電的瓶頸，如何加強(qiáng)風(fēng)電清潔能源在供熱中的應(yīng)用成為本文探究的重點(diǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電； 清潔能源；合理應(yīng)用

1引言

近年來(lái)，在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，能源消費(fèi)總量連續(xù)多年躍居世界前列。然而，從能源消費(fèi)的整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，風(fēng)電清潔能源的利用率非常低。風(fēng)電能源供熱項(xiàng)目的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，從人類環(huán)境角度出發(fā)，未來(lái)新能源使用將占能源比重的30%以上。本文以棄風(fēng)限電的現(xiàn)象分析作為研究的切入點(diǎn)，從風(fēng)電供熱的意義、工藝流程、效益分析等多個(gè)方面，來(lái)綜合探究風(fēng)電清潔能源在供熱中的應(yīng)用。

2棄風(fēng)限電的定義

棄風(fēng)限電指的是在風(fēng)電發(fā)展的初始階段，由于設(shè)備的落后和對(duì)風(fēng)電認(rèn)識(shí)的缺失，很多風(fēng)機(jī)在正常情況下產(chǎn)生的電力與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的接納能力產(chǎn)生了嚴(yán)重的矛盾，使得大部分風(fēng)電場(chǎng)停機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，還由于風(fēng)電自身不穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此風(fēng)資源的浪費(fèi)在當(dāng)時(shí)是極為嚴(yán)重的。對(duì)于一些棄風(fēng)限電的重災(zāi)區(qū)國(guó)家能源部門(mén)專門(mén)出臺(tái)了政策，限期整改此類問(wèn)題，在華北、東北等地區(qū)原則上不再擴(kuò)大風(fēng)電建設(shè)規(guī)模。

根據(jù)國(guó)家能源局相關(guān)數(shù)據(jù)表明，2016年上半年，新疆棄風(fēng)電量達(dá)到76.4億千瓦時(shí)，棄風(fēng)率高達(dá)45%。國(guó)家能源局綜合司《關(guān)于做好風(fēng)電清潔供暖工作的通知》中指出，由于地理位置的原因，我國(guó)北方地區(qū)在冬季的風(fēng)電發(fā)電量極為巨大，加之北方地區(qū)風(fēng)力能源很豐富，所以北方風(fēng)電的發(fā)展也是日益加快，但是由于冬季北方燃煤熱點(diǎn)依然占據(jù)著很大的市場(chǎng)，和風(fēng)電的矛盾日益加劇，導(dǎo)致很多風(fēng)電部門(mén)和企業(yè)被迫減產(chǎn)或倒閉，造成了大量的“棄風(fēng)”現(xiàn)象。這種情況的發(fā)生，極大程度的加劇了環(huán)境的惡化和清潔能源的浪費(fèi)。

大規(guī)模的消納風(fēng)電，早已成為世界性的難題，而我國(guó)在這一方面的困難則更為嚴(yán)重，其中有兩個(gè)方面的原因。一是我國(guó)現(xiàn)有的風(fēng)資源具有集中、規(guī)模大以及遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的特點(diǎn)，同時(shí)，風(fēng)資源地電力市場(chǎng)規(guī)模較小，導(dǎo)致風(fēng)資源很難就地消納。二是因?yàn)轱L(fēng)電自身的不穩(wěn)定性導(dǎo)致了風(fēng)電并網(wǎng)的難度有所加大，調(diào)峰電源的建設(shè)就成了風(fēng)電并網(wǎng)最關(guān)鍵的一步，但是我國(guó)風(fēng)電集中的很多地區(qū)電源結(jié)構(gòu)單一，調(diào)峰能力更是無(wú)從談起。

3風(fēng)電能源供熱的重要意義

要想實(shí)現(xiàn)風(fēng)電能源的合理利用，必須認(rèn)清形式，燃煤鍋爐供熱不但浪費(fèi)資源，而且對(duì)大氣的污染日益加重，而風(fēng)電屬于清潔能源技術(shù)，能大大改善環(huán)境治理壓力，既能解決城鎮(zhèn)供熱的基本民生問(wèn)題，又能對(duì)環(huán)境的污染降低到最小。

風(fēng)電供熱主要體現(xiàn)出儲(chǔ)能、調(diào)峰及減排三個(gè)方面的巨大優(yōu)勢(shì)。第一，從全局出發(fā)來(lái)看，風(fēng)電供熱是風(fēng)電從生產(chǎn)到儲(chǔ)能的一個(gè)過(guò)程，風(fēng)能供熱基本上已經(jīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)間隔性依賴極低，儲(chǔ)能用能基本一供能系統(tǒng)的儲(chǔ)熱形式得以表現(xiàn)。第二，熱力負(fù)荷的靈活性很強(qiáng)，可以利用儲(chǔ)熱設(shè)施平滑釋放，對(duì)于降低電網(wǎng)谷峰差和削峰填谷的意義也是很巨大的。最后，尤其對(duì)于中小城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村節(jié)能減排、改善環(huán)境，風(fēng)電供熱具有積極意義，上述地區(qū)采暖多用化石燃料，燃燒不完全，熱能轉(zhuǎn)換效率低，污染物排放高，采用風(fēng)電清潔能源供熱后，空氣質(zhì)量得到極大改善。

4風(fēng)電供熱的工藝流程

風(fēng)電供熱的工藝流程，利用后半夜時(shí)段谷電，通過(guò)儲(chǔ)熱式電鍋爐，把電能轉(zhuǎn)化成熱能，一部分熱能谷電時(shí)段供熱，一部分熱能儲(chǔ)存起來(lái)，在峰電時(shí)段儲(chǔ)存的熱能供熱，有效的起到削峰填谷。根據(jù)全社會(huì)和消費(fèi)者的整體用電情況來(lái)看，白天用電量顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)晚上的，削峰填谷的根本出發(fā)點(diǎn)就是通過(guò)對(duì)高峰和低谷的電量存儲(chǔ)的調(diào)整。

儲(chǔ)熱式電鍋爐通常與天然氣鍋爐并列運(yùn)行，在夜間投入儲(chǔ)熱式電鍋爐供熱，白天在儲(chǔ)熱式電鍋爐儲(chǔ)存的熱能用完以后，投入天然氣鍋爐運(yùn)行，保障供熱的可靠性，儲(chǔ)熱式電鍋爐與天燃?xì)忮仩t并列運(yùn)行見(jiàn)圖1。

等到白天峰電時(shí)段，再釋放已儲(chǔ)存的熱能來(lái)供暖，儲(chǔ)熱式電鍋爐采暖系統(tǒng)具有舒適安全、節(jié)能環(huán)保、無(wú)須維護(hù)等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，電能充分利用，效率高。

5風(fēng)電清潔能源供熱應(yīng)用的效益分析

5.1經(jīng)濟(jì)效益分析

風(fēng)電供熱每平方米耗電量130左右，按照谷電電價(jià)0.313元/kW？h，1平方米電費(fèi)40.69元，而暖氣費(fèi)才22元，可見(jiàn)， 風(fēng)電供熱經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，如果沒(méi)有政府補(bǔ)貼是虧損的。風(fēng)電供熱效益主要體現(xiàn)在環(huán)境效益和社會(huì)效益。

圖1 儲(chǔ)熱式電鍋爐與天燃?xì)忮仩t并列運(yùn)行

我國(guó)研究機(jī)構(gòu)著文認(rèn)為，風(fēng)力發(fā)電相對(duì)于燃煤火電的環(huán)境價(jià)值可以達(dá)到0.1元/kWh 左右。在綜合參閱相關(guān)書(shū)籍和文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文就風(fēng)電供熱的“綜合環(huán)境價(jià)值”進(jìn)行粗略計(jì)算，列出以下幾個(gè)主要計(jì)算條件：

（1）電力鍋爐采用高溫蓄熱鍋爐，效率為95%；

（2）所替代燃煤鍋爐為目前應(yīng)用較多的小型鏈條式鍋爐，燃燒效率約為55% ，且大氣及固體污染物減排能力較低；

（3）電力系統(tǒng)以大型燃煤火電機(jī)組為主（發(fā)電量約占總電量的80%），原煤煤耗率約取400g/kW·h ，且污染排放符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，減排能力較高；

（4）原煤?jiǎn)挝粺嶂等?1.2MJ/kg。

計(jì)算結(jié)果顯示：風(fēng)電供熱方式相對(duì)電網(wǎng)增加的環(huán)境成本約為0.09元/kWh，替代燃煤鍋爐供熱所產(chǎn)生的環(huán)境價(jià)值約為0.14元/kWh，即兩方面綜合約有0.05元/ kW·h 的環(huán)境價(jià)值。這一數(shù)據(jù)實(shí)際上就是風(fēng)電供熱可以為社會(huì)省去環(huán)境治理成本，它對(duì)應(yīng)著經(jīng)濟(jì)學(xué)概念中正的經(jīng)濟(jì)外部性。

以烏魯木齊市熱力總公司九家灣片區(qū)風(fēng)電清潔供暖試點(diǎn)項(xiàng)目為例，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分列如下：

該項(xiàng)目項(xiàng)目2×7MW電鍋爐年供熱量為：Q=3.6×14×10×180=90720GJ；

該項(xiàng)目管網(wǎng)系統(tǒng)的小時(shí)耗水量為：

則年耗水量為：G1=G×10×180=3960t；

該項(xiàng)目項(xiàng)目2×7MW電鍋爐機(jī)組年耗水量為：G2=10×180=1800t；

因此，該項(xiàng)目項(xiàng)目年耗水量：G=G1+G2=5760t，其中，軟水折標(biāo)系數(shù)為0.4857kgce/t，折合標(biāo)煤為2.8t，燃?xì)庹蹣?biāo)系數(shù)為1.33kgce/m？，折合燃?xì)?.21萬(wàn)m3。

同時(shí)，該項(xiàng)目年電能消耗量：Wh=1937.5萬(wàn)kW·h，其中，電力折算為標(biāo)煤系數(shù)為0.1229kgce/kW·h，折合成標(biāo)煤為2381.2t，燃?xì)庹蹣?biāo)系數(shù)為1.33kgce/m？，折合燃?xì)?79萬(wàn)m3。

該項(xiàng)目的年供熱量：Q=90720GJ，產(chǎn)生同等熱量耗天然氣量為：

萬(wàn)m3

即該項(xiàng)目年節(jié)氣量為：301.3萬(wàn)m3。

5.2環(huán)境效益分析