利用风电的高压电极锅炉附加热水蓄热装置联合供热系统项目经济性评价

利用风电的高压电极锅炉附加热水蓄热装置联合供热系统项目经济性评价

1电辅助加热装置，热压计算近年来，我国风力行业发展迅速，尤其是具有良好风资源条件的三北地区电网运行能力不断增强。目前，我国风电供热的主要技术应用路线有:空气源(或地埋管地源热泵)附加电辅助加热装置，电锅炉(高压电极锅炉等)附加热水蓄热装置、电热膜或发热电缆等。其中，采用含热水蓄热装置的电锅炉供热系统是技术成熟、应用广泛的技术应用路线本文以我国西北某地利用风电的高压电极锅炉(以下简称电极锅炉)附加热水蓄热装置联合供热系统(以下简称联合供热系统)为例，在负荷分析基础上进行设备选型，介绍工艺流程、运行模式及电价、热价的制定，对项目进行经济性评价和敏感性分析。2该项目的内部设计2.1燃煤供热规划甘肃省瓜州县城南已有热源厂一座(第一热源厂)，安装5台热功率为29MW的燃煤热水锅炉。随着城市扩建和城区内分散式燃煤锅炉的拆除，第一热源厂的供热能力已无法满足城区居民供热需求。因此，在城西规划新建1座以风电为主要能源的第二热源厂，采用联合供热系统。第二热源厂分3期建设，建成后总供热面积为300×102.2供热期典型日逐时负荷率(1)负荷分析一期工程供热建筑均为节能建筑，其中居住建筑供热面积占65%，公共建筑供热面积占35%。根据CJJ34—2010《城镇供热管网设计规范》，居住建筑供暖热指标取40W/m谷电时段联合供热系统采取边供热边蓄热的运行模式，平峰电时段由热水蓄热装置供热。若遇极端寒冷天气，热水蓄热装置无法满足供热需求时，电极锅炉启动参与供热。当地大工业用电分时电价见表2。综合分析该地区历史供热数据，结合供暖期室外温度变化及建筑功能等情况，归纳供暖期典型日逐时负荷率α，见表3。表3中，第1h表示[0:00,1:00)，第2h表示[1:00,2:00)，以此类推。由表3数据，可计算得到典型日用户总需热量为867.15MW·h。(2)设备选型按照电极锅炉仅在谷电时段运行(即供暖期典型日用户总需热量，由电极锅炉集中在谷电时段生产)，平峰电时段用户需热量由热水蓄热装置承担的原则，对电极锅炉的设计热功率、热水蓄热装置的有效容积进行计算选型。a．电极锅炉电极锅炉的设计热功率P的计算式为:式中P———电极锅炉的设计热功率，MWQtη谷电时段时间为8h，电极锅炉热效率取98%。将其他已知参数代入式(1)，可计算得到电极锅炉的设计热功率为110.61MW。可选择单机热功率为40MW的电极锅炉3台，总热功率为120MW，安全系数为1.085。b．热水蓄热装置热水蓄热装置采用蓄热水箱，由表2、表3可知，蓄热水箱的蓄热量为平峰电时段用户需热量(585.15MW·h)。根据05R401-3《承压式蓄热罐》，蓄热水箱有效容积V的计算式为:式中V———蓄热水箱有效容积,m蓄热水箱的进、出水温度为60、90℃，进出水温差为30℃。蓄热水箱进出口算术平均温度对应的热水密度取974.83kg/m2.3平峰电时段充放电联合供热系统的实际工艺流程比较复杂，为了方便研究，我们对实际工艺流程进行了等效简化处理(见图1)。基于图1的工艺流程，联合供热系统可实现以下5种运行模式。(1)运行模式1。在谷电时段，采取边供热边蓄热。阀门V1～V4开启，循环泵P1～P4开启。(2)运行模式2。在平峰电时段，采取蓄热水箱供热。阀门V1、V2关闭，阀门V3、V4开启。循环泵P1、P2关闭，P3、P4开启。(3)运行模式3。在极端寒冷天气，建筑物耗热量超过设计热负荷，采取电极锅炉、蓄热水箱联合供热。阀门V1～V4开启，循环泵P1～P4开启。(4)运行模式4。在极端寒冷天气，蓄热水箱放热结束后，仍无法满足用户热负荷时，采取电极锅炉直接供热。阀门V3关闭，阀门V1、V2、V4开启，循环泵P1、P2、P4开启，P3关闭(走旁通)。(5)运行模式5。在供暖期未开始前，采取蓄热水箱单独蓄热，将热量储存在蓄热水箱内，待供暖期开始后使用。阀门V1～V3开启，V4关闭。循环泵P1、P2开启，P3、P4关闭。3电价降低及结算电价、热价的制定采用了多边交易方式。在多边交易过程中，当地政府负责协调项目各方，并督促执行。热源厂用电电价遵循当地大工业用电分时电价(见表2)。月容量费为22元/(kV·A·月)。按照上述用电价格及月容量费测算，项目将严重亏损。因此，需要项目各方通过多边交易(涉及热源投资公司、风电场、电网公司、供热公司等)降低热源厂用电电价。在平峰电价不变的基础上，风电场对热源厂低谷用电电价在原0.2541元/(kW·h)基础上让渡0.24元/(kW·h)后，降至0.0141元/(kW·h)，并由电网公司向热源厂进行结算。电网公司负责热源厂供配电系统的建设，以收取容量费形式回收建设成本。热源厂以27元/(m4经济评估和敏感性分析4.1项目单位循环泵能耗计算一期工程总造价为9500×10(2)项目年收益热源厂出售给供热公司的热价为27元/(m(3)项目年支出根据表1数据及供暖期时间，可计算得到不同室外温度对应的延续时间及对应的热负荷循环泵的耗电量计算比较复杂，参考传统供热系统的循环泵耗电量考虑到在供暖期极端寒冷天气时，电极锅炉将在平电时段开机运行。电极锅炉的耗电量中有98%为低谷电，其余2%为平电。循环泵耗电量中有40%为低谷电，其他耗电量中平峰电各占50%。根据平峰电价及让渡低谷电价，可计算得到项目年电费为386.42×10月容量费按照22元/(kV·A·月)计算，实行每15d申报1次(15d的容量费取月容量费的50%)，则供暖期需申报10次容量费。供暖期申报容量及容量费见表4。由表4数据，可计算得到项目年容量费为1051.6×10供暖期的耗水量为3.5×10(4)动态投资回收期动态投资回收期n式中n将已知参数代入式(3)，采用EES软件，可计算得到该项目的动态投资回收期为9.85a。项目使用寿命为25a，由此可知，项目具有一定赢利空间。4.2单因素敏感性分析由经济性评价结果可知，该项目目前具有一定赢利空间。但风电场对热源厂低谷用电电价的让渡幅度、热价均为不稳定因素，因此笔者将这2个参数作为敏感性因素，对项目投资回收期的影响程度进行单因素敏感性分析。由敏感性分析结果可知，风电场对热源厂低谷用电电价的让渡幅