吉林省冬季供暖负荷规律研究

吉林省冬季供暖负荷规律研究

根据国家能源局2013年公布的各省份电网使用时间统计报告，目前，东北电网的最高利用时间为1915年，吉林省为1660h。因此，1.3个省份的电网当前的能耗被白色放弃。在冬季供暖期吉林省直调电厂供热机组最大用电负荷为8750MW,最小用电负荷仅为3970MW,在用电低谷时段根本没有风电的运行空间。在短时间内无法实现大规模外送消纳风电情况下,就地消纳风电弃风电量是唯一可能的选择。根据吉林省利用风电冬季供暖示范区建设的实际,本文在对吉林省供暖期用电负荷特性和典型日热负荷调查研究的基础上,针对以弃风电量为主要电源,联合采用蓄热式电锅炉和直热式电锅炉的方式为居民供暖的系统设计,对其进行技术经济性评价,并以吉林地区某一居民区为例进行实证研究,通过测算具体的经济效益、节能减排效益与集中供暖进行对比。1吉林省供暖概况及储风供暖系统设计1.1供热期典型日供热量与热负荷特性吉林省属于寒暖带大陆性半湿润气候,冬季漫长干寒。目前,吉林省大中型城市的冬季采暖方式主要是热电联产和区域锅炉房采暖,煤炭等常规能源是供热产业的主要热源。另外,部分周边地区采用分散小锅炉、小采暖炉灶等低效率小型取暖方式,加重了采暖期空气污染物排放。通过对吉林省不同地区大中型城市冬季供暖期热力公司供热数据的整理研究,得到了吉林省供暖期典型日供热量曲线和热负荷特性曲线,如图1所示。从供暖期典型日热负荷曲线可以看出,供暖高峰期主要在18:00—23:00,这是由于白天的气温相对较高,供热需求量较小,夜间气温低,供热需求量比较大。而在每天的18:00—23:00,是居民在家活动时段,对于供热温度要求比较高。同时,对比典型日供热量曲线可以看出,由于热能供应与气温的上升之间有一定的时滞效应,因此,为保证某个时段居民的供热温度,需要提前提高供热量以保证适宜的室内温度。通过查阅资料并对吉林电网多年负荷统计数据的整理和研究,根据吉林省用电负荷的特性,归纳总结出吉林省供暖期典型日风电出力与负荷特性曲线,如图2所示。由图2可见,吉林省冬季供暖期风电典型出力整体比较大,风电出力大发时段为20:00—7:00,此段的用电负荷维持在较低的水平。吉林省电网供暖期典型日负荷出现三个峰,即早峰、上午峰和下午峰。结合图中下方典型日热负荷特性曲线可发现,供暖高峰时段与风电出力大发时段基本吻合,风电弃风严重的时段也是供热需求量较大时段。1.2直热式电锅炉与其他时段交替工作弃风供暖系统运行的基本模式是联合采用蓄热电锅炉和直热电锅炉供暖,其中,蓄热电锅炉主要在夜间利用弃风制热既给用户供暖,同时又进行蓄热工作。考虑到蓄热电锅炉在夜间利用弃风产生的蓄热量有限,不能完全满足用户其他时段的供热需求,因此,将安排直热式电锅炉与其联合交替工作以保证供暖需求,系统流程如图3所示。由图3可知,弃风供暖电锅炉的运行情况为:在用电低谷段,蓄热电锅炉既运行供热又进行蓄热;在高峰段,将贮存热量释放供暖;在平时段,直热电锅炉运行供热,同时,蓄热电锅炉进行蓄热以满足下一个高峰段的供暖需求。根据吉林省物价局关于电采暖用电价格有关问题的通知文件可知,对于已采用电锅炉或电地热取暖的居民用户,电价按规定执行峰谷时段电价,如表1所示。由表1可知,每天用电时间分为高峰、低谷两个时段,结合图2吉林省供暖期典型日负荷曲线情况,设计弃风供暖电锅炉的具体运行方式如表2所示。2风电大规模开发,导致富电力过多白城市是吉林省风能资源最为丰富的地区,风力资源开发条件优越,属于III类风资源地区,可开发风电面积约为6865km2,可开发装机容量约为22800MW。同时,由于风电大规模开发,导致富裕电力过多,出现了风电弃风、火电限发、装备制造业多数处于停产和半停产状态的问题。日前,国家能源局将白城市列为全国唯一的风电本地消纳综合示范区,本文选取白城市的某居民小区为例,采用弃风供暖蓄热电锅炉系统满足该小区居民供暖需求,对利用弃风供暖的经济性进行分析,并与目前普遍采用的集中供暖方式进行对比,评价其经济效益和节能减排效益。2.1余热利用及经济效益基础数据如下:小区供热面积为100000m2,管网损耗和系统热损耗均为5%,平均热负荷系数为0.6,采暖热指标为44W/m2,平均利润率为15%。假设未来的煤价将以比率10%逐年上涨,当前的标准煤价为707.98元/t;标准煤的热值为29308kJ/kg;燃烧一吨标煤排放SO2为8.5kg、氮氧化物7.4kg、烟尘15kg。单位面积日供暖费用约为0.0816元/m2。则弃风供暖系统的供暖年收益约为164.22万元。居民区非平时段的年最大热需求量约为5.79×1010kJ。弃风供暖系统第t年可替代节约的标准煤耗量为1976.76t,则在电锅炉使用寿命内,弃风供暖系统第t年产生的节煤收益为139.95×1.1t万元。废气减排量:SO216802.46kg,NxOy14628.02kg,烟尘29651.40kg。根据《排污费征收标准及计算方法》算得三种大气污染物的污染当量数之和为46686.28kg。则弃风供暖系统第t年的减排收益可表示为2.80万元。综上,该小区弃风供暖系统第t年的总现金流入量为167.02+139.95×1.1t万元。2.2蓄热量的整合选取蓄热电锅炉建设单价90万元/MW,期末残值为5%,每年的维护费用比例为1%,产热效率为99%。由于建筑物80%以上的供暖期热负荷都在75%设计日热负荷以下,为减少蓄热电锅炉的容量以节省初始投资,本例按照75%的低谷和平时段的全量蓄热量来选择蓄热电锅炉,而平时段的热负荷由直热式电锅炉提供。在75%设计日热负荷时,非平时段所供热量约为2482.92×105kJ。如果将这些热量全部利用低谷段(21:00—8:00)和平时段(14:00—19:00)蓄热储存起来,蓄热电锅炉的总功率为4354kW。根据平时段热负荷选择直热式电锅炉,其所需提供的热量为653.4×105kJ。直热式电锅炉的功率为3667kW。弃风供暖系统配套建设的电锅炉总容量为8021kW。初始建设成本、每年的维护成本和整个采暖期的运营成本(万元)分别为721.89、7.22、394.43。综上,弃风供暖系统在进入运行阶段的第t年总现金流出量为401.65万元。2.3设计经济效益材料关指标对比电锅炉建设期较短,通常当年建设当年投产,运行期也即锅炉使用年限为20年,所得税税率为25%。计算得出税后净现值、内部收益率和动态投资回收期,并与集中供暖情况下的相关指标对比,如图4所示。以8%的折现率对弃风供暖系统的NPV进行测算为513万元,IRR为12.38%,该项目约在12年后就会收回投资成本。与集体供暖方式相比,该项目资源配置的经济效率达到了可接受的水平,具有可行性。就本例而言,该弃风供暖系统在一个供暖期可新增消纳风电8381450kWh。由图5可以明显看出,与集中供暖方式相比,弃风供暖系统具有显著的节能减排效益,它将弃风变废为宝,既大量减少常规能源的消耗和废气烟尘的排放,改善空气质量,又可以有效地就地消纳弃风,促进风电更好发展。3风电消纳回收利用吉林地区风电弃风问题是制约其大规模发展的瓶颈,因此,在供暖期也是风电出力较大的时段,联合采用蓄热式电锅炉和直热式电锅炉利用弃风供暖,不仅可实现就地消纳风电以促进风电发展,而且能有效缓解能源消耗压力,获得