吉林省冬季供暖負荷規(guī)律研究

吉林省冬季供暖負荷規(guī)律研究

根據國家能源局2013年公布的各省份電網使用時間統(tǒng)計報告，目前，東北電網的最高利用時間為1915年，吉林省為1660h。因此，1.3個省份的電網當前的能耗被白色放棄。在冬季供暖期吉林省直調電廠供熱機組最大用電負荷為8750MW,最小用電負荷僅為3970MW,在用電低谷時段根本沒有風電的運行空間。在短時間內無法實現大規(guī)模外送消納風電情況下,就地消納風電棄風電量是唯一可能的選擇。根據吉林省利用風電冬季供暖示范區(qū)建設的實際,本文在對吉林省供暖期用電負荷特性和典型日熱負荷調查研究的基礎上,針對以棄風電量為主要電源,聯合采用蓄熱式電鍋爐和直熱式電鍋爐的方式為居民供暖的系統(tǒng)設計,對其進行技術經濟性評價,并以吉林地區(qū)某一居民區(qū)為例進行實證研究,通過測算具體的經濟效益、節(jié)能減排效益與集中供暖進行對比。1吉林省供暖概況及儲風供暖系統(tǒng)設計1.1供熱期典型日供熱量與熱負荷特性吉林省屬于寒暖帶大陸性半濕潤氣候,冬季漫長干寒。目前,吉林省大中型城市的冬季采暖方式主要是熱電聯產和區(qū)域鍋爐房采暖,煤炭等常規(guī)能源是供熱產業(yè)的主要熱源。另外,部分周邊地區(qū)采用分散小鍋爐、小采暖爐灶等低效率小型取暖方式,加重了采暖期空氣污染物排放。通過對吉林省不同地區(qū)大中型城市冬季供暖期熱力公司供熱數據的整理研究,得到了吉林省供暖期典型日供熱量曲線和熱負荷特性曲線,如圖1所示。從供暖期典型日熱負荷曲線可以看出,供暖高峰期主要在18:00—23:00,這是由于白天的氣溫相對較高,供熱需求量較小,夜間氣溫低,供熱需求量比較大。而在每天的18:00—23:00,是居民在家活動時段,對于供熱溫度要求比較高。同時,對比典型日供熱量曲線可以看出,由于熱能供應與氣溫的上升之間有一定的時滯效應,因此,為保證某個時段居民的供熱溫度,需要提前提高供熱量以保證適宜的室內溫度。通過查閱資料并對吉林電網多年負荷統(tǒng)計數據的整理和研究,根據吉林省用電負荷的特性,歸納總結出吉林省供暖期典型日風電出力與負荷特性曲線,如圖2所示。由圖2可見,吉林省冬季供暖期風電典型出力整體比較大,風電出力大發(fā)時段為20:00—7:00,此段的用電負荷維持在較低的水平。吉林省電網供暖期典型日負荷出現三個峰,即早峰、上午峰和下午峰。結合圖中下方典型日熱負荷特性曲線可發(fā)現,供暖高峰時段與風電出力大發(fā)時段基本吻合,風電棄風嚴重的時段也是供熱需求量較大時段。1.2直熱式電鍋爐與其他時段交替工作棄風供暖系統(tǒng)運行的基本模式是聯合采用蓄熱電鍋爐和直熱電鍋爐供暖,其中,蓄熱電鍋爐主要在夜間利用棄風制熱既給用戶供暖,同時又進行蓄熱工作?？紤]到蓄熱電鍋爐在夜間利用棄風產生的蓄熱量有限,不能完全滿足用戶其他時段的供熱需求,因此,將安排直熱式電鍋爐與其聯合交替工作以保證供暖需求,系統(tǒng)流程如圖3所示。由圖3可知,棄風供暖電鍋爐的運行情況為:在用電低谷段,蓄熱電鍋爐既運行供熱又進行蓄熱;在高峰段,將貯存熱量釋放供暖;在平時段,直熱電鍋爐運行供熱,同時,蓄熱電鍋爐進行蓄熱以滿足下一個高峰段的供暖需求。根據吉林省物價局關于電采暖用電價格有關問題的通知文件可知,對于已采用電鍋爐或電地熱取暖的居民用戶,電價按規(guī)定執(zhí)行峰谷時段電價,如表1所示。由表1可知,每天用電時間分為高峰、低谷兩個時段,結合圖2吉林省供暖期典型日負荷曲線情況,設計棄風供暖電鍋爐的具體運行方式如表2所示。2風電大規(guī)模開發(fā),導致富電力過多白城市是吉林省風能資源最為豐富的地區(qū),風力資源開發(fā)條件優(yōu)越,屬于III類風資源地區(qū),可開發(fā)風電面積約為6865km2,可開發(fā)裝機容量約為22800MW。同時,由于風電大規(guī)模開發(fā),導致富裕電力過多,出現了風電棄風、火電限發(fā)、裝備制造業(yè)多數處于停產和半停產狀態(tài)的問題。日前,國家能源局將白城市列為全國唯一的風電本地消納綜合示范區(qū),本文選取白城市的某居民小區(qū)為例,采用棄風供暖蓄熱電鍋爐系統(tǒng)滿足該小區(qū)居民供暖需求,對利用棄風供暖的經濟性進行分析,并與目前普遍采用的集中供暖方式進行對比,評價其經濟效益和節(jié)能減排效益。2.1余熱利用及經濟效益基礎數據如下:小區(qū)供熱面積為100000m2,管網損耗和系統(tǒng)熱損耗均為5%,平均熱負荷系數為0.6,采暖熱指標為44W/m2,平均利潤率為15%。假設未來的煤價將以比率10%逐年上漲,當前的標準煤價為707.98元/t;標準煤的熱值為29308kJ/kg;燃燒一噸標煤排放SO2為8.5kg、氮氧化物7.4kg、煙塵15kg。單位面積日供暖費用約為0.0816元/m2。則棄風供暖系統(tǒng)的供暖年收益約為164.22萬元。居民區(qū)非平時段的年最大熱需求量約為5.79×1010kJ。棄風供暖系統(tǒng)第t年可替代節(jié)約的標準煤耗量為1976.76t,則在電鍋爐使用壽命內,棄風供暖系統(tǒng)第t年產生的節(jié)煤收益為139.95×1.1t萬元。廢氣減排量:SO216802.46kg,NxOy14628.02kg,煙塵29651.40kg。根據《排污費征收標準及計算方法》算得三種大氣污染物的污染當量數之和為46686.28kg。則棄風供暖系統(tǒng)第t年的減排收益可表示為2.80萬元。綜上,該小區(qū)棄風供暖系統(tǒng)第t年的總現金流入量為167.02+139.95×1.1t萬元。2.2蓄熱量的整合選取蓄熱電鍋爐建設單價90萬元/MW,期末殘值為5%,每年的維護費用比例為1%,產熱效率為99%。由于建筑物80%以上的供暖期熱負荷都在75%設計日熱負荷以下,為減少蓄熱電鍋爐的容量以節(jié)省初始投資,本例按照75%的低谷和平時段的全量蓄熱量來選擇蓄熱電鍋爐,而平時段的熱負荷由直熱式電鍋爐提供。在75%設計日熱負荷時,非平時段所供熱量約為2482.92×105kJ。如果將這些熱量全部利用低谷段(21:00—8:00)和平時段(14:00—19:00)蓄熱儲存起來,蓄熱電鍋爐的總功率為4354kW。根據平時段熱負荷選擇直熱式電鍋爐,其所需提供的熱量為653.4×105kJ。直熱式電鍋爐的功率為3667kW。棄風供暖系統(tǒng)配套建設的電鍋爐總容量為8021kW。初始建設成本、每年的維護成本和整個采暖期的運營成本(萬元)分別為721.89、7.22、394.43。綜上,棄風供暖系統(tǒng)在進入運行階段的第t年總現金流出量為401.65萬元。2.3設計經濟效益材料關指標對比電鍋爐建設期較短,通常當年建設當年投產,運行期也即鍋爐使用年限為20年,所得稅稅率為25%。計算得出稅后凈現值、內部收益率和動態(tài)投資回收期,并與集中供暖情況下的相關指標對比,如圖4所示。以8%的折現率對棄風供暖系統(tǒng)的NPV進行測算為513萬元,IRR為12.38%,該項目約在12年后就會收回投資成本。與集體供暖方式相比,該項目資源配置的經濟效率達到了可接受的水平,具有可行性。就本例而言,該棄風供暖系統(tǒng)在一個供暖期可新增消納風電8381450kWh。由圖5可以明顯看出,與集中供暖方式相比,棄風供暖系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能減排效益,它將棄風變廢為寶,既大量減少常規(guī)能源的消耗和廢氣煙塵的排放,改善空氣質量,又可以有效地就地消納棄風,促進風電更好發(fā)展。3風電消納回收利用吉林地區(qū)風電棄風問題是制約其大規(guī)模發(fā)展的瓶頸,因此,在供暖期也是風電出力較大的時段,聯合采用蓄熱式電鍋爐和直熱式電鍋爐利用棄風供暖,不僅可實現就地消納風電以促進風電發(fā)展,而且能有效緩解能源消耗壓力,獲得