摘?要：作為重要的可再生清潔能源資源，我國風(fēng)能資源極其豐富，隨著風(fēng)電裝機規(guī)模越來越大，棄風(fēng)限電問題尤其是北方地區(qū)冬季的棄風(fēng)限電愈演愈烈。風(fēng)電清潔供熱技術(shù)的推出既大大提高了北方風(fēng)能資源豐富地區(qū)的風(fēng)電消納能力，又降低了火電機組帶來的大氣污染排放。目前，我國的風(fēng)電供熱技術(shù)還處在探索發(fā)展階段。不同風(fēng)電供熱系統(tǒng)的開發(fā)模式對供電能力、供電范圍以及供電優(yōu)勢、經(jīng)濟效益等有著直接的影響。風(fēng)電供熱系統(tǒng)開發(fā)模式有著各自的優(yōu)缺點，本文選取了三種不同的風(fēng)電供熱系統(tǒng)開發(fā)模式，并分別對其經(jīng)濟效益進行了分析，為風(fēng)電供熱系統(tǒng)的高效益開發(fā)提供了參考性建議。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電供熱;系統(tǒng)開發(fā)模式;經(jīng)濟效益

我國北方地區(qū)擁有豐富的風(fēng)能資源，為風(fēng)能發(fā)電提供了良好的資源基礎(chǔ)。目前，我國華北、東北、西北地區(qū)分別建立了大型風(fēng)電場，但受風(fēng)電輸電系統(tǒng)技術(shù)高壓、特高壓輸電技術(shù)的影響，風(fēng)電場所發(fā)的電只能在小范圍內(nèi)使用，而每個地區(qū)對于風(fēng)電的消納能力有限。因此，北方地區(qū)風(fēng)電場普遍存在著不同程度的棄風(fēng)限電問題。棄風(fēng)限電不僅造成了嚴(yán)重的資源與能源浪費，而且也不利于風(fēng)電企業(yè)經(jīng)濟效益的提升。風(fēng)電供熱技術(shù)的研究針對北方棄風(fēng)限電和風(fēng)力電能消納有限的問題提出了創(chuàng)新性的發(fā)展思路，而該系統(tǒng)模式的開發(fā)與應(yīng)用對于同時解決北方風(fēng)電消納問題、降低冬季供暖火電帶來的大氣污染排放以及提高風(fēng)電企業(yè)經(jīng)濟效益有著重要的意義。

一、風(fēng)電供熱系統(tǒng)開發(fā)模式

（一）電熱水鍋爐、蓄熱系統(tǒng)與風(fēng)電的組合

該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于為供熱系統(tǒng)增加蓄熱系統(tǒng)，將北方冬季產(chǎn)生的無法消納的風(fēng)電轉(zhuǎn)化為熱能之后通過供熱管網(wǎng)系統(tǒng)與蓄熱系統(tǒng)進行存儲，用于冬季的供暖。該風(fēng)電供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有電鍋爐、蓄熱系統(tǒng)、風(fēng)電機組、電網(wǎng)控制器、換熱器、供熱管網(wǎng)、循環(huán)水泵、末端散熱裝置等構(gòu)成。它的電熱水鍋爐有高壓和低壓兩種。高壓電級鍋爐用于轉(zhuǎn)換6-25kV的電，在鍋爐功率范圍內(nèi)可允許調(diào)節(jié)5%-100%的功率，其熱效率最高可達99.5%。低壓電級鍋爐用于轉(zhuǎn)化小于1500kW的電，其熱效率約為98%。該風(fēng)電供熱系統(tǒng)模式的缺點是經(jīng)濟效益受電熱水鍋爐的功率、建筑面積、當(dāng)?shù)氐蛢r、政策、運營時間等影響，經(jīng)濟效益存在不穩(wěn)定性，因此需要經(jīng)過科學(xué)的計算與規(guī)劃。

（二）熱泵供暖系統(tǒng)與風(fēng)電的組合

熱泵系統(tǒng)是我國供暖系統(tǒng)中最常見的供熱類型。風(fēng)電與熱泵供暖系統(tǒng)組合開發(fā)風(fēng)電供熱系統(tǒng)的優(yōu)勢在于熱泵系統(tǒng)是我國供暖系統(tǒng)中最常見的供熱類型。熱泵供暖系統(tǒng)有節(jié)流裝置、冷凝器、壓縮機、蒸發(fā)器四大結(jié)構(gòu)組成，它們之間有著良好的循環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)用熱泵供暖系統(tǒng)可以有效的減少棄風(fēng)限電發(fā)生的損耗，并將風(fēng)電熱量直接搬運到供熱管網(wǎng)中，減少了熱量輸送中的損耗。綜合而言有著運行成本低消納風(fēng)電能力強、運行環(huán)保的特點。缺點是熱泵供暖系統(tǒng)不易在低于零下25℃的環(huán)境使用，因為熱泵系統(tǒng)設(shè)備在低溫環(huán)境下運行容易結(jié)霜，導(dǎo)致運行效能減低。因此，熱泵系統(tǒng)與風(fēng)電系統(tǒng)開發(fā)模式的應(yīng)用有著地域上的限制，如東北地區(qū)就不適用于該系統(tǒng)模式進行風(fēng)電供熱。

（三）固體蓄熱鍋爐供熱系統(tǒng)與風(fēng)電組合

固體蓄熱鍋爐供熱系統(tǒng)與風(fēng)電組合開發(fā)風(fēng)電供熱系統(tǒng)，與蓄熱系統(tǒng)風(fēng)電供熱系統(tǒng)的卻別在于蓄熱設(shè)備不同。固體蓄熱式電鍋爐是一種應(yīng)用固體蓄熱材料蓄熱的鍋爐，它的蓄熱效能取決于蓄熱材料的蓄熱性能。該風(fēng)電供熱系統(tǒng)采用高密度鐵基固體合金蓄熱材料和固體氧化鎂磚蓄熱材料。由于氧化鎂蓄熱材料穩(wěn)定較差，因此具有一定的安全風(fēng)險。該風(fēng)電供熱系統(tǒng)適合供熱面積小于20萬平方米的風(fēng)電場供熱系統(tǒng)。

二、風(fēng)電供熱系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)濟效益分析

某風(fēng)電場裝機容量為5.1kW，電供熱面積10萬平方米。風(fēng)電企業(yè)設(shè)計系統(tǒng)運營周期為20年，貸款15年，貸款80%，貸款利息5.4%。政府補貼20年，其中風(fēng)電補貼0.1965元/kWh。當(dāng)?shù)厝济簝r格0.3035元/kWh。企業(yè)靜態(tài)投資7200元kW，風(fēng)電場理論發(fā)電時間3400小時，風(fēng)輪高度85米，輪轂平均風(fēng)速7.8米/秒，當(dāng)?shù)乇Ｕ仙暇W(wǎng)時間1900小時。經(jīng)過經(jīng)濟性分析后得出，該項目模式全額上網(wǎng)時，全投資稅后14.42%，資本金稅后29.29%，投資回收期預(yù)計7.21年，在保障上網(wǎng)小時數(shù)時，全投資稅收5.62%，資本金稅后7.01%，投資回收期預(yù)計12.22年。該風(fēng)電場在開發(fā)電熱水鍋爐、蓄熱系統(tǒng)與風(fēng)電的組合系統(tǒng)模式之前，風(fēng)電場因無法解決消納問題出現(xiàn)了嚴(yán)重的棄風(fēng)限電問題，造成資源浪費。為提升風(fēng)電場效益，應(yīng)用高電極電熱水鍋爐+蓄熱系統(tǒng)+風(fēng)電的系統(tǒng)模式在冬季對居民采用風(fēng)電供熱。該系統(tǒng)應(yīng)用后風(fēng)電場企業(yè)全投資稅后的收益提升為6.75%，資本金稅后內(nèi)部收益率提升為9.45%。風(fēng)電企業(yè)的預(yù)計投資回收周期只縮減到11.18年，這比風(fēng)電場設(shè)計的運營回收周期12.22年縮短了1年，在貸款年限、貸款利息、風(fēng)電補貼等條件不變的情況下，提前1年收回成本相當(dāng)于增加了1年的純利潤，風(fēng)電企業(yè)經(jīng)濟效益顯著調(diào)高，這對于企業(yè)長遠有著促進性意義。同區(qū)域的另外兩個風(fēng)電場采用了熱泵供暖系統(tǒng)與風(fēng)電的組合與固體蓄熱鍋爐供熱系統(tǒng)與風(fēng)電組合開發(fā)風(fēng)電供熱系統(tǒng)。前者的全投資稅后收益率為6.41%，資本稅后收益率為8.83%。后者的全投資稅后收益率為6.56%，資本稅后收益率為9.15%。如下圖所示，經(jīng)過對比，電熱水鍋爐+蓄熱系統(tǒng)+風(fēng)電系統(tǒng)模式與固體蓄熱鍋爐供熱系統(tǒng)+風(fēng)電的系統(tǒng)模式全投資稅后收益率與資本金稅后收益率較高，而熱泵供暖系統(tǒng)+風(fēng)電系統(tǒng)模式的收益相對較低，且受地域限制較大，使用范圍有限。鑒于固體蓄熱鍋爐的穩(wěn)定性較差，運營風(fēng)險高，管理難度較大，因此建議風(fēng)電企業(yè)可選擇電熱水鍋爐+蓄熱系統(tǒng)+風(fēng)電供熱系統(tǒng)開發(fā)模式。

三、結(jié)語

綜上所述，不同的風(fēng)電供熱系統(tǒng)開發(fā)模式有著其自身的優(yōu)勢，但就經(jīng)濟性分析而言，電熱水鍋爐、蓄熱系統(tǒng)與風(fēng)電的組合的應(yīng)用優(yōu)勢更加明顯。北方地區(qū)風(fēng)電資源豐富，但地區(qū)性消納能力有限，冬季供暖需要大量的電能，電熱水鍋爐、蓄熱系統(tǒng)與風(fēng)電的組合開發(fā)模式應(yīng)用蓄熱系統(tǒng)將多余的風(fēng)電通過存儲系統(tǒng)統(tǒng)一存儲，在冬季用電高峰時段用于供暖系統(tǒng)，既解決了風(fēng)電浪費的問題，還降低了冬季供暖火電帶來的大氣污染排放。因此建議北方地區(qū)開發(fā)該模式風(fēng)電供熱系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]牛傳凱，李錚偉，曹人靖.風(fēng)電供熱系統(tǒng)的開發(fā)模式及經(jīng)濟性分析[J].區(qū)域供熱，2019（02）：43-49+61.

[2]谷彥章.風(fēng)電供熱綜合效益評價研究[D].東北電力大學(xué)，2016.

[3]白曉軍.內(nèi)蒙古西部地區(qū)風(fēng)電供熱系統(tǒng)研究[D].華北電力大學(xué)，2017.

作者簡介：陳露露（1988-），女，漢族，江蘇連云港人，碩士研究生，中級工程師，研究方向：能源電力。