吉林省冬季供暖負(fù)荷規(guī)律研究

吉林省冬季供暖負(fù)荷規(guī)律研究

根據(jù)國(guó)家能源局2013年公布的各省份電網(wǎng)使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)報(bào)告，目前，東北電網(wǎng)的最高利用時(shí)間為1915年，吉林省為1660h。因此，1.3個(gè)省份的電網(wǎng)當(dāng)前的能耗被白色放棄。在冬季供暖期吉林省直調(diào)電廠供熱機(jī)組最大用電負(fù)荷為8750MW,最小用電負(fù)荷僅為3970MW,在用電低谷時(shí)段根本沒(méi)有風(fēng)電的運(yùn)行空間。在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模外送消納風(fēng)電情況下,就地消納風(fēng)電棄風(fēng)電量是唯一可能的選擇。根據(jù)吉林省利用風(fēng)電冬季供暖示范區(qū)建設(shè)的實(shí)際,本文在對(duì)吉林省供暖期用電負(fù)荷特性和典型日熱負(fù)荷調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)以棄風(fēng)電量為主要電源,聯(lián)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(shè)計(jì),對(duì)其進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià),并以吉林地區(qū)某一居民區(qū)為例進(jìn)行實(shí)證研究,通過(guò)測(cè)算具體的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能減排效益與集中供暖進(jìn)行對(duì)比。1吉林省供暖概況及儲(chǔ)風(fēng)供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1供熱期典型日供熱量與熱負(fù)荷特性吉林省屬于寒暖帶大陸性半濕潤(rùn)氣候,冬季漫長(zhǎng)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(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房采暖,煤炭等常規(guī)能源是供熱產(chǎn)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(guò)對(duì)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(shù)據(jù)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(fù)荷特性曲線,如圖1所示。從供暖期典型日熱負(fù)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(duì)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(dòng)時(shí)段,對(duì)于供熱溫度要求比較高。同時(shí),對(duì)比典型日供熱量曲線可以看出,由于熱能供應(yīng)與氣溫的上升之間有一定的時(shí)滯效應(yīng),因此,為保證某個(gè)時(shí)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(nèi)溫度。通過(guò)查閱資料并對(duì)吉林電網(wǎng)多年負(fù)荷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的整理和研究,根據(jù)吉林省用電負(fù)荷的特性,歸納總結(jié)出吉林省供暖期典型日風(fēng)電出力與負(fù)荷特性曲線,如圖2所示。由圖2可見(jiàn),吉林省冬季供暖期風(fēng)電典型出力整體比較大,風(fēng)電出力大發(fā)時(shí)段為20:00—7:00,此段的用電負(fù)荷維持在較低的水平。吉林省電網(wǎng)供暖期典型日負(fù)荷出現(xiàn)三個(gè)峰,即早峰、上午峰和下午峰。結(jié)合圖中下方典型日熱負(fù)荷特性曲線可發(fā)現(xiàn),供暖高峰時(shí)段與風(fēng)電出力大發(fā)時(shí)段基本吻合,風(fēng)電棄風(fēng)嚴(yán)重的時(shí)段也是供熱需求量較大時(shí)段。1.2直熱式電鍋爐與其他時(shí)段交替工作棄風(fēng)供暖系統(tǒng)運(yùn)行的基本模式是聯(lián)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(fēng)制熱既給用戶供暖,同時(shí)又進(jìn)行蓄熱工作?？紤]到蓄熱電鍋爐在夜間利用棄風(fēng)產(chǎn)生的蓄熱量有限,不能完全滿足用戶其他時(shí)段的供熱需求,因此,將安排直熱式電鍋爐與其聯(lián)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(fēng)供暖電鍋爐的運(yùn)行情況為:在用電低谷段,蓄熱電鍋爐既運(yùn)行供熱又進(jìn)行蓄熱;在高峰段,將貯存熱量釋放供暖;在平時(shí)段,直熱電鍋爐運(yùn)行供熱,同時(shí),蓄熱電鍋爐進(jìn)行蓄熱以滿足下一個(gè)高峰段的供暖需求。根據(jù)吉林省物價(jià)局關(guān)于電采暖用電價(jià)格有關(guān)問(wèn)題的通知文件可知,對(duì)于已采用電鍋爐或電地?zé)崛∨木用裼脩?電價(jià)按規(guī)定執(zhí)行峰谷時(shí)段電價(jià),如表1所示。由表1可知,每天用電時(shí)間分為高峰、低谷兩個(gè)時(shí)段,結(jié)合圖2吉林省供暖期典型日負(fù)荷曲線情況,設(shè)計(jì)棄風(fēng)供暖電鍋爐的具體運(yùn)行方式如表2所示。2風(fēng)電大規(guī)模開(kāi)發(fā),導(dǎo)致富電力過(guò)多白城市是吉林省風(fēng)能資源最為豐富的地區(qū),風(fēng)力資源開(kāi)發(fā)條件優(yōu)越,屬于III類(lèi)風(fēng)資源地區(qū),可開(kāi)發(fā)風(fēng)電面積約為6865km2,可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量約為22800MW。同時(shí),由于風(fēng)電大規(guī)模開(kāi)發(fā),導(dǎo)致富裕電力過(guò)多,出現(xiàn)了風(fēng)電棄風(fēng)、火電限發(fā)、裝備制造業(yè)多數(shù)處于停產(chǎn)和半停產(chǎn)狀態(tài)的問(wèn)題。日前,國(guó)家能源局將白城市列為全國(guó)唯一的風(fēng)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(fēng)供暖蓄熱電鍋爐系統(tǒng)滿足該小區(qū)居民供暖需求,對(duì)利用棄風(fēng)供暖的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析,并與目前普遍采用的集中供暖方式進(jìn)行對(duì)比,評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排效益。2.1余熱利用及經(jīng)濟(jì)效益基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下:小區(qū)供熱面積為100000m2,管網(wǎng)損耗和系統(tǒng)熱損耗均為5%,平均熱負(fù)荷系數(shù)為0.6,采暖熱指標(biāo)為44W/m2,平均利潤(rùn)率為15%。假設(shè)未來(lái)的煤價(jià)將以比率10%逐年上漲,當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)為707.98元/t;標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為29308kJ/kg;燃燒一噸標(biāo)煤排放SO2為8.5kg、氮氧化物7.4kg、煙塵15kg。單位面積日供暖費(fèi)用約為0.0816元/m2。則棄風(fēng)供暖系統(tǒng)的供暖年收益約為164.22萬(wàn)元。居民區(qū)非平時(shí)段的年最大熱需求量約為5.79×1010kJ。棄風(fēng)供暖系統(tǒng)第t年可替代節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤耗量為1976.76t,則在電鍋爐使用壽命內(nèi),棄風(fēng)供暖系統(tǒng)第t年產(chǎn)生的節(jié)煤收益為139.95×1.1t萬(wàn)元。廢氣減排量:SO216802.46kg,NxOy14628.02kg,煙塵29651.40kg。根據(jù)《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法》算得三種大氣污染物的污染當(dāng)量數(shù)之和為46686.28kg。則棄風(fēng)供暖系統(tǒng)第t年的減排收益可表示為2.80萬(wàn)元。綜上,該小區(qū)棄風(fēng)供暖系統(tǒng)第t年的總現(xiàn)金流入量為167.02+139.95×1.1t萬(wàn)元。2.2蓄熱量的整合選取蓄熱電鍋爐建設(shè)單價(jià)90萬(wàn)元/MW,期末殘值為5%,每年的維護(hù)費(fèi)用比例為1%,產(chǎn)熱效率為99%。由于建筑物80%以上的供暖期熱負(fù)荷都在75%設(shè)計(jì)日熱負(fù)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(shí)段的全量蓄熱量來(lái)選擇蓄熱電鍋爐,而平時(shí)段的熱負(fù)荷由直熱式電鍋爐提供。在75%設(shè)計(jì)日熱負(fù)荷時(shí),非平時(shí)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(shí)段(14:00—19:00)蓄熱儲(chǔ)存起來(lái),蓄熱電鍋爐的總功率為4354kW。根據(jù)平時(shí)段熱負(fù)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(fēng)供暖系統(tǒng)配套建設(shè)的電鍋爐總?cè)萘繛?021kW。初始建設(shè)成本、每年的維護(hù)成本和整個(gè)采暖期的運(yùn)營(yíng)成本(萬(wàn)元)分別為721.89、7.22、394.43。綜上,棄風(fēng)供暖系統(tǒng)在進(jìn)入運(yùn)行階段的第t年總現(xiàn)金流出量為401.65萬(wàn)元。2.3設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益材料關(guān)指標(biāo)對(duì)比電鍋爐建設(shè)期較短,通常當(dāng)年建設(shè)當(dāng)年投產(chǎn),運(yùn)行期也即鍋爐使用年限為20年,所得稅稅率為25%。計(jì)算得出稅后凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率和動(dòng)態(tài)投資回收期,并與集中供暖情況下的相關(guān)指標(biāo)對(duì)比,如圖4所示。以8%的折現(xiàn)率對(duì)棄風(fēng)供暖系統(tǒng)的NPV進(jìn)行測(cè)算為513萬(wàn)元,IRR為12.38%,該項(xiàng)目約在12年后就會(huì)收回投資成本。與集體供暖方式相比,該項(xiàng)目資源配置的經(jīng)濟(jì)效率達(dá)到了可接受的水平,具有可行性。就本例而言,該棄風(fēng)供暖系統(tǒng)在一個(gè)供暖期可新增消納風(fēng)電8381450kWh。由圖5可以明顯看出,與集中供暖方式相比,棄風(fēng)供暖系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能減排效益,它將棄風(fēng)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(zhì)量,又可以有效地就地消納棄風(fēng),促進(jìn)風(fēng)電更好發(fā)展。3風(fēng)電消納回收利用吉林地區(qū)風(fēng)電棄風(fēng)問(wèn)題是制約其大規(guī)模發(fā)展的瓶頸,因此,在供暖期也是風(fēng)電出力較大的時(shí)段,聯(lián)合采用蓄熱式電鍋爐和直熱式電鍋爐利用棄風(fēng)供暖,不僅可實(shí)現(xiàn)就地消納風(fēng)電以促進(jìn)風(fēng)電發(fā)展,而且能有效緩解能源消耗壓力,獲得