摘要：本文总结了我国目前较为成熟的几种风电供热的整体解决方案，分析不同解决方案的供热能力、适用范围、发展前景、以及优缺点等。总结了目前常见的几种风电供热项目的投资开发模式，并分析不同开发模式的适用性和项目经济性，给出相应的风电供热项目的开发建议，为风电供热项目的高层决策提供相应的技术支持。
关键词：风电供热系统；技术路线；项目开发模式；经济性分析
1风电供热的主要解决方案
1.1风电+电热水锅炉+蓄热系统
风电具有波动性且被弃多出现在夜间低谷电时段，为了保持供热系统稳定，一般需要加装一定规模的蓄热系统。目前应用较为广泛的电热水锅炉主要有高压电极锅炉和低压电阻锅炉两种类型。高压电极锅炉是将6kV~25kV的高压电直接接入电极棒簇，通过控制电极棒在炉水的浸泡深度和水的电导率，来调节电极锅炉的功率。电极锅炉可以实现无极调节，其功率调节范围为5%~100%，在锅炉冷备状态下，90s内可以达到其最大输出功率，出水温度的控制范围为±0.5℃，锅炉热效率可达到99.5%以上。同时，系统对水质要求也极为严格，锅炉自循环系统要求具有可调节电导率的纯水，且通过一套完整的加药装置来控制锅炉自循环系统内炉水的电导率。图1为高压电极锅炉+蓄热系统的供热系统示意图。
图1高压电极锅炉+蓄热系统的供热系统示意图
低压电阻锅炉是在炉筒内布置一定规模和型号的高阻抗电热元器件，将其接入低压电中，通过电热元器件发热后，将热量传递给锅炉炉水。电阻锅炉最大的特点是锅炉水不带电，单台锅炉容量较小，一般不超过1500kW，炉内水质一般为软水即可，锅炉热效率一般为98%左右。常用的电阻锅炉的电压等级为380V。
1.2风电+固体蓄热锅炉供热系统
固体蓄热式电锅炉是近几年国内外应用逐渐增多的一种新型蓄热式供热设备。其核心为固体蓄热材料，目前应用较多的主要为高密度铁基固体合金蓄热材料和固体氧化镁砖蓄热材料。图2为固体蓄热锅炉系统的供热示意图。固体蓄热锅炉系统主要由储热系统、内置换热系统、外循环系统、通讯控制系统、供电系统、以及电气保护系统等部分组成。其工作原理为：在低谷电时段，将固体蓄热锅炉通电加热，将电能转化为热能储存在固体蓄热材料中；在峰电时段，通过炉内的热风系统和换热系统，将储存在固体材料中的热量以低温水的形式供出，通过供热管网给居民供热。
图2固体蓄热锅炉供热系统示意图
1.3风电+热泵供暖系统
目前最常采用的风电+热泵供热系统主要由风电机组、电网控制器、空气源热泵机组、蓄热系统（根据项目需求）、电辅助锅炉、供热管网、以及末端散热装置等部分组成。图3为常用的空气源热泵供热系统示意图。
图3常见的空气源热泵供热系统示意图
风电+热泵供热系统的主要优势为运行成本较低、节能效果显著，设备和系统都非常环保、无污染，系统能效比较高等主要优点。其中空气源热泵的全年综合能效比一般为1.5~3，地源热泵的全年综合能效比一般为2.5~4.5。由于热泵供热项目初投资较高，因此需要综合评估项目初投资、运行费用和其他影响因素，综合评估项目的整体经济性进行综合决策。
2风电供热项目的主要投资模式
目前风电供热项目还处于试点示范阶段，根据目前的示范项目的投资建设情况，其主要的投资开发及运营模式主要有以下几种模式：
（1）风电场业主单位负责投资建设电供热热力站、供热管网、以及其他供热附属设施，并给居民用户供热。该模式适用于新建小区且当地有风电消纳压力的区域和地区。
（2）风电场业主单位投资建设电供热热力站，并负责热力站的运营管理与维护，以一定的热价向供热公司售热；供热公司依托原有的城市热网，在需要区域的进行热网建设或改造、并将其并入原有城市热网进行集中运营与管理，向热力站购热，并供给相应居民用户。该模式风电场可以将部分无法上网的弃风电通过热能形式对外销售、增加收益。
（3）供热公司投资建设电供热热力站，并负责其运营管理，利用供热公司现有的区域热网向居民供热。风电场与供热公司通过大用户直供电形式，或者通过国家电网以三方协议形式，签订购售电协议，增加风电场收益，而供热公司通过低电价降低运营成本，增加收益。此种模式，由于热源和热网均为供热公司持有和运营，则可根据多年的供热经验和运行条件，通过智能控制、合理优化等方式降低热网损耗，提高供热利用率，增加供热收益。
（4）第三方投资单位负责投资建设供热热力站并运营管理热力站。此投资模式较为复杂，通常风电场、国家电网、供热公司、第三方投资单位以四方协议形式进行相互结算。其中风电场以较低的价格将额定上网之外的多余电量上网，增加风电场收益；热力站投资主体将生产的热能以合适的价格出售给供热公司；供热公司通过原有热网向居民用户供热；最终实现整个项目的投资和运营。
（5）业主单位投资建设热源站、供热管网，并给自己用户供热。此时，风电场、国家电网、业主单位以三方协议形式结算电价，或业主单位与风电场以大用户直购电形式进行双边电力交易。此种模式大多适用于国家机关事业单位、高校等非盈利性机构，或者大型工业园区等有一定规模的用热单位。这样可以减少大量的中间环节，避免不必要的能源浪费，从而实现节能降耗的效果。
3经济性分析
通过对风电供热项目的整体解决方案、投资模式、以及经济性进行总结分析可知，得出以下几条结论：
（1）目前风电供热项目应用最为广泛的解决方案为风电+高压电极锅炉+蓄热系统、风电+热泵+电辅助锅炉供热系统两种模式。
（2）风电供热项目较常见的投资模式有风电场投资热力站和区域管网，风电场只投资热力站当地供热公司负责供热，风电场只负责低电价供电、供热公司或者第三方投资者投运热力站和区域管网，以及业主自己建设热力站供热等几种模式。表1风电场经济性计算的主要参数如下：
（3）以上多种风电供热投资模式在限电情况下提高风电场税后内部收益率、缩短资金的投资回收期。若采用电极锅炉系统，风电场投资运营热力站对其增收较为明显；若采用热泵系统，风电场降价销售弃风电模式，对其增收较好。
（4）通过经济性分析，风电场参与供热，对存在大量弃风的风电场的收益率改善较小，风电业主、国家电网、当地政府等各相关方应当积极寻找更好的办法缓解当地弃风，提高风电场的收益率，充分利用当地优质的风资源条件，为企业增收、财政增税、社会增加发展驱动力。
结束语：
综上所述，若要使电力供热有更好的竞争力和优势，需要大力提高电供热技术、降低电供热热力站的投资成本、降低企业的用电电价、大力发展供热系统节能和建筑节能、政府给予一定的支持政策。让技术、市场、政府等一起让电力供热行业发展成为技术先进、模式成熟、市场广阔的行业。
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论文作者:贾浩宇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：锅炉论文; 蓄热论文; 风电论文; 系统论文; 模式论文; 热力论文; 风电场论文; 《电力设备》2019年第5期论文;