摘要：利用弃风电供热是解决我国“三北”地区弃风电现象的重要途径之一。结合我国北方地区的供热需求和弃风电现状，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；开发模式；经济性
引言
随着社会的不断发展，生产生活方式的不断提高，对电力用量的需求也在逐步上升，常规形式的发电已经对环境、水土等造成了一定破坏，因此，清洁能源的使用和推广是顺应时代发展要求的。风电供热系统更是其中的重点发展项目之一。基于用电负荷作用，夜间是内蒙古地区电网负荷低谷时间段，随着内蒙古风电规模不断扩大，在冬季供暖期优先保证热电联产机组运行的情况下，全区的大部分风电场在冬季夜间供暖期都需要参与调峰，对风电运行时数产生明显影响。利用风电电力代替燃煤锅炉为城镇供热，可以增加地区用电负荷，提高风电本地消纳能力，减轻电网外送压力，并且对环境的保护起到积极的作用，对风电持续发展具有重要的意义。
图1 电锅炉直接供给用户流程图
图2 电锅炉经过二次换热供给用户流程图
1风电供热方式选择分析
（1）电极锅炉与电阻锅炉工作原理。常用电热水锅炉主要有电极锅炉和电阻锅炉两类。电极锅炉内筒里的三相电极浸在水中，三相电极通电后直接加热具有一定电导率的炉水，在电流的作用下，炉水被迅速加热。电极锅炉可以直接接到6kV-25kV的三相供电线路，不需要降压变压器；通过精简组件数量，简化电气安装程序；电极锅炉可连续卸载，热量无级可调；锅炉在1%~100％可做无极调节，出水温度控制范围±0.5°C；热效率在99%以上。电阻锅炉采用高阻抗管形电热组件加热介质水。管形电热组件是由金属置外壳、电热丝和氧化镁三者组成。电阻锅炉最大的优点是水中不带电，使用较为安全。通常用电等级为380V，需要设置低压配电系统。单台锅炉容量较小，对水质要求为软水即可，其热效率在98%以上。（2）电锅炉无蓄热供暖系统。电锅炉无蓄热供暖系统可分为电锅炉直接供给用户系统与电锅炉通过二次换热供给用户系统。系统流程图1、图2。通过电阻锅炉的介质只需软化水即可，而电极锅炉要求水质为控制电导率的纯水。因此电锅炉直供系统只适用于电阻锅炉，电锅炉通过二次换热供暖系统适用于电阻锅炉或电极式锅炉。
2风电供热项目经济性分析
为了更好地分析风电供热项目的不同投资开发模式下的项目经济性，本节以我国北方地区2017年建成的某风电项目为例分析。其中风电场装机容量为5.1万kW，电供热热力站的总供热面积为10万m2，建筑物均为节能型建筑，且新建室外管网，不含建筑物内的供热末端设备。从电网变电站到热力站的电力增容费用由当地国网公司负担，且以加收过网费或销售电量的形式回收成本。首先分析风电场在不参与风电供热项目情况下的理论经济性和实际现状。风电场共安装17台明阳集团供应的MySE3.0-121机型，项目的全生命运营周期为20年，其它主要计算参数如表1所示。
表2为该项目在全额上网和保障小时数内风电上网的整体经济性评价和比较。由表可知，由于当地风电消纳存在巨大问题，导致风电场的税后内部收益率（IRR）大幅下降，投资回收期拉长，同时也产生大量的弃风电，形成能源和资源的全面浪费。因此，需要寻找更好的办法解决风电场弃风，增加风电场的收益。若风电场业主参与当地清洁能源供热，系统采用高压电极锅炉+热水蓄热系统，项目的全生命运营周期为20年，计算在不同的风电供热投资开发模式下，不同投资主体的项目经济性。其中热力站总供热面积10万m2，当地供暖季供热日期为当年10月15日至次年4月15日。单位供热负荷按照0.52GJ/（m2·a）计算，则全年供热总负荷为5.2万GJ，电锅炉系统效率按照97%计算，则全年总用电量约为1489.2万kWh，供热系统全谷电运行，峰电时段仅辅机设备用电，按照总用电量的3%计算。项目的其它主要计算参数如表3所示。
若风电场业主投资建设热力站和热网，对居民进行电力供热，即第一种风电供热投资模式。分析可知，该模式下，整个风电供热项目全投资税后内部收益率为6.69%，资本金税后内部收益率为9.34%，投资回收期缩短为11.44年。若风电场业主只负责热力站的建设和运营，向当地供热公司售热，当地供热公司负责相关热网建设和统一运营管理，即第二种投资模式。分析可知，风电场全投资税后内部收益率为6.54%，资本金税后内部收益率为9.01%，投资回收期缩短为11.56年。而供热公司在原有城市热网基础上，扩建该区域的二级管网，并负责向居民供热。该部分的税后年收入为45.8万元/年。若当地供热公司负责电供热热力站的建设和运营，通过现有或新建供热管网向居民供热，风电场业主通过向热力站销售弃风电形式增加其收益，即第三种投资模式。其中，风电场弃风电电价为0.05元/kWh，用电企业到户的谷电电价为0.10元/kWh。分析可知，风电场全投资税后内部收益率为6.89%，资本金税后内部收益率为9.64%，投资回收期缩短为11.33年。而供热公司负责建设热力站和二级供管网，并负责向居民供热。该部分的税后年收入仅为32.5万元。主要因为电供热热力站的初投资和运行费用均较高，同时居民热费又相对较低，根本无法实现盈利。若第三方投资建设和运营电供热热力站，向风电场购电，同时向当地供热公司售热；供热公司通过现有或新建供热管网向居民供热，风电场业主通过销售弃风电增加其收益，即第四种投资模式。
结语
综上所述，内蒙古林西县风电供热试点项目的系统使供热电站锅炉运行和风电场有机的结合起来，对电网昼夜负荷谷峰进行了有效的平衡，使当地的用电负荷有效提升，提高了本地风电的消纳能力，特别是在夜间电力负荷低谷时段。城市的供热系统使用风电电力进行，是近年来能够解决风电消纳难题的有效途径，有利于风电场的运行，解决了弃风限电的问题，使风能资源得到有效利用。
参考文献：
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论文作者:常嘉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：风电论文; 锅炉论文; 电锅炉论文; 项目论文; 电极论文; 风电场论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第15期论文;