张家口市风电电能本地消纳的研究——以河北建筑工程学院风电供暖示范工程为例

刘建臣 杜春梅 董灏霞 李亚亚

(河北建筑工程学院,河北 张家口，075000)

张家口市风电电能本地消纳的研究
——以河北建筑工程学院风电供暖示范工程为例

刘建臣 杜春梅 董灏霞 李亚亚

(河北建筑工程学院,河北 张家口，075000)

研究探讨了张家口地区风电本地消纳的模式，可行性，以及应采取的相关技术和对策.并以河北建筑工程学院风电供暖示范工程为例介绍了风电电能本地消纳的应用.利用储热和储能进行持续供暖，合理协调风电、输电和用电三方利益.

风电；本地消纳；供暖；储能；储热

1 研究背景及意义

我国有丰富的风能资源，风能总储量大32亿千瓦.在上个世纪五十年代，我国引进风电技术.在经历了早期示范、探索、发展与大规模发展四个阶段后，风电行业规模迅速增大.风电是除水电以外，目前技术最成熟、建设成本最低，也是在未来最具有开发价值的绿色能源，因而逐渐受到重视.

2 弃风现象的产生

伴随着风力发电建设规模的不断扩大，风电窝电的辐射范围和严重程度也随之加大，但是由于本地消纳风电的能力不足，并且外送通道不畅，导致弃风现象的发生在我国，风资源与用电需求存在时间和地域的不协调性，在时间上：冬季和春季风资源丰富，但用电需求少，消耗不了那么多的电，在地域上：我国的风电大负荷却不是在风资源好的地方，电网尚未完善，输送困难，导致该地区的风场常常被限电.

中国可再生能源学会风能专业委员会名誉主任施鹏飞指出，解决“弃风限电”问题有两条途径：一是进一步完善跨区输电通道，将更多风电从我国北部和西部输送到东部电力负荷中心，在全国范围内对风电进行优化配置；二是在风电产地建立风电供热示范项目，在冬春风电生产旺季将可能放弃的风电利用起来，为带有储热装置的电力供暖系统供电，实现就地消纳.京津唐电网目前消纳风电能力已经饱和，张家口市风电发展有无法高集中开发和远距离、高电压输送的问题，风电输送到其它电网的问题近期难以解决，由此造成的大量的弃风和限电.风电供热项目可解决风电场弃风现象,风电场弃风问题并不是由于发电比例过大，而是无法消纳太多的风电.有关专家认为，风电供暖是目前新探索出来解决风电消纳的有效途径之一，市场化将是其可行与必行的趋势.本文以河北建筑工程学院风电供暖示范项目为例，研究探讨张家口地区风电本地消纳的模式，可行性，以及应采取的相关技术和对策.通过风电供暖将无法消纳的电量利用起来，将电量利用率最大化从而解决风电本地消纳问题.

3 张家口地区风电供暖的优势及可行性分析

张家口地区风能资源丰富，特别是在供暖时区风电的发电量大，随着风电开发规模的扩大，风电取代燃煤热电具有重大意义.弃风限电使用矿物燃料，一方面浪费了宝贵的清洁能源，另一方面大量的燃煤供热造成了严重的环境污染，导致京津冀地区的空气质量不断恶化.因此推广风电供暖不仅解决弃风问题，而且对改善京津冀大气环境具有重要意义.同时可以大大减少系统调峰的压力，减少蓄电池组项目运行压力.

3.1 非并网风电系统改造

风电供暖对供暖系统的改造重点是将原有中的燃煤锅炉更换成电锅炉，这方面的改造经济可行，且易于实现.其次是风电并网改造问题，这在技术和经济上都有一定难度.针对风电供暖系统对电能质量要求相对不高及风能的随机性等特点，研究风电供暖系统的难点问题，并提出对风力发电机系统的一些改造方案，使风电系统能够与供暖系统结合程度更佳，从而进一步提高风能利用率.

3.2 张家口地区供暖体系现状

张家口地区冬季供暖目前由各个供热公司、小锅炉等分散式经营，也就是说每个都是一个独立的微网体系.而且目前绝大部分都是采用燃煤供暖，造成了周边地区的环境恶化，对京津冀大气环境造成一定影响.

风电供暖是解决能源浪费及环境污染的一个根本途径，但是风电供暖的大规模推广面临很多难题，解决这些难题，一方面需要政府出台相关政策，大力推动风电供暖，另一方面需要逐渐建立小规模的试点工程，逐渐推动风电供暖.

4 河北建筑工程学院风电供暖实施方案

风电供暖体系应该优先考虑混合储能系统，风电并网或者制热系统，同时结合本地区风力白天小、夜间大的特点，得出白天利用太阳能以补偿风能，以期更好的实现风能的稳定性.

4.1 供热地点概述

河北建筑工程学院地处张家口市，经前期论证和省发改委批复，作为风电供暖的示范单位.河北建筑工程学院地质条件较好，无不良地质作用与环境地质问题，地基稳定.其占地面积59.94万m2，总建筑面积39.29万m2，容积率为0.57%，绿地率为43.3%.河北建筑工程学院现在是自己烧锅炉供暖.所以可在原有的建设上对其改造.2015年三期项目完成后，建筑面积将达到39.29万m2.

张家口冬天来得早，冬天很冷，所以11月1日就开始供暖，每年河北建筑工程学院供热天数150天，3600小时，室外采暖计算温度-12 ℃.

4.2 热负荷的确定

河北建筑工程学院截至目前3期工程的建筑物，每一期的不同建筑物的综合热指标也不同.综合各个建筑物的采暖热指标根据城镇供热网设计规范(CJJ34-2010)要求，热源、热网及相关设备将根据最冷月负荷进行设计.

计算出来供热综合面积热指标为q为53.669 W/m2.

根据采暖的设计热负荷计算公式:Q=q·F

其中：q-采暖热指标：53.669 W/m2F-集中供热面积：39.29万m2

经计算采暖设计热负荷Qmax=21.09 MW.

所以可以根据不同建筑物的使用时间进行供热调节，起到节能作用.因为时段有区别，热负荷特性在空间和时间上都有差异，既有较大的节能空间，又有其调节上的复杂性.校区有些建筑物晚上无人，可按值班考虑，学生公寓白天人也不多，放假可降低能耗.全校最大运行热负荷为10.93 MW，出现时间为一月份，工作时间段6：00-8:00.由于供热管存在水力失调等因素，通过调研和分析确定15%的负荷余量系数，即上述学校热负荷需要乘以1.15的系数.

学校最大热负荷Qmax=10.93×1.15=12.57 MW.

寒假期间.校内的各个建筑物处于值班状态.采暖室外计算温度为-12 ℃，室内计算温度为5 ℃.假期为40天，所以通过计算可知寒假热负荷为6.68 MW.

4.3 供热年耗热量计算

非寒假期间室内计算温度为18 ℃，则：

根据计算非寒假期间Q=9.0504MW,则非寒假期间11天能耗=0.0864×9.0504×110×1000=86015GJ

寒假40天计算能耗=0.0864×6.68×(18+3.6)÷(18+12)×40×1000=16621.97GJ

所以，学校年计算耗热量为102636.98GJ.

4.4 用电量估算

本项目风电供暖年采暖耗热量为102636.98GJ，电锅炉的功率为13MW，单台热效率为98%，一次网及蓄热水箱的热损失系数取3%(即利用率为97%)，则电锅炉的年耗电量为：

102636.98÷97%÷98%×100÷3600=2999.19万千瓦·时，本项目供热系统还有其他设备耗电量大约为107.13万千瓦·时.由以上数据计算可知本供暖系统的年耗。

4.5 效益分析

本项目确定计算期17年，建成需要2年，生产运营期15年.本项目实施后，成本费主要包括燃料费、电费、水费、工资及福利、固定资产折旧费.折旧费依据《建设项目经济评价方法与参数》(第三版)规定的平均综合基本折旧费(基本国产)6.3%，此项目总投资7259.94万元，则折旧费为457.38万元，日常维修及大修费占总投资的4%，日常维修及大修为290.40万元，其它费用率4%，则为290.40万元.

项目运行后，晚上供暖8个小时，同时还需储蓄非低谷电时段的16个小时的耗热量，学校所需电功率为3.771万千瓦.参与风电供热电量为2999.19万千瓦·时，电价取0.3117元/千瓦·时(双蓄电价)，每年的电费为2999.19×0.3117=934.85万元.非低谷电时段，电锅炉及锅炉房其他设备年耗电量为107.94万千瓦·时，电价0.7433元/千瓦·时(平段电价)，每年电费=107.94×0.7433=80.23万元.则每年的电费总计为934.85+80.23=1015.08万元.

本项目供热系统的耗水可分为生活用自来水和系统补水两部分.本项目供热面积39.29万平米，总注水量392.9t.采暖系统二次网的循环水量为400m3/h，补水量按循环水量的1%计.软化水量=400×0.01=4m3/h.蓄热水箱的最大蓄水量为4 000m3.年消耗软化水=(4000+392.9+4×3600)÷10000=1.88万t.所以每年的水费为1.88×0.5=0.94万元.

本项目需要配备6名工作人员.其中包括管理人员3名，技术人员3名.技术员年均工资取18000元/人，管理员年均工资取19200元/人.每年工资及福利费约12.72万元.

风电场效益分析：参与风电供热电量为2999.19万千瓦·时，风电上网电价为0.52元/千瓦·时，根据张家口2015年刚出台的采暖收费标准，如果按面积计算，非居民供热销售价格为9.8元/m2·月(按建筑面积×75%计费)，则风电供热收入为2999.19×0.52+39.29×9.8×5×75%=3003.49万元.

多余的风足够支撑张家口全市每年供热所需的电量.这样供热公司也可以盈利，也降低了煤的使用量.项目一旦投产使用可以减少资源浪费，尤其可以改变河北建筑工程学院的办公及生活学习条件.

5 结束语

张家口的风资源丰富，风电供暖项目是解决“弃风限电”现象的一个非常有效的途径，如果全国性的推广，那么风资源浪费的现象将会大大减少，对全国的经济发展都会起到推动作用.风电供暖替代了传统供暖模式，也能带动科技发展.且本项目改造所使用的能源均为清洁能源，不会排出如二氧化硫、二氧化碳等有害气体，无黑烟、灰尘，没有废物需要处理，无噪声、无污染，从环境保护角度来看，最为优越.符合环境保护的相关要求.

本项目建成后，改用清洁能源和可再生能源，可以提高能源利用效率，减少能源消耗，实现节能和减排目标.并且使用清洁能源，减少了污染物排放，可以助推京津冀经济协同发展进程，真正达到社会、经济、环境三效益的高度统一.

Research on Local Heating Consumption of Wind Power Energy in Zhangjiakou City

LIUJian-chen，DUChun-mei，DONGHao-xia，LIYa-ya

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou,Hebei，075000，China)

In this paper, local consumptive pattern,feasibility,and related techniques and adopted countermeasures of wind power in Zhangjiakou area are first explored.Then,taking the wind power heating demonstrated project in Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering as an example,the application of local wind power consumption is introduced.The use of heat storage and energy storage for continuous heating can reasonably coordinated the interests among wind power, power transmission and electricity.

wind power;local consumption;heating;energy storage;heat storage

2016-08-20

河北省高等学校科学技术研究重点项目资助(ZD20131101)

刘建臣(1957-)，男，教授.

TM 7

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