基于气电互补采暖模式下的需求响应研究

史亚娟 张斌 董雪涛 王小云 翟保豫

摘 要：新疆电网新能源占比逐年增加，需求侧增长乏力，新能源消纳问题仍严峻。乌鲁木齐市冬季采暖，已经完成了‘煤改气，冬季城市空气质量问题依然严峻。探索气电互补的能源供给模式，不仅可以减少燃气对城市空气的污染，增加电网消纳新能源能力，而且可以提高城市能源供给的安全性。

关键词：气电互补;电采暖;需求响应;电能替代

引言

截止2019年底，全网总装机容量9250.43万千瓦，其中火电5437.6万千瓦（含自备电厂2999万千瓦），清洁能源（风、光、水）3695.8万千瓦。预计全网总装机10788.14万千瓦，较2019年（9250.43万千瓦）增长16.62%。

新疆的电力系统正在发生着革命性的变化，随着可再生能源替代化石能源的变革，间歇性的可再生能源大规模并网，将会给电网的运行和管理带来全新的挑战。此外，在需求侧悄然出现的电能替代，不仅成为市场化的大规模用能需求，同时也为电力系统提供了辅助服务。

深入全面落实“以电代煤、以电代油，电从远方来”能源发展战略，主动适应经济发展新常态，紧抓国家能源消费变革和防治大气污染的有利时机，推动清洁发展、环保发展，提升电能在终端能源的占比，服务生态文明，是电气化新疆的基本思路。

1 3乌鲁木齐‘煤改气采暖现状

乌鲁木齐“煤改气”工程，是目前国内最大规模的能源置换行动。两年内筹资137亿元，实现了天然气锅炉替代城区所有集中燃煤锅炉，实施了热电联产与燃气相结合的供热模式。其间新建、改扩建80座燃气锅炉房，安装燃气锅炉250台5500蒸吨，新增燃气供热面积5000万平方米。实现了能源结构的一次重大变革，彻底改变了过去以燃煤为主的供热方式。

全市空气质量优良天数由2017年的262天，增加到2018年的292天，主要污染物二氧化硫浓度降低37.6%，城市空气质量好转，冬季出现蓝天白雪的几率增加。然而，2017年，乌鲁木齐市空气质量在全国74个城市中依然在倒数10名内。乌鲁木齐市做为西部大型消费型城市，完成了由燃煤型污染，向燃油燃气型污染的转变。为今后其他城市能源转型，提供了大型现实参考样本。

与此同时，寒冷地区，冬季单一的天然气能源供应。也为城市供暖安全保障提出了新的挑战。

2 典型气电互补模式分析

2.1 天然气锅炉与地源热泵互补供暖方式

地源热泵能效高于天然气锅炉。运行模式为：正常情况下采用地源热泵进行供暖，在极端天气下二者结合使用，以确保达到供暖要求。此种供暖模式初投资高，运行稳定，维护量小，安全无污染，同时地源热泵夏季还可以制冷，运行费用小，经济性好。在电网峰段，短期参与需求响应，减少电力需求。

2.2 天然气锅炉与发热电缆互补供暖方式

天然气锅炉与发热电缆互补供暖方式为两套独立供暖系统，分别通过发热电缆和传统散热器对用户进行供热。其运行模式为：电力在峰段和平段时用燃气锅炉进行供热，在电力谷段时用发热电缆供热，在极端天氣下以燃气锅炉为主，二者结合使用，以确保达到供暖要求。由于需要单独建设发热电缆供热系统，这种供暖模式初投资成本较高，优点是供热保障性高，运行稳定，维护量小，安全无污染，经济性较好。在电网谷段，参与需求响应，增加电力需求。

（3） 天然气锅炉与电锅炉互补供暖方式

天然气锅炉与电锅炉互补供暖方式为一套串联供暖系统，电锅炉和燃气锅炉均通过现有热力管网对用户进行供热。其运行模式为：电力在峰段和平段时用燃气锅炉进行供热，在电力谷段时用电锅炉供热，在极端天气下二者结合使用，以确保达到供暖要求。由于直接利用现有热力管网实现电采暖，这种供暖模式初投资较小，运行稳定，维护量较小，安全无污染，经济性好。

不同形式的电采暖也存在各自缺点：分布式电采暖施工及改造成本较高;直接供热电锅炉无法利用峰谷电价而导致电采暖运行费用增加;蓄热式电锅炉虽然可以实现“削峰填谷”，但针对新疆乌鲁木齐地区供暖的实际需要（全天24小时供暖），目前蓄热式电锅炉无法满足这一要求，而且蓄热式电锅炉由于配有蓄热水箱，一次投资成本较高。

综合考虑环境、调温性、节能性、安全性等因素，天然气锅炉与电锅炉互补的气电一体化供暖方式具有初投资成本低，运行稳定，维护量较小，安全无污染，经济性好等优势。在电网谷段，参与需求响应，增加电力需求。由于该系统可控性好，响应迅速，将成为近期电能替代重点关注及试点使用的方向。

3 结论

（1）综合考虑环境、调温性、节能性、安全性等因素，气电互补的采暖方式具有初投资成本低，运行稳定，维护量较小，安全无污染，经济性好等优势。

（2）气电互补的采暖方式能够在电能替代重点关注及试点使用的方向发挥巨大的作用，在提高城市能源供给安全的基础上，还能够显著改善城市空气质量。

（3）在2019年乌鲁木齐市电网的基础上，冬季采用气电互补采暖模式，可增加消纳弃风、光电量30%（即100MW）以上;

（4）将电锅炉试验点放在重载的线路上，可能导致潮流不收敛;因而需要在分析对潮流影响的基础上合理选择电锅炉试点及容量。

4 结束语

面临经济新常态，能源供给侧已经出现可再生能源替代化石能源的巨大变革。电力需求侧的资源将逐渐开发出来。基于需求响应的气电互补采暖模式，不仅是增加电力负荷，还是综合资源规划的重要组成部分。在能源战略中，需求侧资源的有效开发和利用与供给侧可再生能源的开发建设具有同等重要的战略地位。

参考文献：

[1]  曹东林，电采暖在我国的发展前景浅析，机电信息.

[2]  谈小灵，浅谈电采暖技术的优越性，煤炭工程.

[3]  张凯，浅谈北京地区电采暖的使用，中国住宅设施.

（国网新疆电力公司电力科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830011）