基于清洁能源供暖促进弃风消纳研究

李福 赵继伟 沈阳恒久安泰环保与节能科技有限公司

中国“三北”地区是弃风量最大的地区，同时也是我们研究攻克的难点，其中内蒙古地区具有丰富的风力资源，但是目前内蒙古地区以热电机组为主，并且在冬季供暖期，热电机组存在“以热定电”的局限性，会大幅增加风电并网的可调性，风力发电本身具有季节性和不确定性这些因素，使得风电消纳的问题存在。如果风电大发为了维护电网的平衡就只能采用弃风的手段。为了解决这些问题政府出了很多政策，鼓励用新能源电力供热取代传统的供热，并且采用蓄能技术储蓄弃风，降低弃风率。

一、移动蓄热装置系统

北方地区展开了依靠蓄热式的电锅炉供暖达到电能向热能的转化效果，使消纳风电的能力改善。这一移动蓄热供热技术灵活性较高，在夜晚用电负荷低谷的时候进行弃风电量蓄热装置加热，其利用弃风电产生的热能可以给用户供热，剩余的储存起来按需释放。移动蓄热供暖项目的运行，使电网用电低谷负荷增加，大大改善了风电的就地消纳的能力，弃风电在蓄热装置中转换热能后，可以做到随时运输到需要的热工业园区以及居民住宅小区，不仅可以解决了能源浪费，又减少了传统供暖的环境污染问题。利用弃风电量进行移动供暖这一举措可以显著的改善风能利用率，给风电行业带来了新的推动力。

（一）移动蓄热装置的构成

移动蓄热装置采用一体化结构设计，将加热、蓄热、换热、放热及控制功能组合而成的。以弃风电力作为热源，主要包括蓄热体、空气循环、水循环和中央控制单元四部分。可以看出移动蓄热装置主要由配电柜、蓄热砖、发热电阻丝、换热系统、可调速循环系统、绝缘底座等组成。其中，中央单元协同其他部分工作，保证机组的安全性和经济性的运行。装置的加热部件能够把蓄热装加热到650℃以上，根据供热情景，循环风机智能改变风速驱动风道内的空气，高温蓄热砖产生的温度在循环风的作用下送到换热器实现热量交换。

（二）移动蓄热装置的工作原理

移动蓄热装置是一种可以储存能量的装置，其中的蓄热砖密度高，实现储热依靠低谷弃风电，并按需释放热量。其工艺流程为：加热→固体蓄热存储→取热→热交换→供热末端。移动蓄热装置利用弃风电量进行蓄热，蓄热体和循环系统在中央控制系统的控制下智能运行。

（三）移动蓄热装置的优势

（1）可以利用廉价低谷电蓄热，蓄热量可在用电高峰段释放，能够显著地实现削峰填谷，优化电网负荷。（2）减少火力发电带来的环境污染，同时做到了节约资源。（3）智能化控制，运行可靠，减少热量浪费，在一定意义上做到了无人值守。

二、蓄热式电锅炉加入新能源供暖

蓄热式电锅炉目前分为固体蓄热式电锅炉和水箱蓄热式电锅炉，其工作的原理分别是以水能蓄热和蓄热砖蓄热。相比起水箱蓄热式电锅炉固体蓄热式电锅炉具有占地面积小、蓄热更稳定的优点，本文采用固体蓄热式电锅炉。由电能转换为热能储存在蓄热砖中，在热负荷用户需求时把储存的热能释放。

三、基于粒子群算法的优化

算法本文采用粒子群算法为多目标优化的算法。

四、仿真分析本文

以电脑模拟以一天为周期24小时弃风量，通过与未进行优化的传统模型进行对比分析，结果如下。

（一）日供热对比

相比优化前的深色线，优化后的浅色线更加的平稳、稳定，这样既保证了热负荷用户的供热需求、提高了用户的舒适度，同时也避免了热量溢出导致的浪费。

（二）蓄热罐能量的变化

优化后蓄热罐对热量的蓄量明显比优化前更加充裕，同时也意味着对能量的利用率也得到了提高。

（三）电锅炉加热功率的变化

优化后相比优化前在用电的高峰期加热功率明显下降，这样一方面错开用电高峰期的高电价节约了成本，另一方面风力发电并网提供了更多的可调性。

（四）非弃风功率的变化

从本文中可以理解所谓非弃风功率实际上就是从电网直接购电的部分，因为国家政策的发行在用电高峰期越少的购电则越节约成本。优化后相比优化前在用电高峰期减少了购电在用电的低谷期则增加了购电这从一定程度上节约了大量的成本，进一步保障了以最小成本为目标函数的实现。

（五）弃风功率的变化

优化后的曲线更加接近风电场在该时刻所产生的弃风资源，这样极大程度上保证了我们第一个目标函数的实现。

五、结语

本文通过对蓄热式电锅炉目前的局限性以及现有弃风消纳所存在的问题进行分析并解决，利用粒子群算法对传统模型进行多目标优化并通过仿真得出优化结果。通过对比分析本次优化取得了较为理想的结果，实现了最大消纳弃风和最小成本的目标函数。