利用風(fēng)電的高壓電極鍋爐附加熱水蓄熱裝置聯(lián)合供熱系統(tǒng)項目經(jīng)濟(jì)性評價

利用風(fēng)電的高壓電極鍋爐附加熱水蓄熱裝置聯(lián)合供熱系統(tǒng)項目經(jīng)濟(jì)性評價

1電輔助加熱裝置，熱壓計算近年來，我國風(fēng)力行業(yè)發(fā)展迅速，尤其是具有良好風(fēng)資源條件的三北地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行能力不斷增強(qiáng)。目前，我國風(fēng)電供熱的主要技術(shù)應(yīng)用路線有:空氣源(或地埋管地源熱泵)附加電輔助加熱裝置，電鍋爐(高壓電極鍋爐等)附加熱水蓄熱裝置、電熱膜或發(fā)熱電纜等。其中，采用含熱水蓄熱裝置的電鍋爐供熱系統(tǒng)是技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的技術(shù)應(yīng)用路線本文以我國西北某地利用風(fēng)電的高壓電極鍋爐(以下簡稱電極鍋爐)附加熱水蓄熱裝置聯(lián)合供熱系統(tǒng)(以下簡稱聯(lián)合供熱系統(tǒng))為例，在負(fù)荷分析基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備選型，介紹工藝流程、運(yùn)行模式及電價、熱價的制定，對項目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評價和敏感性分析。2該項目的內(nèi)部設(shè)計2.1燃煤供熱規(guī)劃甘肅省瓜州縣城南已有熱源廠一座(第一熱源廠)，安裝5臺熱功率為29MW的燃煤熱水鍋爐。隨著城市擴(kuò)建和城區(qū)內(nèi)分散式燃煤鍋爐的拆除，第一熱源廠的供熱能力已無法滿足城區(qū)居民供熱需求。因此，在城西規(guī)劃新建1座以風(fēng)電為主要能源的第二熱源廠，采用聯(lián)合供熱系統(tǒng)。第二熱源廠分3期建設(shè)，建成后總供熱面積為300×102.2供熱期典型日逐時負(fù)荷率(1)負(fù)荷分析一期工程供熱建筑均為節(jié)能建筑，其中居住建筑供熱面積占65%，公共建筑供熱面積占35%。根據(jù)CJJ34—2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》，居住建筑供暖熱指標(biāo)取40W/m谷電時段聯(lián)合供熱系統(tǒng)采取邊供熱邊蓄熱的運(yùn)行模式，平峰電時段由熱水蓄熱裝置供熱。若遇極端寒冷天氣，熱水蓄熱裝置無法滿足供熱需求時，電極鍋爐啟動參與供熱。當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)用電分時電價見表2。綜合分析該地區(qū)歷史供熱數(shù)據(jù)，結(jié)合供暖期室外溫度變化及建筑功能等情況，歸納供暖期典型日逐時負(fù)荷率α，見表3。表3中，第1h表示[0:00,1:00)，第2h表示[1:00,2:00)，以此類推。由表3數(shù)據(jù)，可計算得到典型日用戶總需熱量為867.15MW·h。(2)設(shè)備選型按照電極鍋爐僅在谷電時段運(yùn)行(即供暖期典型日用戶總需熱量，由電極鍋爐集中在谷電時段生產(chǎn))，平峰電時段用戶需熱量由熱水蓄熱裝置承擔(dān)的原則，對電極鍋爐的設(shè)計熱功率、熱水蓄熱裝置的有效容積進(jìn)行計算選型。a．電極鍋爐電極鍋爐的設(shè)計熱功率P的計算式為:式中P———電極鍋爐的設(shè)計熱功率，MWQtη谷電時段時間為8h，電極鍋爐熱效率取98%。將其他已知參數(shù)代入式(1)，可計算得到電極鍋爐的設(shè)計熱功率為110.61MW?？蛇x擇單機(jī)熱功率為40MW的電極鍋爐3臺，總熱功率為120MW，安全系數(shù)為1.085。b．熱水蓄熱裝置熱水蓄熱裝置采用蓄熱水箱，由表2、表3可知，蓄熱水箱的蓄熱量為平峰電時段用戶需熱量(585.15MW·h)。根據(jù)05R401-3《承壓式蓄熱罐》，蓄熱水箱有效容積V的計算式為:式中V———蓄熱水箱有效容積,m蓄熱水箱的進(jìn)、出水溫度為60、90℃，進(jìn)出水溫差為30℃。蓄熱水箱進(jìn)出口算術(shù)平均溫度對應(yīng)的熱水密度取974.83kg/m2.3平峰電時段充放電聯(lián)合供熱系統(tǒng)的實際工藝流程比較復(fù)雜，為了方便研究，我們對實際工藝流程進(jìn)行了等效簡化處理(見圖1)?；趫D1的工藝流程，聯(lián)合供熱系統(tǒng)可實現(xiàn)以下5種運(yùn)行模式。(1)運(yùn)行模式1。在谷電時段，采取邊供熱邊蓄熱。閥門V1～V4開啟，循環(huán)泵P1～P4開啟。(2)運(yùn)行模式2。在平峰電時段，采取蓄熱水箱供熱。閥門V1、V2關(guān)閉，閥門V3、V4開啟。循環(huán)泵P1、P2關(guān)閉，P3、P4開啟。(3)運(yùn)行模式3。在極端寒冷天氣，建筑物耗熱量超過設(shè)計熱負(fù)荷，采取電極鍋爐、蓄熱水箱聯(lián)合供熱。閥門V1～V4開啟，循環(huán)泵P1～P4開啟。(4)運(yùn)行模式4。在極端寒冷天氣，蓄熱水箱放熱結(jié)束后，仍無法滿足用戶熱負(fù)荷時，采取電極鍋爐直接供熱。閥門V3關(guān)閉，閥門V1、V2、V4開啟，循環(huán)泵P1、P2、P4開啟，P3關(guān)閉(走旁通)。(5)運(yùn)行模式5。在供暖期未開始前，采取蓄熱水箱單獨(dú)蓄熱，將熱量儲存在蓄熱水箱內(nèi)，待供暖期開始后使用。閥門V1～V3開啟，V4關(guān)閉。循環(huán)泵P1、P2開啟，P3、P4關(guān)閉。3電價降低及結(jié)算電價、熱價的制定采用了多邊交易方式。在多邊交易過程中，當(dāng)?shù)卣?fù)責(zé)協(xié)調(diào)項目各方，并督促執(zhí)行。熱源廠用電電價遵循當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)用電分時電價(見表2)。月容量費(fèi)為22元/(kV·A·月)。按照上述用電價格及月容量費(fèi)測算，項目將嚴(yán)重虧損。因此，需要項目各方通過多邊交易(涉及熱源投資公司、風(fēng)電場、電網(wǎng)公司、供熱公司等)降低熱源廠用電電價。在平峰電價不變的基礎(chǔ)上，風(fēng)電場對熱源廠低谷用電電價在原0.2541元/(kW·h)基礎(chǔ)上讓渡0.24元/(kW·h)后，降至0.0141元/(kW·h)，并由電網(wǎng)公司向熱源廠進(jìn)行結(jié)算。電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)熱源廠供配電系統(tǒng)的建設(shè)，以收取容量費(fèi)形式回收建設(shè)成本。熱源廠以27元/(m4經(jīng)濟(jì)評估和敏感性分析4.1項目單位循環(huán)泵能耗計算一期工程總造價為9500×10(2)項目年收益熱源廠出售給供熱公司的熱價為27元/(m(3)項目年支出根據(jù)表1數(shù)據(jù)及供暖期時間，可計算得到不同室外溫度對應(yīng)的延續(xù)時間及對應(yīng)的熱負(fù)荷循環(huán)泵的耗電量計算比較復(fù)雜，參考傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的循環(huán)泵耗電量考慮到在供暖期極端寒冷天氣時，電極鍋爐將在平電時段開機(jī)運(yùn)行。電極鍋爐的耗電量中有98%為低谷電，其余2%為平電。循環(huán)泵耗電量中有40%為低谷電，其他耗電量中平峰電各占50%。根據(jù)平峰電價及讓渡低谷電價，可計算得到項目年電費(fèi)為386.42×10月容量費(fèi)按照22元/(kV·A·月)計算，實行每15d申報1次(15d的容量費(fèi)取月容量費(fèi)的50%)，則供暖期需申報10次容量費(fèi)。供暖期申報容量及容量費(fèi)見表4。由表4數(shù)據(jù)，可計算得到項目年容量費(fèi)為1051.6×10供暖期的耗水量為3.5×10(4)動態(tài)投資回收期動態(tài)投資回收期n式中n將已知參數(shù)代入式(3)，采用EES軟件，可計算得到該項目的動態(tài)投資回收期為9.85a。項目使用壽命為25a，由此可知，項目具有一定贏利空間。4.2單因素敏感性分析由經(jīng)濟(jì)性評價結(jié)果可知，該項目目前具有一定贏利空間。但風(fēng)電場對熱源廠低谷用電電價的讓渡幅度、熱價均為不穩(wěn)定因素，因此筆者將這2個參數(shù)作為敏感性因素，對項目投資回收期的影響程度進(jìn)行單因素敏感性分析。由敏感性分析結(jié)果可知，風(fēng)電場對熱源廠低谷用電電價的讓渡幅