河北某地居民小区电锅炉蓄热供暖方案初探

高逸峰+胡全喜

摘 要：本文主要通过对电锅炉蓄热供暖方案的研究，提出具体方案，解决河北某地居民小区冬季采暖问题。通过各方面的論证分析，得出所采用的电锅炉蓄热供暖方案无论在国家政策还是实际经济性方面都是可行的。

关键词：电锅炉；蓄热；绿电供暖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.057

1 前言

本方案是为了解决河北某地居民小区冬季采暖问题，该小区主要建筑类型为住宅和商业，总供暖面积约为100万m2。当地可再生能源丰富，规划2030年清洁电力发电装机规模达到5000万千瓦，然而，消纳不足已经成为制约可再生能源发电的瓶颈。为了推动能源生产和就近消纳，减少弃风、弃光限电，促进可再生能源消纳。结合本地区“煤改电”、集中供热清洁改造，探索实施绿电供热新模式，本方案拟采用电锅炉蓄热的方式解决冬季采暖问题。

2 方案设计条件

冬季室内设计温度：t1=18±2℃

冬季室外供暖设计温度：-13.6℃

冬季室外极端最低温度：-24.6℃

实际供暖天数150天

国家相关规范和标准。

3 热负荷计算

以冬季采暖室外计算温度-13.6℃为依据，以≤10℃为基础供暖期天数为150天，本工程建筑物类型主要为住宅和商业，采暖指标平均为50w/m2计算。

从采暖热负荷分布分析，早晨及夜间热负荷最高，日间热负荷趋于较低。最大负荷只是从冷态进入热态时才出现，当室内温度达到18℃-20℃时，系统只需要维持一定的供热量即可满足室内温度的需要。由于一天不同时段室外温度的不同，采暖系统正常运行负荷一般在30%～80%。由于蓄热系统采用了先进的控制技术，可精确的控制蓄热系统的投用负荷，因而蓄热系统供热并不是所有的时间都是满负荷运行，还应乘修正系数。

4 方案比选

4.1 蓄热系统的形式

（1）本方案采用电能蓄热系统：在电力低谷期间，利用电作为能源来加热蓄热介质，并将电能储藏在蓄热装置中；用电高峰期间将蓄热装置中的热能释放出来满足供热需要。其优点是：平衡电网峰谷负荷差；充分利用廉价的低谷电，降低运行费用；系统运行的自动化程度高，无噪声，无污染，无明火。

（2）本方案电能蓄热系统的蓄热介质为水：将水加热到一定的温度，使热能以显热的形式储存在水中，当需要用热时，将其释放出来提供采暖用热需要。其优点是：方式简单，清洁、成本低廉。

（3）蓄热系统热源由电极热水锅炉、蓄热罐组成、板式换热器、水泵等。

4.2 电极热水锅炉原理

电极热水锅炉是将电能转化热能，并将热能传递给介质的能量转换装置，他由两个环节组成

（1）将电能转化热能：三相电流通过设定电导率的炉水释放大量热量。

（2）将热能传递给介质：通电后，不断地产生热量，并被介质（水）不断地吸收带走，介质（水）由低温升至高温，再由循环水泵送到热用户，释放能量，介质（水）再由高温降至低温，进入电极锅炉，以此往复保持热量平衡。

4.3 谷电时间段

供热期24小时用电负荷、风电负荷、热电联产、温度变化象限表如下表所示。

4.4 蓄热模式

蓄热模式可以分为：分量蓄热模式和全量蓄热模式。

分量蓄热模式：即夜间主要蓄白天峰段时间的负荷量，在白天平段时间（平段价格相对峰段便宜）电极锅炉开启，进行热补充。该模式主要用于由于受机房区域面积限制，没有足够空间安置蓄热罐。该模式优点是设备初投资相对降低。但运行费用较之于全量蓄热模式会相对增加。

全量蓄热模式：即对白天峰段和平段的所有负荷量进行蓄热，充分利用夜间谷段价格优势。该模式优点是运行费用低，设备投资回收期短。缺点设备初投资相对大。

5 设备选型原则

5.1 锅炉选型原则

主要计算公式：

锅炉功率（kw）=夜间直供功率（kw）+蓄热功率（kw）

夜间直供功率（kw）≥夜间热负荷（kw）

蓄热功率（kw）=总蓄热量（kwh）/夜间谷段蓄热时长（h，一般为8小时）

锅炉总功率（kw）=锅炉功率（kw）/锅炉效率*系统热损失系数

5.2 蓄热罐选型原则

计算公式：蓄热的水容量应为：

V=Q×860/1000×△T2

其中 V——蓄热水容积m3

Q——白天峰段和平段总热负荷量kwh

6 设计方案

6.1 方案设计

根据负荷情况考虑100%负荷蓄热方案。

本方案根据100%负荷避峰、避平的原则分析，全天采暖累计热负荷为：1038000kW，8小时内需完成的总蓄热负荷为702000kW，则每小时的蓄热负荷为87750 kW；谷电直供部分总负荷为336000kW，8小时谷电直供的每小时平均热负荷42000kW，谷电时段每小时的总热负荷为129750kW。

本方案按照利用夜间低谷电8小时电锅炉运行，蓄热供白天16小时采暖，晚间8小时直供，选用40MW高压电极热水锅炉3台和10MW高压电极热水锅炉1台夜间边蓄边供。

高压电极热水锅炉

功率： 40MW

电源： 10kV/50HZ/中性不接地

最高工作压力：0.6MPa

最高工作温度：130℃

负荷调节范围：5%—100%

热效率： 99.8%

数量： 3台

功率： 10MW

电源： 10kV/50HZ/中性不接地

最高工作压力：0.6MPa

最高工作温度：130℃

负荷调节范围：5%—100%

热效率： 99.8%

数量： 1台

承压罐总容积：702000*860/（110-55）/1000=10977m3

蓄热球罐容积：1900m3

额定工作压力：0.6MPa

额定工作温度：120℃

数量： 6台

6.2 运行策略

供暖系统全天运行的方式如下：

23：00-07：00（谷电），电锅炉向采暖系统直接供热；

07：00-23：00（峰平电），蓄热罐供热。

7 经济分析

按照上述方案总投资预估为7900万元。

一天的鍋炉总电耗量为1038000kWh。

a. 供暖面积：1000000 m2

b. 居民收费36.47元/m2，公建42元/m2

c.低谷电价：0.2元/kWh 平电0.89元/kwh

d.每个供暖季电锅炉运行费用：1038000kwh/天×0.2元/kwh×150天=3129.8万元

e. 其他时段水电杂费

电费：45kw/h×6×20小时×150天×0.89元/kwh=720900元 ≈72.1万元

水费：5万元

f. 供暖期人工：3000元/月×4人×5月=60000元=6万元

g. 供暖运行成本合计：

3129.8万元 + 72.1万元 + 5万元 + 6万元 =3212.9万元

h. 平均每平方米的供暖成本约为：32.1元/m2

8 结论

通过本方案分析不难看出，在低谷电价为0.2元/kWh的条件下，供暖成本每平米约为32.1元，仍是比较高的。但是随着据了解当地一些弃电价格还会更低，那供暖成本将会大幅下降，就比较具有竞争优势。对于当地社会环境，使用电锅炉能够有效减少污染排放，是解决当地环境污染问题的重要途径。针对电网企业，能够有效平衡电网负荷峰谷，提高夜间低谷电利用率。对于发电企业，提高发电设备利用效率，增加发电量、降低发电成本。基于以上几点，采用电锅炉蓄热供暖方案应该是可行的。