风电供热固体蓄热电锅炉容量选择研究

刘宏

摘要：结合供热实例，对同一供热地点，在相同采暖热负荷的条件下，采用不同容量的蓄热电锅炉，对采暖期用电量、购电费用等方面进行分析研究，最后确定合理的蓄热电锅炉容量。

关键词：风电供热；固体蓄热电锅炉；容量选择

1风电供热负荷

由于电网建设与电源建设不配套，导致蒙东电网是典型的“小负荷、大电源”送端型电网。现以蒙东某地区供热面积为节能住宅（供热设计热指标按照40W/㎡，以下简称本工程）小区为例，在相同采暖热负荷的条件下，采用不同容量的固体蓄热电锅炉，对采暖期用电量、购电费用等方面进行分析研究，最后确定合理的蓄热电锅炉容量。

2固体蓄热电锅炉简介

固体蓄热电锅炉（装置）供热系统组成部分：①加热单元。固体蓄热电锅炉（装置）是一种把电能转化为热能的设备，它的核心部件是加热元件，如陶瓷电热体、碳钢电热体、不锈钢电热体等。倘若对加热元件的质量有要求的话可以采用稀有合金材料作为外套，并且进行钝化处理，以此避免腐蚀以及结垢，延长加热元件的使用寿命；②蓄热池。蓄热池主要用来存储热量，是在低谷电时段将加热元件加热，把电能转化为热能储存正在蓄热池中，固体蓄热池一般由氧化镁砖等固体材料按照所需形式摆放而成，结构简单、安装容易，易维护；③换热系统：换热系统是在供热末端需要供热时，通过风机、热交换器等进行气水换热，将储存在蓄热池中的能量传递到水、乙二醇等介质中，供末端用热。这样完全做到了水电分离，保证设备运行安全；④循环水泵。循环水泵主要分为一次热水泵与二次热水泵。一定要对水泵的运行温度加以重视，选用专门的热水泵；⑤阀门。在蓄热电锅炉系统中对阀门的需求量比较高，阀门不仅能够发挥关断以及调节功能，对于系统功能的转换也会一定的作用，甚至个别部位需要使用电动阀门。只有这样才可以保证蓄热电锅炉供热系统的正常运行；⑥自动控制。固体蓄热电锅炉之所以能够将电转化为热能，主要是配有较高自动化的控制柜，这就会使在电加热的过程中，实现无人操作运转，不仅如此，在节省电能以及能源方面都比其他的锅炉更加突出。固体蓄热电锅炉供热系统中经常用到的自动控制有：定时开机停机、运行参数设定、超温、低水位等故障的报警与保护以及按照设定的程序自动运行等，保证用户使用的安全性；⑦供配电。因为蓄热电锅炉没有燃料系统，所以一定要具备较强的电力，这也是采用蓄热电锅炉的重要前提。因此，蓄热电锅炉必须要配置较大功率的供配电系统。用户在采暖同时，也达到了节省运行费用的目的。固体蓄热式电锅炉的重大创新在于采用固体储热材料和一体化结构设计，使用固体储能材料，大大提高了单位体积的蓄热能力，对传统锅炉供热系统带来了革命性的突破，具有明显的优势。

目前国内开发的固体蓄热电锅炉型式，分为铁基固体合金材料蓄热和固体氧化镁砖材料蓄热。铁基固体合金材料只能使用380V的低压电源作为加热电源，使用范围受限。固体氧化镁蓄热材料是以氧化镁为主要材料的砖体，其熔点为2540℃，沸点为3520℃，一般蓄热温度为700℃-800℃，该材料的密度为2.9g/cm3以上，比热容为0.3cal/（kg.℃），可采用380V低压电源、10KV/66KV高压电源加热，为目前最为广泛应用的固体蓄热材料。本工程实例采用固体氧化镁砖高温蓄热电锅炉，最高蓄热温度达到720℃。

从电网公司电价政策可以看出，电网谷段电价最低，电锅炉利用谷段蓄热，能达到节约用电成本的目的。因此，考虑利用电网谷段时的弃风电力，作为蓄热电锅炉的加热用电，最为经济。

3蓄热电锅炉容量的选择

合理的蓄热电锅炉容量选择是在充分考虑大量利用谷段电力的同时采用部分量蓄热，按照部分量蓄热模式经过合理优化后，确定电锅炉的总容量。这样，当实际采暖热负荷在平均采暖热负荷以上时为部分量蓄热，当实际采暖热负荷在平均采暖热负荷以下时为全容量蓄热，这样既保证了采暖负荷要求又节约了设备初投资成本。

3.1蓄热电锅炉用电计算

通常情况下，与固体蓄热电锅炉配套建设的建筑物及附属设施包括：电锅炉设備间、水泵间、配电间、控制室、以及配置的相关附属建筑物。电锅炉设备间内布置蓄热电锅炉本体，包括加热元件、蓄热池、风机、气水换热器等，按照厂家要求可能布置电锅炉控制柜；水泵间内布置热网循环水泵、排污过滤器、根据工程需要，若管网需要补水，还需设置热网循环水处理装置及热网补水泵；必要的附属建筑物包括控制室和配电间；附属建筑物还需设置值班室、卫生间及厨房等。由于每个工程的外围条件都不同，因此本工程实例采暖期的用电量仅根据固体蓄热电锅炉的取热和放热的用电量进行对比。

热力站通常位于建筑物附近，这样能有效地减少热能的损失。但风电场大都位于城镇的郊区部分，特殊的地理位置决定了无法通过风电场直供电给热力站。现有的运行方式大都是风电场发电并入电网，热力站直接从就近的电网终端杆取电。根据查表得出热力站的采暖期用电量约1278.51×104KWh，其中利用电网低谷时段的弃风电量约为1224.81×104kWh，按照装设50MW风电机组计算，热力站整个采暖期的用电量约占风电场装机容量的1/4左右，风电场完全能够满足热力站的用电要求，且相应提高风电场的年等效利用小时数约244.9h，形成的风电场经济效益是十分可观的。

3.2蓄热电锅炉容量的确定

一般情况下，固体蓄热电锅炉使用年限为20年，对于相同的供热负荷，相同的供热面积，蓄热体的重量越大，其设备的尺寸就越大，热力站厂房的体积就越大，相应的投资就越大。通过上述在相同供暖热负荷条件下的对比分析，结合相关用电电价政策，选择不同容量的蓄热电锅炉，在采暖期的热效率、用电量基本相同，只是在电价上有差异。

采用2×6.86MW固体蓄热电锅炉虽然能充分利用谷段电全容量蓄热，但在厂房占地、设各成本、设各后期维护费用都会相应的增加。采用2×5.0MW固体蓄热电锅炉虽然节省了厂房占地和设备成本，但谷段电的利用率不高，未能充分利用谷段的低电价电量，使得整个采暖期内的总电价过高。而采用2×6.0MW固体蓄热电锅炉，厂房占地上比大容量的蓄热电锅炉小，设备的成本费用居中，而且充分利用谷段电。结合工程综合造价和设备维护费用等因素考虑，选取容量为2×6.0MW的固体蓄热电锅炉最经济。

结束语

合理选择蓄热电锅炉的容量至关重要，直接影响整个项目的造价和经济运营。本文结合供热工程实例，对同一供热地点，在相同采暖热负荷条件下，结合相关用电电价政策，选择不同容量的蓄热电锅炉，对比分析了采暖期用电量、购电费用等要素，从而合理选择了蓄热电锅炉容量，可以为类似工程提供借鉴。

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（作者单位：辽宁大元能源管理有限公司）