电力需求侧管理-电力蓄热技术经济分析

刘新臣

摘要：本文先介绍蓄热技术的发展现状，详细介绍蓄热技术的特点与分类，依据它的应用条件与发展约束，分析蓄热模式和用户端相关计算以及蓄热电锅炉移峰填谷能力对电网影响的评价方法。最后以一个实例论证来说明它的应用效果，蓄热式电热锅炉技术对用户、电网和社会都具有十分明显的经济效益和社会效益。

关键词：电力蓄热;移峰填谷;蓄热式电热锅;电力需求侧管理

1蓄热技术的特点及分类

1.1  蓄热电锅炉技术主要特点

（1）     全部或部分转移了制热设备的用电时间，充分利用电网较富裕的低谷电力，提高电力系统运行效率。

（2）     蓄热系统的制热设备容量和用电功率小于非蓄热系统，可有效减少用户侧配电容量。

（3）     电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高，有利于环境保护和简化管理。

（4）     充分利用电网峰谷分时电价差，蓄热系统的运行费用比即热系统低，分时电价差值越大，其运行费用节约越多，当峰谷电价比大于等于3时，可节约电费30%-60%以上。

（5）     由于增加了蓄热装置及其辅助设备，一般比直热系统初投资高。

1.2  蓄热系统分类及优缺点

依据蓄热介质，常用的蓄热式电锅炉主要有水蓄热、相变材料蓄热和蒸汽蓄热，其原理及优缺点如表1 所示。在我国大多以水为蓄热热载体，依据蓄热方式的不同，水蓄热式电锅炉可分为高温蓄热和常压蓄热。

3蓄热电锅炉移峰填谷能力的评价方法

1）  蓄热装置的蓄热量

蓄热装置的蓄热量是指对于一给定的蓄热和放热循环，在满足供水温度条件下，能够从蓄热装置中取出的实际热量，单位为kJ。无论是采用全量蓄热模式，还是采用分量蓄热模式，蓄热系统的移峰填谷能力均與其蓄热装置的蓄热量直接相关。蓄热装置蓄热量可采用下式计算：

式中：V为蓄热装置容积，单位m3;t1为蓄热装置最低运行温度，单位℃;t2为蓄热装置最高运行温度，单位℃。

2）设计日转移总电量

在考虑峰段和平段转移电量后，两者相加可以得到设计日转移总电量，单位为kWh。若设计日白天蓄热所提供的热量为Q，其值可取为蓄热装置的设计蓄热量Q蓄热，设夜间为蓄存这一热量所耗用的低谷电量为En，白天因蓄热而少耗用的峰段和平段电量为Ed，存在如下关系：

式中：η为电锅炉的热效率，一般在98%以上。由于η≈1，即En≈Ed，因此，设计日转移总电量约等于蓄热系统在低谷时段的用电量。

3）年转移总电量

年转移总电量指一年内蓄热电锅炉系统将峰段和平段电量转移至谷段的总电量。

对于全量蓄热系统，部分热负荷工况下全天的转移总电量计算可用热负荷率i对式（8）进行修正，即

对于分量蓄热系统，如蓄热装置的实际容量为设计日总热负荷的60%，则在60%及以上热负荷时蓄热装置均可蓄满，而在60%以下热负荷时需按热负荷率i=60%对式（8）进行修正。

在确定不同热负荷工况下每天的转移总电量后，考虑供暖期内不同热负荷的天数分布，可以计算出年转移总电量Ey为

式中：Edi为i=100%、60%、30%时的日转移总电量，单位kWh/d;Di为一年内对应于不同热负荷率i的天数，单位d。

4蓄热技术应用效果

下面以杭州凤起大厦蓄热工程为例，通过经济实证分析来看它的经济效益与社会效益：

杭州凤起大厦采暖建筑面积约为12000㎡，大厦分北楼和南楼，是一家集宾馆、办公及娱乐为一体的多功能场所。

杭州凤起大厦原设备为2 台2t燃煤锅炉，年耗煤量约1700t，为响应杭州市“蓝天碧水工程”，经多方考察验证，最终决定将原燃煤锅炉改造为电锅炉蓄热系统。

电力蓄热、电锅炉直供和燃油锅炉系统三种方案的经济性比较见表2-5。采用蓄热系统，与常规电锅炉系统相比，由于装机容量的减少，一次投资基本持平;但由于设计上考虑生活热水系统采用全量蓄热、采暖系统经优化设计在较大负荷时也能采用全量蓄热方式，故运行费用大大下降，年运行费用节约116.82万元;同燃油锅炉系统相比，年运行费用节约29.60万元，理论投资回收期为2.3年。因此利用系统优化运行及用电优惠政策，在短期内就能收回增加的投资部分。

注：1）对于电锅炉系统，冬天电锅炉设备用电功率大于夏天制冷设备用电功率，故可按冬天电锅炉设备用电功率考虑机房变压器容量;对于燃油锅炉而言，机房变压器容量需考虑制冷设备用电功率，对本系统夏天机房用电功率约350kW;

2）  按用户需求，其它设备如末端需配电400kVA;

3）  主材与安装费暂未计入，具体可按省建筑安装定额计算。双线路供电电力贴费：500元 /kVA，电锅炉电力贴费全免。电锅炉配电设施费：约450元 /kVA，其它配电设施费：约650元/kVA。

6结论

蓄热技术将高峰需求尽可能抑制到最低或转移高峰需求，这样对能源利用、减少发电厂投入和电网经济运行都有好处，并且电热锅炉具有热效率高（>95%）、自控程度高、操作简便、无污染、无噪声、设备体积小、无运动部件、维修量小等优点，采用蓄热方式可使综合费用低，社会效益高。

参考文献：

[1]   熊雄，杨仁刚，叶林，etal.电力需求侧大规模储能系统经济性评估[J].电工技术学报，2013，28（9）：224-230.