谈风电清洁能源在供热中的应用

杨军平

摘要：相对于煤、石油等化石能源，风电是最为清洁的能源，在当前能源长期消耗和日益减少的情况下，为促进新能源消纳和改善能源消费结构，风电清洁能源的应用和推广成为相关部门关注的工作重点之一。风电清洁能源在实际应用中却遭受了弃风限电的瓶颈，如何加强风电清洁能源在供热中的应用成为本文探究的重点问题。

关键词：风电； 清洁能源；合理应用

1引言

近年来，在我国社会经济快速发展的背景下，能源消费总量连续多年跃居世界前列。然而，从能源消费的整体结构来看，风电清洁能源的利用率非常低。风电能源供热项目的发展潜力是巨大的，从人类环境角度出发，未来新能源使用将占能源比重的30%以上。本文以弃风限电的现象分析作为研究的切入点，从风电供热的意义、工艺流程、效益分析等多个方面，来综合探究风电清洁能源在供热中的应用。

2弃风限电的定义

弃风限电指的是在风电发展的初始阶段，由于设备的落后和对风电认识的缺失，很多风机在正常情况下产生的电力与当地电网的接纳能力产生了严重的矛盾，使得大部分风电场停机不能运转，还由于风电自身不稳定的特点，因此风资源的浪费在当时是极为严重的。对于一些弃风限电的重灾区国家能源部门专门出台了政策，限期整改此类问题，在华北、东北等地区原则上不再扩大风电建设规模。

根据国家能源局相关数据表明，2016年上半年，新疆弃风电量达到76.4亿千瓦时，弃风率高达45%。国家能源局综合司《关于做好风电清洁供暖工作的通知》中指出，由于地理位置的原因，我国北方地区在冬季的风电发电量极为巨大，加之北方地区风力能源很丰富，所以北方风电的发展也是日益加快，但是由于冬季北方燃煤热点依然占据着很大的市场，和风电的矛盾日益加剧，导致很多风电部门和企业被迫减产或倒闭，造成了大量的“弃风”现象。这种情况的发生，极大程度的加剧了环境的恶化和清洁能源的浪费。

大规模的消纳风电，早已成为世界性的难题，而我国在这一方面的困难则更为严重，其中有两个方面的原因。一是我国现有的风资源具有集中、规模大以及远离负荷中心的特点，同时，风资源地电力市场规模较小，导致风资源很难就地消纳。二是因为风电自身的不稳定性导致了风电并网的难度有所加大，调峰电源的建设就成了风电并网最关键的一步，但是我国风电集中的很多地区电源结构单一，调峰能力更是无从谈起。

3风电能源供热的重要意义

要想实现风电能源的合理利用，必须认清形式，燃煤锅炉供热不但浪费资源，而且对大气的污染日益加重，而风电属于清洁能源技术，能大大改善环境治理压力，既能解决城镇供热的基本民生问题，又能对环境的污染降低到最小。

风电供热主要体现出储能、调峰及减排三个方面的巨大优势。第一，从全局出发来看，风电供热是风电从生产到储能的一个过程，风能供热基本上已经对风力发电的随机间隔性依赖极低，储能用能基本一供能系统的储热形式得以表现。第二，热力负荷的灵活性很强，可以利用储热设施平滑释放，对于降低电网谷峰差和削峰填谷的意义也是很巨大的。最后，尤其对于中小城镇及乡村节能减排、改善环境，风电供热具有积极意义，上述地区采暖多用化石燃料，燃烧不完全，热能转换效率低，污染物排放高，采用风电清洁能源供热后，空气质量得到极大改善。

4风电供热的工艺流程

风电供热的工艺流程，利用后半夜时段谷电，通过储热式电锅炉，把电能转化成热能，一部分热能谷电时段供热，一部分热能储存起来，在峰电时段储存的热能供热，有效的起到削峰填谷。根据全社会和消费者的整体用电情况来看，白天用电量显然是远远超过晚上的，削峰填谷的根本出发点就是通过对高峰和低谷的电量存储的调整。

储热式电锅炉通常与天然气锅炉并列运行，在夜间投入储热式电锅炉供热，白天在储热式电锅炉储存的热能用完以后，投入天然气锅炉运行，保障供热的可靠性，储热式电锅炉与天燃气锅炉并列运行见图1。

等到白天峰电时段，再释放已储存的热能来供暖，储热式电锅炉采暖系统具有舒适安全、节能环保、无须维护等多项优点，电能充分利用，效率高。

5风电清洁能源供热应用的效益分析

5.1经济效益分析

风电供热每平方米耗电量130左右，按照谷电电价0.313元/kW？h，1平方米电费40.69元，而暖气费才22元，可见， 风电供热经济效益并不明显，如果没有政府补贴是亏损的。风电供热效益主要体现在环境效益和社会效益。

图1 储热式电锅炉与天燃气锅炉并列运行

我国研究机构著文认为，风力发电相对于燃煤火电的环境价值可以达到0.1元/kWh 左右。在综合参阅相关书籍和文献的基础上，本文就风电供热的“综合环境价值”进行粗略计算，列出以下几个主要计算条件：

（1）电力锅炉采用高温蓄热锅炉，效率为95%；

（2）所替代燃煤锅炉为目前应用较多的小型链条式锅炉，燃烧效率约为55% ，且大气及固体污染物减排能力较低；

（3）电力系统以大型燃煤火电机组为主（发电量约占总电量的80%），原煤煤耗率约取400g/kW·h ，且污染排放符合相关标准，减排能力较高；

（4）原煤单位热值取为21.2MJ/kg。

计算结果显示：风电供热方式相对电网增加的环境成本约为0.09元/kWh，替代燃煤锅炉供热所产生的环境价值约为0.14元/kWh，即两方面综合约有0.05元/ kW·h 的环境价值。这一数据实际上就是风电供热可以为社会省去环境治理成本，它对应着经济学概念中正的经济外部性。

以乌鲁木齐市热力总公司九家湾片区风电清洁供暖试点项目为例，根据相关统计数据，分列如下：

该项目项目2×7MW电锅炉年供热量为：Q=3.6×14×10×180=90720GJ；

该项目管网系统的小时耗水量为：

则年耗水量为：G1=G×10×180=3960t；

该项目项目2×7MW电锅炉机组年耗水量为：G2=10×180=1800t；

因此，该项目项目年耗水量：G=G1+G2=5760t，其中，软水折标系数为0.4857kgce/t，折合標煤为2.8t，燃气折标系数为1.33kgce/m？，折合燃气0.21万m3。

同时，该项目年电能消耗量：Wh=1937.5万kW·h，其中，电力折算为标煤系数为0.1229kgce/kW·h，折合成标煤为2381.2t，燃气折标系数为1.33kgce/m？，折合燃气179万m3。

该项目的年供热量：Q=90720GJ，产生同等热量耗天然气量为：

万m3

即该项目年节气量为：301.3万m3。

5.2环境效益分析