河北某地居民小區電鍋爐蓄熱供暖方案初探

高逸峰+胡全喜

摘 要：本文主要通過對電鍋爐蓄熱供暖方案的研究，提出具體方案，解決河北某地居民小區冬季采暖問題。通過各方面的論證分析，得出所采用的電鍋爐蓄熱供暖方案無論在國家政策還是實際經濟性方面都是可行的。

關鍵詞：電鍋爐；蓄熱；綠電供暖

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

1 前言

本方案是為了解決河北某地居民小區冬季采暖問題，該小區主要建筑類型為住宅和商業，總供暖面積約為100萬m2。當地可再生能源豐富，規劃2030年清潔電力發電裝機規模達到5000萬千瓦，然而，消納不足已經成為制約可再生能源發電的瓶頸。為了推動能源生產和就近消納，減少棄風、棄光限電，促進可再生能源消納。結合本地區“煤改電”、集中供熱清潔改造，探索實施綠電供熱新模式，本方案擬采用電鍋爐蓄熱的方式解決冬季采暖問題。

2 方案設計條件

冬季室內設計溫度：t1=18±2℃

冬季室外供暖設計溫度：-13.6℃

冬季室外極端最低溫度：-24.6℃

實際供暖天數150天

國家相關規范和標準。

3 熱負荷計算

以冬季采暖室外計算溫度-13.6℃為依據，以≤10℃為基礎供暖期天數為150天，本工程建筑物類型主要為住宅和商業，采暖指標平均為50w/m2計算。

從采暖熱負荷分布分析，早晨及夜間熱負荷最高，日間熱負荷趨于較低。最大負荷只是從冷態進入熱態時才出現，當室內溫度達到18℃-20℃時，系統只需要維持一定的供熱量即可滿足室內溫度的需要。由于一天不同時段室外溫度的不同，采暖系統正常運行負荷一般在30%～80%。由于蓄熱系統采用了先進的控制技術，可精確的控制蓄熱系統的投用負荷，因而蓄熱系統供熱并不是所有的時間都是滿負荷運行，還應乘修正系數。

4 方案比選

4.1 蓄熱系統的形式

（1）本方案采用電能蓄熱系統：在電力低谷期間，利用電作為能源來加熱蓄熱介質，并將電能儲藏在蓄熱裝置中；用電高峰期間將蓄熱裝置中的熱能釋放出來滿足供熱需要。其優點是：平衡電網峰谷負荷差；充分利用廉價的低谷電，降低運行費用；系統運行的自動化程度高，無噪聲，無污染，無明火。

（2）本方案電能蓄熱系統的蓄熱介質為水：將水加熱到一定的溫度，使熱能以顯熱的形式儲存在水中，當需要用熱時，將其釋放出來提供采暖用熱需要。其優點是：方式簡單，清潔、成本低廉。

（3）蓄熱系統熱源由電極熱水鍋爐、蓄熱罐組成、板式換熱器、水泵等。

4.2 電極熱水鍋爐原理

電極熱水鍋爐是將電能轉化熱能，并將熱能傳遞給介質的能量轉換裝置，他由兩個環節組成

（1）將電能轉化熱能：三相電流通過設定電導率的爐水釋放大量熱量。

（2）將熱能傳遞給介質：通電后，不斷地產生熱量，并被介質（水）不斷地吸收帶走，介質（水）由低溫升至高溫，再由循環水泵送到熱用戶，釋放能量，介質（水）再由高溫降至低溫，進入電極鍋爐，以此往復保持熱量平衡。

4.3 谷電時間段

供熱期24小時用電負荷、風電負荷、熱電聯產、溫度變化象限表如下表所示。

4.4 蓄熱模式

蓄熱模式可以分為：分量蓄熱模式和全量蓄熱模式。

分量蓄熱模式：即夜間主要蓄白天峰段時間的負荷量，在白天平段時間（平段價格相對峰段便宜）電極鍋爐開啟，進行熱補充。該模式主要用于由于受機房區域面積限制，沒有足夠空間安置蓄熱罐。該模式優點是設備初投資相對降低。但運行費用較之于全量蓄熱模式會相對增加。

全量蓄熱模式：即對白天峰段和平段的所有負荷量進行蓄熱，充分利用夜間谷段價格優勢。該模式優點是運行費用低，設備投資回收期短。缺點設備初投資相對大。

5 設備選型原則

5.1 鍋爐選型原則

主要計算公式：

鍋爐功率（kw）=夜間直供功率（kw）+蓄熱功率（kw）

夜間直供功率（kw）≥夜間熱負荷（kw）

蓄熱功率（kw）=總蓄熱量（kwh）/夜間谷段蓄熱時長（h，一般為8小時）

鍋爐總功率（kw）=鍋爐功率（kw）/鍋爐效率*系統熱損失系數

5.2 蓄熱罐選型原則

計算公式：蓄熱的水容量應為：

V=Q×860/1000×△T2

其中 V——蓄熱水容積m3

Q——白天峰段和平段總熱負荷量kwh

6 設計方案

6.1 方案設計

根據負荷情況考慮100%負荷蓄熱方案。

本方案根據100%負荷避峰、避平的原則分析，全天采暖累計熱負荷為：1038000kW，8小時內需完成的總蓄熱負荷為702000kW，則每小時的蓄熱負荷為87750 kW；谷電直供部分總負荷為336000kW，8小時谷電直供的每小時平均熱負荷42000kW，谷電時段每小時的總熱負荷為129750kW。

本方案按照利用夜間低谷電8小時電鍋爐運行，蓄熱供白天16小時采暖，晚間8小時直供，選用40MW高壓電極熱水鍋爐3臺和10MW高壓電極熱水鍋爐1臺夜間邊蓄邊供。

高壓電極熱水鍋爐

功率： 40MW

電源： 10kV/50HZ/中性不接地

最高工作壓力：0.6MPa

最高工作溫度：130℃

負荷調節范圍：5%—100%

熱效率： 99.8%

數量： 3臺

功率： 10MW

電源： 10kV/50HZ/中性不接地

最高工作壓力：0.6MPa

最高工作溫度：130℃

負荷調節范圍：5%—100%

熱效率： 99.8%

數量： 1臺

承壓罐總容積：702000*860/（110-55）/1000=10977m3

蓄熱球罐容積：1900m3

額定工作壓力：0.6MPa

額定工作溫度：120℃

數量： 6臺

6.2 運行策略

供暖系統全天運行的方式如下：

23：00-07：00（谷電），電鍋爐向采暖系統直接供熱；

07：00-23：00（峰平電），蓄熱罐供熱。

7 經濟分析

按照上述方案總投資預估為7900萬元。

一天的鍋爐總電耗量為1038000kWh。

a. 供暖面積：1000000 m2

b. 居民收費36.47元/m2，公建42元/m2

c.低谷電價：0.2元/kWh 平電0.89元/kwh

d.每個供暖季電鍋爐運行費用：1038000kwh/天×0.2元/kwh×150天=3129.8萬元

e. 其他時段水電雜費

電費：45kw/h×6×20小時×150天×0.89元/kwh=720900元 ≈72.1萬元

水費：5萬元

f. 供暖期人工：3000元/月×4人×5月=60000元=6萬元

g. 供暖運行成本合計：

3129.8萬元 + 72.1萬元 + 5萬元 + 6萬元 =3212.9萬元

h. 平均每平方米的供暖成本約為：32.1元/m2

8 結論

通過本方案分析不難看出，在低谷電價為0.2元/kWh的條件下，供暖成本每平米約為32.1元，仍是比較高的。但是隨著據了解當地一些棄電價格還會更低，那供暖成本將會大幅下降，就比較具有競爭優勢。對于當地社會環境，使用電鍋爐能夠有效減少污染排放，是解決當地環境污染問題的重要途徑。針對電網企業，能夠有效平衡電網負荷峰谷，提高夜間低谷電利用率。對于發電企業，提高發電設備利用效率，增加發電量、降低發電成本。基于以上幾點，采用電鍋爐蓄熱供暖方案應該是可行的。