互補型風電供暖系統在三北地區的適用性分析

程鵬月 陳守杰

摘要：互補型風電供暖系統是利用低谷風電代替部分燃氣供暖，達到節約資源和降低運行費用的目的，是清潔取暖背景下的創新供熱模式。本文以互補型風電供暖系統為分析對象，與電鍋爐直供系統和燃氣供暖系統對比，分別進行了技術、經濟、一次能源消耗量的分析，通過01評分法綜合分析并證明了互補型風電供暖系統在風電充足的三北地區具有較強的適用性。

Abstract： Complementary wind power heating system is an innovative heating mode under the background of clean heating， which uses low-valley wind power instead of partial gas heating to save resources and reduce operating costs. In this paper， the complementary wind power heating system is taken as the analysis object， and compared with the direct heating system of electric boiler and the gas heating system， the technical， economic and energy analysis is carried out respectively. Through the comprehensive analysis of 01 score method， it is proved that the complementary wind power heating system has strong applicability in the three north areas where there is sufficient wind power.

關鍵詞：互補型風電供暖;適用性;01評分法

Key words： complementary wind power heating;applicability;01 scoring method

中圖分類號：TU832? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0072-03

0? 引言

目前，清潔取暖成為了“十三五”戰略性新興產業重點，因此國家推進供熱體制改革，鼓勵創新供熱模式，加大可再生能源利用率。路燕[1]認為，在利用清潔能源供熱時，要結合自身實際情況，利用其它供熱方式作為補充，因地制宜，協調發展。聶海寧等[2]認為如何綜合利用多種可再生能源實現清潔供熱，需要更多技術創新和實踐。邱國棟等[3]對太陽能、空氣源熱泵、太陽能輔助空氣源熱泵三種供暖系統進行了太陽能豐富的寒冷地區的適用性分析，得出結論是太陽能輔助空氣源熱泵節能性最好，空氣源熱泵的經濟性最好。王怡[4]對不同供暖形式的燃氣鍋爐進行了適用性分析，指出要合理選擇供暖系統形式，發揮燃氣鍋爐優勢，降低初投資和運行成本。覃露才等[5]提出應加強供暖規劃與電力規劃、燃氣規劃的銜接，以保障供熱的可靠性。王志剛[6]認為構建出時效性較高的天然氣供熱安全保障體系，包括供熱能源結構、燃氣系統改造等。王惠等[7]進行了華北地區農村清潔供暖方式研究，發現燃氣供暖管網建設難度大，僅適用于已建成燃氣管網的地區。京津冀農村在用天然氣供暖時初投資不大，但是后期使用成本高，且面臨天然氣的資源短缺及使用電力的不經濟問題，應該鼓勵結合實際情況，使用不同的多能互補供熱采暖模式[8]。

本文所述的互補型風電供暖系統是利用低谷風電供熱以及蓄熱，來代替部分燃氣供熱，不僅由于谷電價低節省了運行費用，還優化了熱力資源、電力資源、天然氣資源之間的能源結構。

1? 適用性分析概述

1.1 適用性分析技術路線

本文首先以供熱需求大的張家口市為三北地區的典型代表，需要穩定供熱的某學校為例，將互補型風電供暖系統與其他兩種供暖系統——電鍋爐直接供暖系統和燃氣供暖系統進行對比，通過01評分法對技術、經濟、一次能源消耗量三個因素綜合分析，得出互補型風電供暖系統的適用性。

1.2 適用性分析對象

本文以張家口市某學校為例，將互補型風電供暖系統與電鍋爐直供系統和燃氣供暖系統進行比較。該學校的供暖面積約為27萬平方米，教學樓、圖書館、學生宿舍等建筑熱負荷特性均有差異。熱源為兩臺7MW的燃氣鍋爐、一臺16MW電鍋爐機組、一個12m×12m×6m的蓄熱水箱，散熱設備均為鑄鐵型散熱器。

2? 適用性因素分析

2.1 技術分析

通過對學校互補型風電供暖系統在整個供暖期的運行性能測試，根據運行情況和實測數據記錄，綜合評定了該系統在冬季運行性能的穩定性。

2.1.1 用熱效果分析

在整個供暖期，通過分時分區對不同類型建筑物室內間溫度的控制觀察，各個房間內溫度均保持在設計溫度左右，極少數出現室內溫度達不到設計要求的情況。系統的供熱量與熱負荷相一致，實現了分時、分溫、分區、按需供熱[9]。

2.1.2 管網性能分析

在整個試驗運行時間段內，經過實驗測試，得到實際流量與要求流量之間一直在一定范圍內保持一致性，未出現水力失調現象，設備匹配性良好。鍋爐運行效率一直保持在中高水平，鍋爐與其進出口管道上的閥門等裝置配合良好。單體建筑間也未出現水平的水力失調現象，各個管路上的循環水泵、節流裝置等選型安裝科學合理，符合實際情況。

2.1.3 調控性能分析

通過對風電供暖系統的的運行控制，在整個實驗階段內系統的操控簡便，有序運行?？刂葡到y可以實時反映系統運行狀況，能夠按照室外氣象條件的變化，實時調節供熱系統的熱負荷大小。

2.2 經濟分析

供熱系統的運行費用是進行供熱系統設計時考慮的一個重要因素，達到人們對室內環境的需求前提下，更少的運行費用更具有競爭力和適用性。

2.2.1 運行費用計算

供熱系統的運行費用可用下式計算：

此學校為張家口地區參與四方機制的電采暖用戶，協議谷電電價為0.14元/kW·h，峰電電價為0.23元/kW·h。張家口天然氣均價為3.81元/m3，自來水為5.4元/m3。運用上式并通過測試驗證，計算出的互補型風電供暖系統的運行費用為566.32萬元。往年采用天然氣供暖系統時，其中和采暖期平均溫度相近的年份，采暖期運行費用為700.05萬元。在該學校，相同的采暖面積，若采用相同的供暖系統，若選用電鍋爐直供，運用上式計算出來的年運行費用為921.48萬元。

2.2.2 運行費用對比分析

現在，將三種供熱方案的運行費用進行比較。

方案A：互補型風電供暖系統

方案B：天然氣供暖系統

方案C：電鍋爐直接供暖系統

本文以風電供暖系統為分析對象，故以風電供熱系統的運行費用作為一個基準，以分析風電供暖系統相對于其他兩個常用的供暖系統運行費用的節約率。其中運行費用節約率的計算方法如下，計算結果如圖1所示。

A方案運行費用節約率c=（其他供熱系統運行費用-A方案運行費用）/其他供熱系統運行費用

在整個供暖期，電鍋爐直接供暖系統雖然采用智能控制，溫控器溫度控制也比較精確，但是在供暖期內，由于電鍋爐全天運行，耗電量很大，所以運行費用相對較高。互補型風電供暖系統充分利用低谷電能，供熱電鍋爐和水箱蓄熱均在低谷時段運行，利用峰谷電價差來節省運行費用。

2.3 能耗分析

我國資源日近匱乏，發展節能技術減少對能源的消耗是時代對研究者的要求，各供暖系統能耗占整個建筑能耗的比例也越來越大，因此從一次能源消耗量的角度更能簡單直觀的成為供暖系統選擇的重要參考因素之一。

2.3.1 一次能源消耗量計算

為了方便同類比較，將三種方案各類能源消耗轉換為同一標準能源消耗量。按照我國綜合能耗通用計算通則，1kg標準煤的低位發熱量約為29307kJ/kg（7000kcal）。其他品質能源轉換為標準煤的折算系數如表1所示[10]。

一次能源消耗量按公式計算：

2.3.2 一次能源消耗量對比分析

以研究對象方案A為基準的一次能源消耗節約率結果如圖2所示。在整個供暖期內，互補型風電供暖系統相比方案B和方案C的一次能源節約率依次為0.9728%、-1.0214%。在整個供暖季，電鍋爐直供系統的一次能源消耗量最大，其次是天然氣供熱系統，而風電供暖系統一次能源消耗量最小，一次能源消耗量依次為B>A>C。

由于電是高品位能源，所以電鍋爐直供系統相比其他兩種系統一次能源消耗量稍低，天然氣供熱系統的一次能源消耗量最高，由于風電供暖系統采用風電天然氣互補型供熱系統，所以一次能源利用率處于其他兩種方案之間。

3? 多因素綜合分析

本文利用01評分法對風電供暖系統、電鍋爐直接供暖系統和天然氣供暖系統三種方案的技術、經濟和能耗三個因素來進行比較，得出適用性最強的供暖系統。

3.1 01評分法

01評分法首先把各個對比因素排列成矩陣，再按各因素的重要程度，一對一地比較，重要的得1分，不重要的得0分;然后，把各因素的得分累計起來，為防止因素得分為零的情況發生，用各加1分的方法予以修正;最后用修正得分除以總修正得分即為各因素的重要程度指數[11]。

因素指數=某因素修正得分/全部因素修正得分合計

3.2 各因素權重分析

在技術方面，根據以上分析結果，A方案的風電供暖系統運行穩定，運行控制策略設計合理，供熱效率保持在較高水平，相比較于B方案的天然氣供暖系統重要得1分。由于C方案的電鍋爐直接供暖系統全部使用電力供熱，可以采用智能控制，溫控器溫度控制也比較精確，所以C方案相比于B方案重要得1分。比較結果如表3所示。

同理，根據以上分析，經濟因素比較結果如表4所示。

在一次能源消耗量方面，比較結果如表5所示。

3.3 目標層因素權重綜合分析

根據以上方法以及分析，分別對目標層各個因素進行對比，技術、經濟、一次能源消耗量三個因素相比較。一般情況下，供熱系統環境友好，運行費用較低，具有較強的適用性，所以技術因素相比于其他兩種因素不重要得0分。在上述分析中，由于一次能源節約率相差不大，所以經濟因素相對來說比較重要得1分。目標層比較結果見表6。

通過以上分析，技術、經濟、能耗三個因素對比，經濟因素最為重要。而方案A在經濟因素對比中相較于方案B和方案C最有優勢。所以經過以上計算可得出，方案A權重為0.417最大，相比較于方案B和方案C有較強的適用性。

4? 結論

利用01評分法對供熱系統的技術、經濟、能耗因素綜合分析，可得到以下結論：

①在風電充足的三北地區，互補型風電供暖系統相比較于天然氣供暖系統和電鍋爐直供系統有較強的適用性。

②三種供熱方式均采用清潔能源，能耗影響相比較于其他兩種對比因素不是最大。但是單從一次能源消耗量來看，互補型風電供暖系統一次能源消耗量高于電鍋爐直供系統，因此建議互補型風電供暖系統盡可能增加風谷電蓄熱量，以減小白天天然氣供熱量，減小一次能源消耗量?；パa型風電供暖系統在控制系統上較電鍋爐直供系統稍有劣勢，因此應加強運行策略研究，提高智能控制技術。

③互補型風電供熱系統使用廉價的低谷電供熱及蓄熱，可以實現電力系統的削峰填谷，平衡國家電網安全運行，提高發變配電設備的使用率。這樣既可以大幅度降低電力負荷，提高電力使用的效率，又能節約能源，實現能源的可持續發展。

參考文獻：

[1]路燕.清潔能源供熱與傳統能源供熱的研究[J].建筑工程技術與設計，2018（26）：3251.

[2]聶海寧，黃小琳，曾智勇.中國清潔能源供熱現狀及發展前景[J].能源與節能，2018（12）：87-89.

[3]邱國棟，宇世鵬，聶麗君.太陽能豐富的寒冷地區三種清潔能源供暖的適用性分析[J].東北電力大學學報，2018，38（06）：48-54.

[4]王怡.燃氣鍋爐不同供暖系統形式的適用性分析[J].建筑熱能通風空調，2001（03）：24-26.

[5]覃露才，孫紀康，陳江娜.北方供熱地區清潔供暖規劃技術路線與案例[J].煤氣與熱力，2018，38（04）：4-10.

[6]王志剛.新能源及清潔能源在集中供熱領域的應用探析[J].區域治理，2018（33）：77.

[7]王惠，李義強，田擁軍，王彬彬，潘俊，王典.華北地區農村清潔供暖方式適用性研究[J].建筑節能，2018，46（03）：103-106，

116.

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[11]譚大璐，趙世強.工程經濟學[M].武漢：武漢理工大學出版社，2008：108.