基于氣電互補采暖模式下的需求響應研究

史亞娟 張斌 董雪濤 王小云 翟保豫

摘 要：新疆電網新能源占比逐年增加，需求側增長乏力，新能源消納問題仍嚴峻。烏魯木齊市冬季采暖，已經完成了‘煤改氣，冬季城市空氣質量問題依然嚴峻。探索氣電互補的能源供給模式，不僅可以減少燃氣對城市空氣的污染，增加電網消納新能源能力，而且可以提高城市能源供給的安全性。

關鍵詞：氣電互補;電采暖;需求響應;電能替代

引言

截止2019年底，全網總裝機容量9250.43萬千瓦，其中火電5437.6萬千瓦（含自備電廠2999萬千瓦），清潔能源（風、光、水）3695.8萬千瓦。預計全網總裝機10788.14萬千瓦，較2019年（9250.43萬千瓦）增長16.62%。

新疆的電力系統(tǒng)正在發(fā)生著革命性的變化，隨著可再生能源替代化石能源的變革，間歇性的可再生能源大規(guī)模并網，將會給電網的運行和管理帶來全新的挑戰(zhàn)。此外，在需求側悄然出現(xiàn)的電能替代，不僅成為市場化的大規(guī)模用能需求，同時也為電力系統(tǒng)提供了輔助服務。

深入全面落實“以電代煤、以電代油，電從遠方來”能源發(fā)展戰(zhàn)略，主動適應經濟發(fā)展新常態(tài)，緊抓國家能源消費變革和防治大氣污染的有利時機，推動清潔發(fā)展、環(huán)保發(fā)展，提升電能在終端能源的占比，服務生態(tài)文明，是電氣化新疆的基本思路。

1 3烏魯木齊‘煤改氣采暖現(xiàn)狀

烏魯木齊“煤改氣”工程，是目前國內最大規(guī)模的能源置換行動。兩年內籌資137億元，實現(xiàn)了天然氣鍋爐替代城區(qū)所有集中燃煤鍋爐，實施了熱電聯(lián)產與燃氣相結合的供熱模式。其間新建、改擴建80座燃氣鍋爐房，安裝燃氣鍋爐250臺5500蒸噸，新增燃氣供熱面積5000萬平方米。實現(xiàn)了能源結構的一次重大變革，徹底改變了過去以燃煤為主的供熱方式。

全市空氣質量優(yōu)良天數(shù)由2017年的262天，增加到2018年的292天，主要污染物二氧化硫濃度降低37.6%，城市空氣質量好轉，冬季出現(xiàn)藍天白雪的幾率增加。然而，2017年，烏魯木齊市空氣質量在全國74個城市中依然在倒數(shù)10名內。烏魯木齊市做為西部大型消費型城市，完成了由燃煤型污染，向燃油燃氣型污染的轉變。為今后其他城市能源轉型，提供了大型現(xiàn)實參考樣本。

與此同時，寒冷地區(qū)，冬季單一的天然氣能源供應。也為城市供暖安全保障提出了新的挑戰(zhàn)。

2 典型氣電互補模式分析

2.1 天然氣鍋爐與地源熱泵互補供暖方式

地源熱泵能效高于天然氣鍋爐。運行模式為：正常情況下采用地源熱泵進行供暖，在極端天氣下二者結合使用，以確保達到供暖要求。此種供暖模式初投資高，運行穩(wěn)定，維護量小，安全無污染，同時地源熱泵夏季還可以制冷，運行費用小，經濟性好。在電網峰段，短期參與需求響應，減少電力需求。

2.2 天然氣鍋爐與發(fā)熱電纜互補供暖方式

天然氣鍋爐與發(fā)熱電纜互補供暖方式為兩套獨立供暖系統(tǒng)，分別通過發(fā)熱電纜和傳統(tǒng)散熱器對用戶進行供熱。其運行模式為：電力在峰段和平段時用燃氣鍋爐進行供熱，在電力谷段時用發(fā)熱電纜供熱，在極端天氣下以燃氣鍋爐為主，二者結合使用，以確保達到供暖要求。由于需要單獨建設發(fā)熱電纜供熱系統(tǒng)，這種供暖模式初投資成本較高，優(yōu)點是供熱保障性高，運行穩(wěn)定，維護量小，安全無污染，經濟性較好。在電網谷段，參與需求響應，增加電力需求。

（3） 天然氣鍋爐與電鍋爐互補供暖方式

天然氣鍋爐與電鍋爐互補供暖方式為一套串聯(lián)供暖系統(tǒng)，電鍋爐和燃氣鍋爐均通過現(xiàn)有熱力管網對用戶進行供熱。其運行模式為：電力在峰段和平段時用燃氣鍋爐進行供熱，在電力谷段時用電鍋爐供熱，在極端天氣下二者結合使用，以確保達到供暖要求。由于直接利用現(xiàn)有熱力管網實現(xiàn)電采暖，這種供暖模式初投資較小，運行穩(wěn)定，維護量較小，安全無污染，經濟性好。

不同形式的電采暖也存在各自缺點：分布式電采暖施工及改造成本較高;直接供熱電鍋爐無法利用峰谷電價而導致電采暖運行費用增加;蓄熱式電鍋爐雖然可以實現(xiàn)“削峰填谷”，但針對新疆烏魯木齊地區(qū)供暖的實際需要（全天24小時供暖），目前蓄熱式電鍋爐無法滿足這一要求，而且蓄熱式電鍋爐由于配有蓄熱水箱，一次投資成本較高。

綜合考慮環(huán)境、調溫性、節(jié)能性、安全性等因素，天然氣鍋爐與電鍋爐互補的氣電一體化供暖方式具有初投資成本低，運行穩(wěn)定，維護量較小，安全無污染，經濟性好等優(yōu)勢。在電網谷段，參與需求響應，增加電力需求。由于該系統(tǒng)可控性好，響應迅速，將成為近期電能替代重點關注及試點使用的方向。

3 結論

（1）綜合考慮環(huán)境、調溫性、節(jié)能性、安全性等因素，氣電互補的采暖方式具有初投資成本低，運行穩(wěn)定，維護量較小，安全無污染，經濟性好等優(yōu)勢。

（2）氣電互補的采暖方式能夠在電能替代重點關注及試點使用的方向發(fā)揮巨大的作用，在提高城市能源供給安全的基礎上，還能夠顯著改善城市空氣質量。

（3）在2019年烏魯木齊市電網的基礎上，冬季采用氣電互補采暖模式，可增加消納棄風、光電量30%（即100MW）以上;

（4）將電鍋爐試驗點放在重載的線路上，可能導致潮流不收斂;因而需要在分析對潮流影響的基礎上合理選擇電鍋爐試點及容量。

4 結束語

面臨經濟新常態(tài)，能源供給側已經出現(xiàn)可再生能源替代化石能源的巨大變革。電力需求側的資源將逐漸開發(fā)出來?；谛枨箜憫臍怆娀パa采暖模式，不僅是增加電力負荷，還是綜合資源規(guī)劃的重要組成部分。在能源戰(zhàn)略中，需求側資源的有效開發(fā)和利用與供給側可再生能源的開發(fā)建設具有同等重要的戰(zhàn)略地位。

參考文獻：

[1]? 曹東林，電采暖在我國的發(fā)展前景淺析，機電信息.

[2]? 談小靈，淺談電采暖技術的優(yōu)越性，煤炭工程.

[3]? 張凱，淺談北京地區(qū)電采暖的使用，中國住宅設施.

（國網新疆電力公司電力科學研究院，新疆 烏魯木齊 830011）