基于清潔能源供暖促進(jìn)棄風(fēng)消納研究

李福 趙繼偉 沈陽(yáng)恒久安泰環(huán)保與節(jié)能科技有限公司

中國(guó)“三北”地區(qū)是棄風(fēng)量最大的地區(qū)，同時(shí)也是我們研究攻克的難點(diǎn)，其中內(nèi)蒙古地區(qū)具有豐富的風(fēng)力資源，但是目前內(nèi)蒙古地區(qū)以熱電機(jī)組為主，并且在冬季供暖期，熱電機(jī)組存在“以熱定電”的局限性，會(huì)大幅增加風(fēng)電并網(wǎng)的可調(diào)性，風(fēng)力發(fā)電本身具有季節(jié)性和不確定性這些因素，使得風(fēng)電消納的問(wèn)題存在。如果風(fēng)電大發(fā)為了維護(hù)電網(wǎng)的平衡就只能采用棄風(fēng)的手段。為了解決這些問(wèn)題政府出了很多政策，鼓勵(lì)用新能源電力供熱取代傳統(tǒng)的供熱，并且采用蓄能技術(shù)儲(chǔ)蓄棄風(fēng)，降低棄風(fēng)率。

一、移動(dòng)蓄熱裝置系統(tǒng)

北方地區(qū)展開(kāi)了依靠蓄熱式的電鍋爐供暖達(dá)到電能向熱能的轉(zhuǎn)化效果，使消納風(fēng)電的能力改善。這一移動(dòng)蓄熱供熱技術(shù)靈活性較高，在夜晚用電負(fù)荷低谷的時(shí)候進(jìn)行棄風(fēng)電量蓄熱裝置加熱，其利用棄風(fēng)電產(chǎn)生的熱能可以給用戶供熱，剩余的儲(chǔ)存起來(lái)按需釋放。移動(dòng)蓄熱供暖項(xiàng)目的運(yùn)行，使電網(wǎng)用電低谷負(fù)荷增加，大大改善了風(fēng)電的就地消納的能力，棄風(fēng)電在蓄熱裝置中轉(zhuǎn)換熱能后，可以做到隨時(shí)運(yùn)輸?shù)叫枰臒峁I(yè)園區(qū)以及居民住宅小區(qū)，不僅可以解決了能源浪費(fèi)，又減少了傳統(tǒng)供暖的環(huán)境污染問(wèn)題。利用棄風(fēng)電量進(jìn)行移動(dòng)供暖這一舉措可以顯著的改善風(fēng)能利用率，給風(fēng)電行業(yè)帶來(lái)了新的推動(dòng)力。

（一）移動(dòng)蓄熱裝置的構(gòu)成

移動(dòng)蓄熱裝置采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將加熱、蓄熱、換熱、放熱及控制功能組合而成的。以棄風(fēng)電力作為熱源，主要包括蓄熱體、空氣循環(huán)、水循環(huán)和中央控制單元四部分。可以看出移動(dòng)蓄熱裝置主要由配電柜、蓄熱磚、發(fā)熱電阻絲、換熱系統(tǒng)、可調(diào)速循環(huán)系統(tǒng)、絕緣底座等組成。其中，中央單元協(xié)同其他部分工作，保證機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)行。裝置的加熱部件能夠把蓄熱裝加熱到650℃以上，根據(jù)供熱情景，循環(huán)風(fēng)機(jī)智能改變風(fēng)速驅(qū)動(dòng)風(fēng)道內(nèi)的空氣，高溫蓄熱磚產(chǎn)生的溫度在循環(huán)風(fēng)的作用下送到換熱器實(shí)現(xiàn)熱量交換。

（二）移動(dòng)蓄熱裝置的工作原理

移動(dòng)蓄熱裝置是一種可以儲(chǔ)存能量的裝置，其中的蓄熱磚密度高，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱依靠低谷棄風(fēng)電，并按需釋放熱量。其工藝流程為：加熱→固體蓄熱存儲(chǔ)→取熱→熱交換→供熱末端。移動(dòng)蓄熱裝置利用棄風(fēng)電量進(jìn)行蓄熱，蓄熱體和循環(huán)系統(tǒng)在中央控制系統(tǒng)的控制下智能運(yùn)行。

（三）移動(dòng)蓄熱裝置的優(yōu)勢(shì)

（1）可以利用廉價(jià)低谷電蓄熱，蓄熱量可在用電高峰段釋放，能夠顯著地實(shí)現(xiàn)削峰填谷，優(yōu)化電網(wǎng)負(fù)荷。（2）減少火力發(fā)電帶來(lái)的環(huán)境污染，同時(shí)做到了節(jié)約資源。（3）智能化控制，運(yùn)行可靠，減少熱量浪費(fèi)，在一定意義上做到了無(wú)人值守。

二、蓄熱式電鍋爐加入新能源供暖

蓄熱式電鍋爐目前分為固體蓄熱式電鍋爐和水箱蓄熱式電鍋爐，其工作的原理分別是以水能蓄熱和蓄熱磚蓄熱。相比起水箱蓄熱式電鍋爐固體蓄熱式電鍋爐具有占地面積小、蓄熱更穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，本文采用固體蓄熱式電鍋爐。由電能轉(zhuǎn)換為熱能儲(chǔ)存在蓄熱磚中，在熱負(fù)荷用戶需求時(shí)把儲(chǔ)存的熱能釋放。

三、基于粒子群算法的優(yōu)化

算法本文采用粒子群算法為多目標(biāo)優(yōu)化的算法。

四、仿真分析本文

以電腦模擬以一天為周期24小時(shí)棄風(fēng)量，通過(guò)與未進(jìn)行優(yōu)化的傳統(tǒng)模型進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如下。

（一）日供熱對(duì)比

相比優(yōu)化前的深色線，優(yōu)化后的淺色線更加的平穩(wěn)、穩(wěn)定，這樣既保證了熱負(fù)荷用戶的供熱需求、提高了用戶的舒適度，同時(shí)也避免了熱量溢出導(dǎo)致的浪費(fèi)。

（二）蓄熱罐能量的變化

優(yōu)化后蓄熱罐對(duì)熱量的蓄量明顯比優(yōu)化前更加充裕，同時(shí)也意味著對(duì)能量的利用率也得到了提高。

（三）電鍋爐加熱功率的變化

優(yōu)化后相比優(yōu)化前在用電的高峰期加熱功率明顯下降，這樣一方面錯(cuò)開(kāi)用電高峰期的高電價(jià)節(jié)約了成本，另一方面風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)提供了更多的可調(diào)性。

（四）非棄風(fēng)功率的變化

從本文中可以理解所謂非棄風(fēng)功率實(shí)際上就是從電網(wǎng)直接購(gòu)電的部分，因?yàn)閲?guó)家政策的發(fā)行在用電高峰期越少的購(gòu)電則越節(jié)約成本。優(yōu)化后相比優(yōu)化前在用電高峰期減少了購(gòu)電在用電的低谷期則增加了購(gòu)電這從一定程度上節(jié)約了大量的成本，進(jìn)一步保障了以最小成本為目標(biāo)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。

（五）棄風(fēng)功率的變化

優(yōu)化后的曲線更加接近風(fēng)電場(chǎng)在該時(shí)刻所產(chǎn)生的棄風(fēng)資源，這樣極大程度上保證了我們第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。

五、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)蓄熱式電鍋爐目前的局限性以及現(xiàn)有棄風(fēng)消納所存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并解決，利用粒子群算法對(duì)傳統(tǒng)模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化并通過(guò)仿真得出優(yōu)化結(jié)果。通過(guò)對(duì)比分析本次優(yōu)化取得了較為理想的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了最大消納棄風(fēng)和最小成本的目標(biāo)函數(shù)。