中电投内蒙古四子王旗风电供热项目介绍及示范作用

第36卷第7期2014年7月华电技术HUADIANTECHNOLOGYVO136NO7JU12014中电投内蒙古四子王旗风电供热项目介绍及示范作用王建强中电投内蒙古新能源有限公司，呼和浩特010010摘要在内蒙古自治区等风电富集区，冬季供暖期间，风电上网消纳困难。介绍了中电投内蒙古四子王旗风电供热项目，用风电电力替代燃煤锅炉为城镇供热，可提高风电本地消纳的能力，减轻电网外送压力，有效利用风能资源并减少煤炭等化石能源消耗。关键词风电场；供热站；上网消纳；示范中图分类号TM614文献标志码B文章编号167419512014070032020引言近年来，内蒙古自治区风电产业快速发展，风电投产装机容量稳居全国首位。冬季供暖期间，为保证热电联产机组运行，全区大部分风电场在夜间频繁参与电网调峰，对风电机组运行效率影响较为明显。因此，需要从需求侧寻找途径，解决风电上网消纳困难的问题。2009年年末，内蒙古绿能新能源有限公司在国内率先提出风电供热概念，并着手开展风电供热技术研究及试点项目建设等各项工作。2011年3月9日，内蒙古绿能新能源有限责任公司取得了国家知识产权局颁发的风力发电供电供热系统实用新型专利证书专利号201020503627，为风电供热项目的实施提供了有力的技术支持。电力供热一是改变燃煤供热的模式并增加电力需求，二是通过蓄能装置使供热电力需求具备灵活性和可控性，可在电网负荷低谷时启动用电需求，起到调峰作用。通过这样的方式，使风电在电网低谷时段的电力得到有效利用，并把多余的电力以热能的方式储存下来，实现从需求侧人手，降低电网对风电调峰和消纳的难度，对风电持续发展具有重要的意义。1项目基本情况中电投内蒙古四子王旗风电供热项目是国家能源局在全国推行的风电供热新能源示范项目，既符合国家可再生能源发展规划，也符合中国电力投资集团公司的新能源总体发展战略。项目用风电电力收稿日期20140106；修回日期20140515替代燃煤锅炉为城镇供热，可以增加地区用电负荷，提高风电本地消纳的能力，减轻电网外送压力，尤其是将夜间电力负荷低谷时段的风电电力用于城镇供热，为风电储能探讨出一条新的道路。11项目位置该风电场位于内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗吉生太乡境内，距呼和浩特市约120KM。供热站位于四子王旗政府所在地乌兰花镇西北部的富康小区，占地面积为6277M。12项目建设规模风电场建设规模为200MW，选用100台单机容量为2MW的风电机组。供热站供热能力为50万ITI，选用24台容量为216MW的电阻式电热锅炉，总计5184MW。风电场占地面积约为597KM，供热站占地面积为6277IN。13风资源情况内蒙古乌兰察布市四子王旗风电基地是内蒙古自治区风能资源最丰富的地区之一，风电场所在区域有4022，4023，92523座测风塔，根据测风数据，风电场所在区域80M高度年平均风速79MS，年平均风功能密度为441WM，风功能密度等级为4级。项目设计年利用小时数为2568H，建成后预计年平均发电量为5136GWH。14接入方案及电力消纳该项目风电场以单回220KV线路接人杜尔伯特220KV变电站，所发电量全部上网。其消纳主要途径为就地消纳；利用风电供热的特性，在风电电量消纳最困难的时期10月一次年5月，拿出电网低谷时段21O0800约70GWH的电量，用来给供热站的电锅炉供电。这样，不仅拉动需求侧的电量消耗，缓解电网外送压力，而且起到为电网削第7期王建强中电投内蒙古四子王旗风电供热项目介绍及示范作用33峰填谷的作用，增强了电网安全运行的可靠性。供热站为大负荷锅炉，为确保冬季不问断供热，必须有足够的负荷供应电热锅炉用电。经测算，采暖期最大等效热负荷为50MW，选用24台容量为216MW的电阻式电热锅炉，总计5184MW。从杜尔伯特220KV变电站和四子王旗110KV变电站35KV侧分别引入一路电源。15电价风电企业与电网的结算方式供热站供热电价还没有取得相关主管部门的批复为1风电企业与电网以风电上网的标杆电价051KWH结算全部发电量；2供热企业按0427KWH供热电价向电网购电；3经测算，供热企业可承受的电价应不高于011KWH，所以风电企业给供热企业032歹己KWH的电价补贴。电价结算模式如图1所示。图1电价结算模式经测算，电热锅炉年用电量为69521GWH，供热企业根据供热需求按月分配使用。风电企业与供热企业按月结算的电费补贴供热企业当月所购全部电量电网正常电价一供热企业可承受的电价。2供热站设计方案根据加热方式与蓄热方式的不同，电热锅炉可以分为电阻式电热锅炉、电极式电热锅炉及固体蓄热锅炉，该项目采用电阻式电锅炉。供热站热源系统设计方案主要包括电热锅炉房、蓄热系统、换热系统及变配电系统。21电热锅炉选用216MW电热锅炉20台，电热锅炉总功率为432MW，电热锅炉在夜间电网低谷负荷时段运行。电热锅炉运行时段为每日2100至次日的0800，共11H。22蓄热系统采用显热式蓄热方式，技术简单、成本低、安全可靠；采用水为蓄热介质，蓄热装置为地上保温水罐。蓄热水罐参数数量，30台；工作类型，供暖热水；额定进出水温度，15150OC；蓄热罐表面温度，低于30；蓄热罐直径，35M；蓄热罐高度，12M；蓄热罐质量，22T；运行质量130T；蓄热罐容积，115M。23运行模式锅炉启动期间，30个蓄热水罐完成储热。锅炉停运时，由蓄热水罐开始单独供热时，从第1个蓄热水罐中抽出热水，换热后回到最后一个罐中，如此往复循环。回水与供水混合，水罐中混合水的温度随着系统的运行逐步降低，由变频泵控制循环水量逐步加大，直到蓄热水罐水的温度降至70。24换热系统利用换热站原有设备，将锅炉系统与蓄热系统接人换热站一次性管网入口。3投资及经济评价31工程投资风电场工程静态投资为132462万元，单位静态投资6623KW；接人系统费用2300万元；供热站建设费用8902万元；建设期利息44978万元；动态投资为1481618万元，单位动态投资7408KW。32经济评价按风电企业上网电价051KWH、供热站供热电价043元KWH、供热企业负担电价011元KWH、年利用小时数2568H、运行期年平均发电量5136GWH测算，全投资财务内部收益率税后为10O1，资本金财务内部收益率为1253，投资回收期税后为8年。工程投资分2部分第1部分为风电场项目，第2部分为供热站项目。4项目的示范作用在目前模式下，风电供热只能在限制风电出力比较严重的地区开展。风电供热项目在风资源丰富、实行峰谷电价的地区优势明显，可以尽量利用低谷阶段电量。风电供热项目适合在“三北”地区中小型城市开展，替代常规的燃煤锅炉，但供热站消耗电量应为弃风电量。在风资源丰富的内蒙古自治区人口相对集中的中小城镇，均可替代当地燃煤锅炉进行集中供热，同时不受煤价波动的影响。风电供热项目可以减轻政府公共事业的投资负担，有效解决了当地供热难题，减轻当地的环境污染，较好地解决风电消纳问题，避免“弃风”影响，是一件利国、利民、利企业的好事情。风电供热项目的大力推广，可有效缓解风资源丰富的内蒙古自治区电力送出困难、弃风限电问题，使丰下转第36页36华电技术第36卷剂后锅炉内部铁锈的脱落。由于锅炉采用了2种干法防锈蚀保护方法，强化了对锅炉汽水系统管道的保护，减少了锅炉省煤器、水冷壁、过热器以及再热器的锈蚀，在机组下次启动过程中，减少了2H的锅炉冷、热态清洗时间，节约除盐水量约500T，降低了机组启动损耗。汽轮机采用真空法快冷时，冷空气进入锅炉各过热器、再热器受热面被逐步加热，在进入汽轮机高、中压缸时，空气温度与缸温接近，对汽轮机的热冲击控制到最小。同时通过调节高、中压调节门的开度以及增减真空泵运行台数来控制进入汽轮机的空气量，汽轮机高、中压转子及汽缸温度下降速度平均为35H，达到了快冷的效果。4结束语目前300MW及以上单元集中控制机组，汽轮机快冷采用的方法主要有2种，一种是外加空气冷却装置，另一种是通过轴封抽人少量空气至缸体内冷却汽缸、转子。锅炉保养方法有很多，实际应用最广泛的是带压放水余热烘干法，烘干后锅炉受热面管道内存有部分湿蒸汽，假如长期停用，会加剧腐蚀。利用真空法同步进行汽轮机快冷、锅炉保养有4方面优点。一是避免汽轮机在无空气快冷装置的情况下，通过轴封抽入少量空气冷却汽轮机时，对转子、汽缸产生巨大的热冲击；二是在不增加系统设备改造投资的情况下，保证了汽轮机快冷效果，减少了快冷对汽轮机的热冲击；三是冷空气从大气扩容器集水箱进入锅炉水冷壁、顶棚过热器、低温过热器、屏式过热器及末级过热器被逐步加热，然后进入汽轮机，锅炉受热面和汽轮机缸体转子金属寿命损伤小，系统能耗低；四是通过空气的流通去除了锅炉受热面内的湿蒸汽，避免了锅炉受热面湿蒸汽腐蚀。此方法不改造原有热力系统，不修改DEH及高、低压旁路系统原控制内核程序，仅需在DEH上增加1个停机快冷控制子模块，在高、低压旁路控制系统上增加1个停机强制操作模块，在300MW及以上单元集中控制机组上均能可靠实现。同时，此方法不需要增加汽轮机空气冷却装置的投资，避免了锅炉充氮加缓蚀剂保养的复杂、繁琐、不可靠，减少了运行人员的操作量，降低了快冷、启动时的机组能耗，提高了电厂的经济性。此方法推广及应用前景较为广阔，300MW及以上单元集中控制火电机组通过优化DEH逻辑控制均能实现。参考文献1叶绍义，沈琦玉环电厂超超临界1O00MW汽轮机组快冷系统的应用J热力发电，2009889922谢学军，龚洵洁，许崇武，等热力设备的腐蚀与防护M北京中国电力出版社，1998本文责编弋洋作者简介吴春潮1977一，男，江苏泰州人，副总工程师，高级工程师，从事火电厂技术管理方面的工作EMAIL930672337QQEOMO谌丽1976一，女，四川宜宾人，工程师，从事火电厂节能及可靠性管理方面的工作EMAILCHENLI0930TOMCORN。OO0上接第33页富的风电资源得到有效利用。但需要国家主管部门尽快出台供热电价、上网电量等方面的优惠政策。5项目创新1风电电力能够全额上网，减少弃风，能有效利用当地优良的风资源。2能够有效缓解“三北”地区电网接入难、消纳难的问题，促进风电电力在本地区就地消纳。3可增加冬季供暖期间夜间底谷时段的用电负荷，进行风电供热和风电储能蓄热，缓解了冬季及夜间发电高峰时段风电给电网带来的压力，起到了削峰填谷作用。4从需求侧人手，能够有效地增加新能源市场份额。5降低了因燃煤供暖而产生的二氧化碳、二氧化硫等废气的排放，缓解了项目所在地节能减排压力。6该项目是新农村建设中城镇供热的良好示范