储热提升新能源消纳能力的经济可行性分析

储热提升新能源消纳能力的经济可行性分析

马天东

（国网宁夏电力公司调度控制中心宁夏银川750001）

摘要：随着风电资源的配置的增加，使得电网对其消纳能力出现不足。目前一种新的解决弃风消纳的方法是通过储热装置的配置一方面从电源侧和负荷侧增强系统的调节能力，另一方面增加系统的本地负荷以促进新能源的消纳。通过在热电联产机组出配置储热装置或者是在系统中增加包含储热的电供热装置，从短期运行效果来看具有明显的节煤效果和经济效益。然而结合宁夏地区实际情况长期来看，由于储热装置的配置、热电厂的改造以及电锅炉的建设都需要一定程度的前期投资，且在实际运行过程中又会产生维护成本。因此，通过配置储热装置的消纳弃风的方案减排潜力如何、是否国民经济可行性，且经济性会受到哪些因素影响将在本文进行分析。

关键词：风电；弃风消纳；储热；经济效益

0引言

宁夏地区风电资源丰富，通过配置储热装置提高新能源消纳能力是一种新的方式，其本质是从电源侧和负荷侧增强系统的调节能力，同时增加系统的本地负荷以促进新能源的消纳。本文将从系统配置储热的方式来对宁夏地区在提高风电消纳能力的经济性可行性进行分析。

1储热装置的配置场景分析

在宁夏地区的电力系统中，配置储热的方式通过多场景的仿真进行对比分析，分别从5种场景做了仿真分析，具体的场景设置详细说明如下：

S0：基准场景S0中，根据宁夏地区2013-2014供热期内电力系统、热力系统的实际运行情况，不考虑在系统中配置储热装置。分析该年供热期内宁夏地区风电实际限电弃风状况。

S1：对比场景S1中考虑，到2020年宁夏地区风电、热负荷、电力负荷、常规机组以及热电联产机组均随着宁夏地区经济社会的发展规模上有一定的扩大。仿真分析如果系统中不配置大容量储热装置以提升系统新能源的消纳能力，则系统新能源的消纳状况及风电弃风状况。

S2：对比场景S2中，考虑在2020年，只在热电联产机组处配置相应规模的大容量储热，分析系统新能源消纳能力提升状况；

S3：对比场景S3中，考虑在2020年，将部分非集中供热热负荷用户改造成为电锅炉供热接入电力系统，分析系统新能源消纳能力提升状况；

S4：对比场景S4中，考虑在2020年，部分热用户改造为电锅炉供热接入电力系统，在电热锅炉处配置相应规模的储热装置，分析系统新能源消纳能力提升状况；

S5：对比场景S5中，考虑在2020年，在热电联产机组处配置大容量储热装置并接入包含储热装置的电热锅炉，分析系统新能源消纳能力提升状况。

2网络拓扑结构及数据方面

网络结构方面：网络的拓扑根据宁夏地区实际运行数据建立的等效系统。

数据方面：风电出力数据，考虑在2020年夏地区风电实际装机容量增加到7000MW；热力需求数据、电力需求数据，为突出风电增加后系统遇到的弃风问题及解决方案的机理，系统的热力及电力需求数据都为2014年宁夏地区的实际需求数据；常规机组装机、热电联产机组装机为该地区2014年系统实际数据。

3仿真结果分析

根据以上设定，对S0～S5场景下宁夏地区在供热期系统运行进行仿真分析。优化运行以逐时数据为基础，以天为运行周期，滚动计算整个供热期内系统的运行状态。根据仿真计算各场景下风电消纳状况如表1-1所示：

从表1-1中可以看到随着风电装机容量的增长，以2020年宁夏地区风电装机规模达到7000Mw为例，地区的弃风率将达到33.57%，弃风电量为3.1394×106MWh。高弃风率将直接导致大量的经济损失，并且浪费大量清洁能源增加污染物排放。

从仿真结果中可以看到利用热电联产机组出加装储热装置的消纳弃风方案可将33.12%的弃风电量消纳为上网电量；而包含储热的电供热装置最多可消纳弃风的73.52%；在同时利用电源侧配置储热装置和负荷侧配置包含储热的电供热装置的方案下，最终可消纳93.54%的弃风电量，基本可实现风电足额消纳。

储热系统按98.08万元/MW的成本来估算，则在场景S2下：热电联产机组出配置储热装置的投资总费用约为3000Mw*98.08万元/Mw=29.42亿元人民币，仿真效果显示热电联产机组改造后在供热期内共可在供热期内使得风电上网电量增加1.0399×106MW，创造的经济价值约为5.2亿元人民币；那么从整个系统规划运行经济性的角度看，在热电联产机组出加装储热装置以提高宁夏地区新能源消纳能力的方案在5～6年内即可收回投资成本。

在场景S4下：考虑包含大容量储热装置的电供热锅炉的弃风消纳效果，投资总费用为2000Mw*98.08万元/Mw+500Mw*41.07万元/Mw=21.7亿元人民币。从风电运行状况来看，采用蓄热式电锅炉供暖方案后，计划年内弃风上网电量共增加2.3361×106MW，创造的经济价值约为11.68亿元人民币；那么从整个系统规划运行经济性的角度看，在电供热处加装储热装置以提高宁夏地区新能源消纳能力的方案在2年内即可收回投资成本。

由于宁夏地区的供暖期较长，燃煤供热是冬季很多地区主要的供热方式，存在污染物排放的问题。从场景S5下算例结果分析，得出通过配置储热装置以提升系统的新能源消纳能力，很好的改善当地的环境指标，共可消纳弃风量为29.365亿千瓦时，则可减少排放烟尘4478吨、二氧化硫7706吨、氮氧化物8194吨、二氧化碳115万吨，灰渣约15.6万吨。说明该方案的实施对环境保护效果显著。

4结论

通过配置储热不仅可提升新能源消纳能力，同时对于在宁夏地区的环境节能减排，加快可再生能源对化石能源替代进程，提高清洁资源的利用率，改善宁夏地区当地民生发展等方面的也存在一定的优势，因此，在宁夏地区通过配置储热来提升新能源的消纳能力具有较好的经济可行性。

参考文献：

[1]李纪峰.热电联产集中供热系统节能技术分析与环保效益评价.大连理工大学硕士论文.2003.

[2]马建伟等.热电联产机组的节能发电调度技术研究与实践.中国电力.2009，42（4）：14-17.

作者简介：

马天东（1987.06-），男，宁夏海原人，北京交通大学电气工程及其自动化（电力系统及其自动化）专业本科学士，工程师，单位：国网宁夏电力公司调度控制中心，研究方向：电网调控运行.