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風(fēng)電供暖技術(shù)方法研究

文檔作者：張新宇1 李斌2 姚遠(yuǎn)2 文檔來(lái)源： 1．大唐新能源山東公司 2．北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月01日
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Clean Energy
第30卷第1期電網(wǎng)與清潔能源
2014年1月PowerSystem and Clean Energy
V01．30 No．1
Jan．2014
文章編號(hào)：1674—3814(2014)01—0094—03 中圖分類號(hào)：TK89
風(fēng)電供暖技術(shù)方法研究
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
張新宇1，李斌2，姚遠(yuǎn)2
(1．大唐新能源山東公司，山東264209；2．北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司，北京100083)
Technology of Heating by Wind Power
ZHANG Xinyul，LI Bin2，YAO Yuan2
(1．Datang New Energy Company in Shandonge，Shandong 264209，China；2．Beijing Corona Science&amp;amp;Technology Co．，Limited．，
Beijing 100083，China)
ABSTRACT：Heating by wind power is of great importance to
improvement of the efficiency of the wind farm．Selection of the
suitable heating scheme based on the actual situation of the
wind farm．can effectively reduce and avoid the wind farm’s
adverse effects of on the power system，and improve its competitiveness
in the electric power market．This paper focuses on
several basic heating methods such as independent off-grid
wind turbine heating，wind power and grid power compleme—
ntary heating，wind and solar heating，and wind power and
gas-fired combined cycle unit heating and etc．
KEY WORDS：wind power heating；wind power and grid power
complementary heating；wind and solar heating
摘要：風(fēng)電供暖對(duì)于提供風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行效率具有重要意義。根
據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況選用合適的供暖方案，可以有效地減輕
和避免風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響，同時(shí)提高了風(fēng)電場(chǎng)在
電力市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。重點(diǎn)分析了離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立供
暖、風(fēng)電互補(bǔ)供暖、風(fēng)光互補(bǔ)供暖、風(fēng)電和燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組
供暖等幾種基本方法。
關(guān)鍵詞：風(fēng)電供暖；風(fēng)電互補(bǔ)供暖；風(fēng)光互補(bǔ)供暖
我國(guó)風(fēng)能資源豐富，陸地可開發(fā)裝機(jī)容量達(dá)25
億kW，是我國(guó)重要的可再生能源資源。近年來(lái)，我國(guó)
風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，至1J2012年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)已
達(dá)到6 300萬(wàn)kW，成為全球風(fēng)電裝機(jī)最多的國(guó)家，風(fēng)
電已成為我國(guó)第三大電源。在能源供應(yīng)中發(fā)揮著重
要作用，為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減排溫室氣體、保護(hù)生態(tài)
環(huán)境做出了重要貢獻(xiàn)。但由于受電網(wǎng)運(yùn)行等因素的
影響，特別是在冬季供暖期間，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行與熱電
聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行矛盾突出，致使北方地區(qū)的風(fēng)電機(jī)組被
迫大量棄風(fēng)，2012年的風(fēng)電棄風(fēng)電量達(dá)200 kW·htll。
2013年6月國(guó)家能源局下發(fā)了《關(guān)于做好風(fēng)電
清潔供暖工作的通知》，鼓勵(lì)北方地區(qū)采用風(fēng)電進(jìn)
行清潔供熱。鼓勵(lì)新建建筑優(yōu)先使用風(fēng)電清潔供暖
技術(shù)，支持其利用風(fēng)電清潔供暖技術(shù)替代已有的燃
煤鍋爐供熱121。
風(fēng)電供暖一方面可以解決燃煤供暖所帶來(lái)的
污染問(wèn)題，另一方面還可以緩解風(fēng)電的棄風(fēng)問(wèn)題。
近年來(lái)，我國(guó)北方風(fēng)能資源富集地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)限
電問(wèn)題引起較多關(guān)注。北方地區(qū)的風(fēng)能資源冬季夜
間最大，而這正是用電負(fù)荷的低谷時(shí)段和取暖供熱
的高峰時(shí)段，為了滿足建筑取暖供熱需要，熱電聯(lián)
產(chǎn)機(jī)組需優(yōu)先運(yùn)行，幾乎把電力負(fù)荷的空間全部占
去了，風(fēng)電機(jī)組被迫棄風(fēng)停運(yùn)【31。而風(fēng)電供暖將有助
于緩解這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)因地制宜的展開風(fēng)電供暖試
點(diǎn)，將會(huì)使風(fēng)電棄風(fēng)限電問(wèn)題得到明顯好轉(zhuǎn)M。
1 風(fēng)電供暖方法
1．1 離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立供暖方法
離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立供暖系統(tǒng)，包括有風(fēng)力發(fā)
電場(chǎng)、電加熱鍋爐、蓄熱裝置、換熱裝置和熱用戶，
風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)通過(guò)輸電線路與電加熱鍋爐連接，電加
熱鍋爐分別與換熱裝置和蓄熱裝置連接，電加熱鍋
爐與換熱裝置連接成循環(huán)回路，蓄熱裝置與電加熱
鍋爐連接成循環(huán)回路，蓄熱裝置與換熱裝置連接成
循環(huán)回路，換熱裝置與熱用戶連接成循環(huán)回路。結(jié)
構(gòu)示意圖如圖l所示。
風(fēng)力發(fā)電供電供熱系統(tǒng)的供熱技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)
性均可行，既沒有環(huán)境污染，又緩解了電網(wǎng)的調(diào)峰
難度，減輕電網(wǎng)外送壓力。該方案是離風(fēng)場(chǎng)較近熱
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第30卷第l期電網(wǎng)與清潔能源
鑭圖噩口■
Clean Energy
圈
用戶遠(yuǎn)離主電網(wǎng)時(shí)的風(fēng)電供暖方法。利用風(fēng)電供暖
時(shí)，風(fēng)電輸出電能直接接入電加熱鍋爐。
圖l 離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立供暖結(jié)構(gòu)示意圖
Fig．1 The structure diagram of the off-grid independent
wind turbine heating system
離網(wǎng)型供暖風(fēng)電機(jī)組的電氣控制方法如圖2
所示。
葉
用戶
直流
負(fù)載
圖2離網(wǎng)型供暖風(fēng)電機(jī)組的電氣控制結(jié)構(gòu)示意圖
Fig．2 Schematic structure uf the electrical control for
the off-grid heating、’ind turbine
當(dāng)主控發(fā)送啟動(dòng)指令后，變流器采集三相定子
電壓，通過(guò)定子電壓計(jì)算出電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)
速。依據(jù)風(fēng)電機(jī)組最佳轉(zhuǎn)速功率曲線，構(gòu)造出轉(zhuǎn)速一
定子電壓有效值曲線，根據(jù)所采用的定子電壓閉環(huán)
的控制策略，調(diào)節(jié)變流器輸出勵(lì)磁電流的大小，在
一定轉(zhuǎn)速下維持發(fā)電機(jī)定子電壓有效值達(dá)到給定。
定子電壓經(jīng)變流器內(nèi)的二極管整流橋整流后轉(zhuǎn)換
為直流電壓，在直流端連接固定電阻負(fù)載，通過(guò)電
阻消耗功率實(shí)現(xiàn)加熱的功能。
風(fēng)電在提供清潔能源的同時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的大規(guī)模
并網(wǎng)也給電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了不利影響。傳統(tǒng)
的電網(wǎng)調(diào)度問(wèn)題是基于負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行的，而風(fēng)力發(fā)
電受到的氣候、海拔、地形以及溫度等多種自然因素
的影響具有隨機(jī)波動(dòng)性，風(fēng)速及風(fēng)功率預(yù)測(cè)的難度
較大。風(fēng)電獨(dú)立供暖的效率和可靠性不高?；陲L(fēng)電
的間歇性特點(diǎn)，風(fēng)電與電網(wǎng)，燃煤機(jī)組，太陽(yáng)能發(fā)電
等聯(lián)合供暖也成為克服風(fēng)電這一弊端的有效途徑。
1．2風(fēng)電互補(bǔ)型供暖方法
針對(duì)風(fēng)力發(fā)電間歇性的特點(diǎn)，最便捷的風(fēng)電與
電網(wǎng)互補(bǔ)型供暖方法提出，利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為電
暖氣的主要能源，以電網(wǎng)電源作為控制電源和供暖
電源必要時(shí)的補(bǔ)充，大大節(jié)省了用電的費(fèi)用。它同
時(shí)可以將發(fā)電機(jī)和市電的能量轉(zhuǎn)換成熱能，同時(shí)增
加傳感器增加信號(hào)采集功能，還能夠?qū)⒏髯缘倪\(yùn)行
狀態(tài)及采暖單元的溫度信息反饋到控制單元，便于
用戶了解室內(nèi)供暖情況。
風(fēng)電與市電互補(bǔ)型供暖方案也是離風(fēng)場(chǎng)較近
的熱用戶風(fēng)電供暖方法，利用風(fēng)電供暖的線路與獨(dú)
立式風(fēng)電供暖方法相同，在風(fēng)電供暖不足時(shí)，切換
市電供暖。
1．3風(fēng)光互31、型供暖方法
與風(fēng)電互補(bǔ)型供暖方案相比，太陽(yáng)能和風(fēng)能聯(lián)
合補(bǔ)熱供暖方案進(jìn)一步利用了清潔能源，節(jié)省用戶
的用電費(fèi)用。太陽(yáng)能和風(fēng)能聯(lián)合補(bǔ)熱供暖方案，由
太陽(yáng)能熱水裝置、風(fēng)力發(fā)電裝置、蒸汽鍋爐、電加裝
置控制電路組成，如圖3所示。
圖3風(fēng)光互補(bǔ)型供暖結(jié)構(gòu)示意圖
Fig．3 Structure diagram of the wind and solar
heating system
太陽(yáng)能熱水裝置的儲(chǔ)熱水箱通過(guò)出水閥、四通
管接頭、鍋爐進(jìn)水閥和管道與蒸汽鍋爐進(jìn)水口連
接，蒸汽鍋爐的蒸汽出口經(jīng)保溫蒸汽管與室內(nèi)散熱
裝置連接，風(fēng)力發(fā)電裝置的電源輸出連接熱水箱中
的電加熱管、并同時(shí)經(jīng)接觸器常開觸點(diǎn)連接室內(nèi)電
加熱器，室溫控制電路的控制器單元連接接觸器線
圈。采用聯(lián)合補(bǔ)熱供暖的方法，利用太陽(yáng)能熱水系
統(tǒng)和風(fēng)能對(duì)進(jìn)人燃煤鍋爐的冷水進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)利
用風(fēng)能發(fā)電直接對(duì)溫室進(jìn)行加熱供暖。
該方案對(duì)區(qū)域光照和風(fēng)速要求較高。
1．4風(fēng)電、光電及電網(wǎng)互補(bǔ)變功率蓄能供暖方法
太陽(yáng)能和風(fēng)能聯(lián)合補(bǔ)熱供暖方案的確是充分
利用清潔能源供暖的有效途徑，但是，風(fēng)力發(fā)電受
到氣候、海拔、地形以及溫度等多種自然因素的影
響具有隨機(jī)波動(dòng)性；太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)也隨著晝夜交
替以及天氣變化因素呈現(xiàn)波動(dòng)性。
為進(jìn)一步提高風(fēng)電和太陽(yáng)能聯(lián)合供暖的供暖效
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
■日旺圈黲j
Clean Energy
96 張新宇，等：風(fēng)電供暖技術(shù)方法研究
率和可靠性，一種基于三者的互補(bǔ)供暖方法，風(fēng)電、
光電及電網(wǎng)互補(bǔ)變功率蓄能供暖系統(tǒng)提了出來(lái)。該
系統(tǒng)包括風(fēng)電機(jī)組、太陽(yáng)能電池板、變功率電熱蓄
能供水子系統(tǒng)和變功率電熱蓄能供暖子系統(tǒng)；還與
市電電網(wǎng)連接；風(fēng)電機(jī)組、太陽(yáng)能電池板和市電電
網(wǎng)均通過(guò)電路連接到輸入端上；變功率電熱蓄能供
水子系統(tǒng)和變功率電熱蓄能供暖子系統(tǒng)均通過(guò)電路
連接到輸出端上。采用上述技術(shù)方案，降低能量的損
耗和設(shè)備成本，實(shí)現(xiàn)可再生能源的充分、高效和合
理的應(yīng)用；充分利用市電電網(wǎng)的低谷電量，使低谷
時(shí)段被浪費(fèi)的電量得到充分利用，降低用電成本，
交直流兩用，對(duì)可再生能源進(jìn)行可靠和穩(wěn)定的補(bǔ)充。
1．5風(fēng)電和燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組供暖方法
北方地區(qū)的風(fēng)能資源冬季夜間最大，而這正是
用電負(fù)荷的低谷時(shí)段和取暖供熱的高峰時(shí)段。為了
滿足暖熱需要，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組需優(yōu)先運(yùn)行，幾乎把
電力負(fù)荷的空間全部占去了，風(fēng)電機(jī)組被迫棄風(fēng)停
運(yùn)。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)，因熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱問(wèn)題不
能停運(yùn)，而棄風(fēng)，造成清潔能源的浪費(fèi)巨大。
針對(duì)這一現(xiàn)狀，從熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供暖特性出
發(fā)，一種風(fēng)電和燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組的熱電聯(lián)產(chǎn)提
出，采用熱水散熱器和熱泵耗電兩種方式供熱，其
中的熱水來(lái)源于燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組，電力由燃?xì)饴?lián)
合循環(huán)機(jī)組與風(fēng)能發(fā)電機(jī)組聯(lián)合提供，通過(guò)綜合調(diào)
度控制裝置在檢測(cè)一段時(shí)間的供能和用戶的耗能
情況后，對(duì)未來(lái)一段時(shí)間做出預(yù)測(cè)；然后在此基礎(chǔ)
上進(jìn)行調(diào)度，在保證滿足電力供給和熱能供給的條
件下，減少供暖出力熱水流量，由消耗電力供熱來(lái)
補(bǔ)償，耗電供熱既可以補(bǔ)償熱水供暖的不足，也可
以增加電力低谷時(shí)段的負(fù)荷；這樣根據(jù)風(fēng)能發(fā)電、
熱電聯(lián)產(chǎn)綜合起來(lái)，使得預(yù)測(cè)的出力經(jīng)調(diào)整后更接
近系統(tǒng)實(shí)際需求的風(fēng)電出力。如圖4所示。
雅尚蠟
圖4風(fēng)電和燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組供暖示意圖
Fig．4 Schematic structure diagram of the wind and
gas-fired combined cycle unit heating system
風(fēng)電機(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組聯(lián)合供暖是目前研
究的熱點(diǎn)，該方案也是針對(duì)棄風(fēng)現(xiàn)象提出的有效解
決方案。但是對(duì)于風(fēng)電機(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的聯(lián)合
調(diào)度控制策略有待進(jìn)一步優(yōu)化，才能更好地利用清
潔能源，提高風(fēng)電的利用效率。
2 結(jié)語(yǔ)
風(fēng)電場(chǎng)選取的風(fēng)電供暖技術(shù)方法與風(fēng)場(chǎng)的地
理位置、電網(wǎng)狀況有關(guān)。遠(yuǎn)離主電網(wǎng)的島嶼或者小
鎮(zhèn)，宜采用離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立供暖或者風(fēng)光互補(bǔ)
供暖方法；靠近主電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)可選取風(fēng)電互補(bǔ)供
暖方法；靠近天然氣產(chǎn)地的風(fēng)電場(chǎng)可采用風(fēng)電和燃
氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組供暖方法。根據(jù)電網(wǎng)的用戶類型或
者風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況選用合適的供暖方案，可以有
效地減輕和避免風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響，同
時(shí)提高了風(fēng)電場(chǎng)在電力市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。
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收稿日期：2013—11-21。
作者簡(jiǎn)介：
白愷(197l一)，女，碩士，從事新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)研究。
(編輯徐花榮)
七一七一#呻寸，七斗士一^一：摹卻土唪^一，≮^干’菩砷土每土寸?tf^呻中叫^_^寸^一^干七呻^_^_?節(jié)呻粵邛^_％％中一寸_，十七呻卡_^1(粵呻專午^_粵_粵卅^_t干尊呻七卟
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收稿日期：2013—08—15。
作者簡(jiǎn)介：
于汀(1984一)，男，碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性；
王瑋(197卜)，女，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)調(diào)
度技術(shù)；
蒲天驕(1970一)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度運(yùn)
行控制：
晉朝雨(1988一)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)頻
率控制；
孫英云(1975～)，男，副教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)優(yōu)化和
控制。
(編輯馮露)
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(上接第96頁(yè))
響及對(duì)策綜述fJ】．陜西電力，2010(1)：53—55．
FU Xu，LI Haiwei，LI Binghan．Summary of the impact of
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(in Chinese)。
f71王魯浩，焦曉紅，李曉．風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)功率輸出的
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WANG Luhao，JIAO Xiaohong，LI Xiao．Adaptive control of
power for complementary wind-PV generation system[J]．
Power System and Clean Energy，2013(1 1)：10l一107(in
Chinese)．
收稿日期：2013—10—11。
作者簡(jiǎn)介：
張新字(1972～)，男，工程師，研究方向?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)電力調(diào)度；
李斌(1985～)，男，電氣工程師，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電智
能控制；
姚遠(yuǎn)(1984～)，男，電氣工程師，研究方向?yàn)楣夥悄芸刂啤?
(編輯徐花榮)
號(hào)十士4董一^4^斗知‰～-專十土啼_氣十一_粵_知^年～氣十^呻-粵一★一t十粵呻粵斗^_～與-～～t呻_一～‘o十一^_～氣，十一七一tt^一^葉
(上接第101頁(yè))
GB／T 24337—2009電能質(zhì)量：公用電岡間諧波fs】．北京：
中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．
『181武漢國(guó)測(cè)科技股份有限公司．GB／T 15543—2008電能質(zhì)
量：三相電壓不平衡[s】．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．
f191全國(guó)電壓電流等級(jí)和頻率標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書處．
GB／T 19862—2005電能質(zhì)量：監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求【s】．北
京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005．
收稿日期：2013一lo-17。
作者簡(jiǎn)介：
黃晶生(1982一)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楣夥?
網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)、光伏電站并網(wǎng)性能評(píng)估等。
(編輯黃晶)
萬(wàn)方數(shù)據(jù)

網(wǎng)友評(píng)論 more

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03-05