風電場升壓站供暖方案比選

　　隨著可再生清潔能源風力發電的迅速發展，風電場升壓站內多元化的供暖方式也越來越多地引起人們的關注。風電場升壓站均位于距城鎮較遠的偏遠地區，遠離城市集中熱源，需要進行獨立的區域供熱。近年來風力發電項目在我國能源發電中所占的比例正逐年提高，風電場升壓站內的供暖方式也越來越受到關注。位于我國三北地區已建成的風電場升壓站中，絕大多數采用電加熱供暖，運行期間升壓站中電加熱供暖的站用電負荷偏高，導致廠用電率高和站用變容量大，從而增加了運行和投資成本。

　　隨著節能減排目標和風電場管理運行自動化程度的不斷提高，對升壓站內的供暖方案也提出了新的要求，在保證環保要求和建筑物供暖要求的前提下，降低供暖系統的投資和運行費用即成為系統優化的主要目的。本文主要從經濟性角度，對幾種常用的供暖方式進行分析評價，為風電場升壓站內供暖方案的選擇提供參考依據。

 

　　升壓站供暖方式

 

　　風電場升壓站內主要包括生產生活綜合樓、配電裝置室、水泵房及庫房等需要供暖的建筑物。

　　目前升壓站常用的供暖熱源設備有：燃煤（油）鍋爐、地源熱泵、電加熱供暖等。其中燃煤（油）鍋爐是很成熟的供暖熱源形式，其運行費用較低，但由于其產生的煤灰或煙氣中硫化物和氮氧化物對大氣污染較大，不符合國家綠色環保工程和風力發電項目節能減排的發展宗旨，且燃煤（油）鍋爐供暖系統的自動化程度較低，新建工程中已很少采用。因此，不以燃煤（油）鍋爐作為風電場升壓站供暖的熱源進行方案比選。

　　地源熱泵是一種利用淺層地熱資源既可供熱又可制冷的高效節能空調設備。熱泵技術是利用制冷劑的相變過程從低溫物質中吸收熱量釋放給高溫物質，完成熱量的轉移過程，因此熱泵機組可實現對建筑的供熱與制冷。地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季作為熱泵制冷的冷源，即在冬季，當機組在制熱模式時，從淺層地能中吸收熱量，通過壓縮機和熱交換器將熱量集中，并以較高的溫度釋放到室內。在夏季，當機組在制冷模式時，從淺層地層中提取冷量，通過壓縮機和熱交換器將冷量集中，送入室內，同時將室內的熱量排放到地下，達到制冷的目的。地源熱泵系統分為地埋管地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統和地表水地源熱泵系統，后兩者水源熱泵系統對工程所在地的水文地質條件要求較高，受地下水資源的限制；而地埋管地源熱泵系統的地域應用范圍廣，基本不受地下水文條件和政策的限制，不污染地下水，升壓站的站前區和綠化草坪等地下土層均可以作為地埋管場地，地埋管地源熱泵系統適用于大多數風電場升壓站內的供暖空調應用，所以采用地埋管地源熱泵系統進行方案比選分析。

　　電加熱供暖主要是指電鍋爐、電暖器和低溫輻射電熱供暖。電熱鍋爐熱水供暖系統和電暖器供暖都是供暖系統中常用的供暖方式，不做過多介紹。低溫輻射電熱供暖是近幾年新興的供暖方式，分為發熱電纜和電熱膜。發熱電纜和電熱膜長時間運行容易老化，最大弊端是

維修困難，如果發熱元件損壞，維修則需破壞裝修面層，因此在使用上有局限，目前只在少數建筑中采用。

　　通過對國內已投產項目的調研，電加熱供暖普遍具有安裝方便、操作簡單的特點，可以通過溫控設備實現每個房間溫度的獨立控制，便于分時段獨立運行，但運行用電能耗高。地源熱泵供暖空調系統，運行期間用電能耗較低，但由于巖土類型和熱物性參數復雜，鉆孔和地埋管換熱器數量多，導致初投資偏高。隨著熱源設備和配套設施生產工藝的不斷改進，上述幾種供暖方式在技術應用方面都可以滿足升壓站內供暖的使用要求。

 

　　不同供暖方案的技術經濟比較

 

　　地源熱泵系統可以實現冬季供熱與夏季制冷的雙重功能，為了準確全面地在冬冷夏熱地區進行升壓站供暖方案的比選，根據建筑物的供暖空調要求，將電加熱供暖等只能在冬季提供熱源的供暖方式與夏季單冷空調系統進行組合分析。

 

　　供暖空調的負荷統計

 

　　總面積為2680M2。按冬季供暖和夏季空調2個階段的負荷統計結果見表1。繼電保護室和配電裝置室等電氣設備運行的房間內，不得布置有壓力水管的散熱器和空調等設備，故不計入本方案比選的負荷統計。

 

　　費用年值法計算

 

　　費用年值法因概念明確，計算方法通用簡便，在實際工程中得到初投資折算成與運行費用類似的費用，然后與運行費用相加，算出一個費用年值，從而取費用年值最小的技術方案作為最佳方案。采用費用年值法進行設備投資方案的經濟比較，將設備初投資等額分攤到設備使用年限中。費用年值法的計算公式為：

 

　　按常規風電場的規模和布置方案，選取吉林省某400MW風電場的升壓站作為供暖方案比選的研究案例。該風電場位于吉林省通榆縣瞻榆鎮境內，所地在的年平均氣溫5．3℃，日平均溫度不大于5℃的天數為176天。升壓站內需要供暖的建筑物有2座，生產生活綜合樓為二層建筑，建筑面積為2300M2；水泵房及庫房為單層建筑，建筑面積為380 m2，建筑，了廣泛的應用。費用年值法就是對參與比較的各個方案的初投資和運行費用這2項性質不同的費用，利用投資效果系數這個折算比率，將式中：C．為按動態法計算的費用年值，（萬元／年）；C。為設備初期投資，（萬元）：i為標準年利率，取8％；C為設備每年的運行費用（包括電費、運行維護費等），（萬元）；n為設備的使用壽命年  限，（年）。

　　由于要比較的各種方案其初投資所包括的項目很多，設備本體、輔助設備、供暖空調設備等的使用 年限各不相同，折算到每年的費用  也不相同。對比方案中，雖然設備使用壽命不同，但采用費用年值的計算方法，不論各方案的使用壽命各為多少年，只要將各方案的現金流量都折算成年值，無論使用壽命相同或不同，都可以在共同的時段“年度”內進行比較，給方案評價帶來了很大方便。對比費用年值計算結果的高低，從成本的角度進行經濟比較，從而判斷不同方案的優劣。該升壓站各供暖空調的費用年值計算結果見表2.電鍋爐和電暖器按冬季供暖每天運行16小時計算；地源熱泵按冬季制熱每天運行16小時，夏季制冷每天運行12小時計算；分體空調按夏季制冷每天運行8小時計算。方案分析時根據熱源設備的不同，進行冬季供暖與夏季空調的年度方案組合。

 

　　差額投資回收期計算

 

　　差額投資回收期是指在不計利息的條下，用投資額大的方案比投資額小的方案所節約的經營成本，來回收其差額投資所需的期限。

 

　　差額投資回收期的計算公式為：

 

　　式中：N為逐年回收投資增加所需要的年限，（年）：K1為投資額小方案的初投資費用，（萬元）；Kz為投資額大方案的初投資費用，（萬元）；C1為投資額小方案的運行費用（包括電費、運行維護費等），（萬元.a-1);c2為投資額大方案的運行費用（包括電費、運行維護費等），（萬元.a-1）；

　　通過表2對3種組合方案進行了分析，組合方案，為電鍋爐供暖＋分體空調制冷方式，組合方案2為地源熱泵供暖、制冷方式，組合方案3為電暖器供暖＋分體空調制冷方式。組合方案2地源熱泵的費用年值最低，但初投資費用最高。從工程投資差額回收期的角度進行分析，3種組合方案的工程投資之間的差額，可通過節省的年運行費用來計算投資回收期，地源熱泵系統相對于其它2種組合方案的差額投資回收期見表3.

 

　　典型工程的經濟比較結果

 

　　針對表2的數據分析可見，升壓站內冬季供暖和夏季空調的方案進行組合，電鍋爐供暖與分體空調的組合方案費用年值最高，合計為70萬元／年；電暖器與分體空調的方案次之，合計為59萬元／年；地源熱泵系統的供暖空調方案費用年值最低，為45萬元／年。

　　該升壓站的供暖方案中，地源熱泵系統的初始工程投資最高，相比其它方案所高出的工程投資部分，可以通過節省的年運行費用來收回，收回期限僅為2.2-3.6年。

　　從費用年值的角度進行經濟比較，地源熱泵系統為費用年值最低的方案，在目前的能源價格下有明顯的經濟優勢。在我國北方風電場的升壓站中，需要同時解決冬季供熱和夏季制冷，應優先采用地埋管地源熱泵系統。但在無人值守或少人值班的智能化升壓站中，建筑物少且以電氣設備運行房間為主，宜采用冬季用電暖器和夏季用分體分調的方案。

　　節能和環保已成為當今世界工程項目所必須努力實現的目標。隨著風力發電、光伏發電等新能源項目的日益增多，升壓站內建筑供暖空調的能源消耗也越來越多，地源熱泵供熱空調技術的應用和推廣，是節能環保的有效手段。