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区域集中供热的灵活性

By Lars Møllenbach Bregnbæk, Chief Modelling Expert, CNREC

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从一开始,大多数热电联厂系统都配备有一个或多个大型热电联产机组,以及在峰值载荷期间使用或作为备用的纯供热锅炉。如果能有效运行,那么在特定时间,仅使用热电联产机组或纯供热锅炉就能满足供应需求。

范例

每消耗一个单位的燃料,热电联产机组就可以产生0.3个单位的电量和0.6个单位的热量,发电效率为30%,发热效率为60%,总效率为90%。备用锅炉是老旧的设备,发热效率为85%。从整体效率的角度来看,在有充分风电资源的情况下,应该使用哪一机组生成所需的热量?

尽管热电联产机组的整体效率更高,但目前发电的机会价值为零。未使用热电联产机组生成的电量以减少限产来弥补。少消耗0.5个单位的燃料量,也可以交付同等数量的热量和电量,这样就降低了燃料成本和排放量。综合风电厂及区域集中供热厂所有人的利益来看,这样做可以节省成本。协调各方利益是一项核心的制度性挑战。

蓄热设备

蓄热设备通常是用来储存热水的大型保温储罐。与电能相反,热能是一种长期储存成本相当低、不会产生重大损失的能量形式。此外,其技术成本也相当低。可以使用蓄热设备分离热电联产机组的发热时间和消耗时间。因此,在有电力需求时,热电联产机组在满足同步需求之外,还可以产生并储存额外热量。在风电充足时,不能“强迫”热电联产机组上线,因为通过蓄热机组就可以提供热量。

电热锅炉/热泵

传统的一比一电热转换并不是一个好主意,因为热电的生成效率低于热生成效率。但是,当电力的机会成本为零(风电被限产)时,我们就可以利用免费的电能,生成免费热能。电热锅炉的优点是技术成本相对较低,但如果电热锅炉频繁运行,就表明系统结构失调或者激励机制错位。热泵是能效更高的技术。热泵可以将来自较低温度热源的热量提高到可用于区域集中供热的较高温度。取决于具体的技术和温度,性能系数(COP)可以达到3,意思就是使用1个单位的电能可以生成3个单位的可用热能。但是,效率的提高也造成了成本的提高。

凝汽式发电

power-heat curve

Stylised illustration of a CHP extraction unit An extraction unit running near minimum load can increase generation in such case – on standby as reserve.

典型热电联产抽汽机组图示  

抽汽机组在接近最低载荷条件下运行,就可以提高生成量,此种情况下——作为储备备用。

在平衡风电时,热电联产抽汽机组可以发挥另一项重要功能。抽汽涡轮机热电联产机组在电-热输出组合方面具有非常大的灵活性。可惜的是,风电无法完全精确预测,所以必须留有储备量,在发电量出现意外暴跌时使用。

此外,通过中断工厂的供热量,可以非常快速的提高电力输出。这种选择可以降低设立其他在线监控机组的必要性。这一点很重要,因为在电力系统中,每增加一个在线热发生器,就会造成最低组合热电输出量的提高,压缩风能及其他可再生能源的调节空间。

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