[0001] 本发明属于风电供热系统技术领域，尤其涉及一种电锅炉不同运作模式下风电供热寻优方法及系统。

[0002] 发展集中供热已成为中国城市建设的一项基本政策。随着城市供热负荷逐年增长，热电联产供热系统带来的环境影响特别是减排CO2对各级政府压力越来越大。高温蓄能式电力供热系统是以电蓄热锅炉利用夜间低谷电力加温蓄热，通过热交换器向供暖管网提供新型清洁能源的供热系统，可广泛应用于风电弃风电力利用、民用采暖等领域，其为促进风电消纳、维护电网稳定、提供供热质量、实现节能减排提供了一条有效途径。在现时弃风率高，且冬季供暖的我国北方大部地区，着力推广风电供热系统模式相应有较高的环境与经济效益。

[0003] 现行风电供热项目模式仍是风电项目全额或因不可抗力因素如电网限负荷运行等非全额上网运营，配套电锅炉供热项目作为大工业用户上网取电，该种模式下一是配套的供热系统往往是不盈利的，作为投资商仅将其作为资源置换的途径；二是配套供热站与风电基地设计方案割裂未形成真正意义上的“一体化”，未考虑项目所在地开发环境，冬季实际运行情况综合优选最大程度利用弃风情况下配套供热系统的规模、供热面积等。

[0026] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0027] 参图1所示，本实施例提供了一种电锅炉不同运作模式下风电供热寻优方法，包括：

[0028] 步骤S1，基于区域风资源分布、开发环境政策、电网及电源结构资料确定风电供热系统框架；基于所述电供热系统框架，在冬季供热期因电力系统调峰能力有限导致弃风现象频发的情况下，弃风电量用于启动电锅炉(电蓄热锅炉)并提供热量。

[0029] 步骤S2，针对不同取电时间确定电锅炉的运作模式，所述运作模式包括跟随弃风、夜间低谷满负荷运行、夜间低谷时段且风电场风速大于设定风速水平时满负荷运行、24小时全天候运行。

[0030] 步骤S3，基于风电基地数据、电力系统数据、供热系统数据，确定风电基地实测出力特性曲线、网内常规机组最小出力构建弃风模型，获取弃风时间序列及相应时序弃风电量。

[0031] 步骤S4，计算电锅炉不同运作模式下风电供热系统的耗煤量，包括电锅炉替代小型燃煤锅炉节约的燃煤量、电锅炉上网取电增加区域电网内火电厂的煤耗量、风电场发电替代火电厂发电节约的燃煤量。

[0032] 步骤S5，以建设投资、成本费用、资金筹措方式及上网电价作为边界参数，建立风电供热系统经济测算模型，进行不同运作模式下系统经济性评价，从减排效益、财务指标、对项目所在地经济贡献指标进行结果寻优，选取风电供热系统的最优电锅炉运作模式。

[0033] 下面对本发明作进一步详细说明。

[0034] 一、风电供热系统

[0035] 风电供热系统主要是电源系统和热系统组成的综合能源体系。电源系统包括风电场、区域电网内的火电厂，热系统包括区域内的燃煤热源厂及电锅炉。在冬季供热期因电力系统调峰能力有限导致弃风现象频发的情况下，弃风电量将用于启动一定规模的电锅炉并提供热量。这一举措不仅仅将浪费的风电电量加以利用，而且电锅炉供热能替代一定容量的燃煤锅炉供热并节约相应的年燃煤量。节约的燃煤量取决于电锅炉的热效率及规模。风电供热系统示意图参见图2。

[0036] 二、电蓄热锅炉运作模式

[0037] 针对不同取电时间段确定电蓄热锅炉的运作模式。

[0038] 1、跟随弃风(According to Curtailment)

[0039] 此种模式下电锅炉只在弃风时间运行，电锅炉用电量仅为风电基地供暖期内弃风电量。

[0040] 2、夜间低谷满负荷运行(According to Day/Night)

[0041] 此种模式下电锅炉仅在夜间低谷时段满负荷运行(23:00～7:00)。

[0042] 3、夜间低谷时段且风电场风速大于设定风速水平时满负荷运行(According to Day/Night andWind Speed)

[0043] 此种模式下电锅炉在夜间低谷时段(23:00～7:00)且风电场风速大于一约定风速水平时满负荷运行。

[0044] 约定风速由项目所在地实际风况并结合适用机型的额定风速确定。

[0045] 4、24小时全天候运行(Always)

[0046] 此种模式下电锅炉全天24小时满负荷运行。

[0047] 三、弃风模型

[0048] 1、风电基地

[0049] 风电基地测风塔逐时风速数据。

[0050] 2、电力系统

[0051] (1)区域电网典型日负荷曲线；

[0052] (2)项目所在省份火电装机容量、风电装机容量及最大日负荷；

[0053] (3)项目所在省全年及供暖期弃风率；

[0054] (4)区域电网中火电厂煤耗率及燃煤锅炉效率及各种大气污染物排放率。

[0055] 3、供热系统

[0056] (1)项目所在地区热负荷需求；

[0057] (2)项目所在地区燃煤热源厂煤耗率、燃煤锅炉效率及各种大气污染物排放率[；

[0058] (3)电锅炉效率。

[0059] 4、弃风模型参数

[0060] 弃风模型参数参见表1。

[0061] 表1风电供热系统弃风分析模型相关参数取值表

[0062]

[0063] 5、求解弃风时间序列

[0064] 一般而言，电网系统的调峰能力主要受到网内常规机组最小技术出力及系统备用容量的限制，某时刻电网系统消纳新能源发电的能力，实际也就是该时刻电网负荷减去最小开机容量所得到的容量，若风电基地上网容量超出电网系统所能消纳的风电容量，则出现弃风。遵循该原则，参照表1中相关参数，根据区域电网冬季典型日负荷曲线，供暖期风电场出力序列模拟区域电网供暖期实时运行方式，进而得到风电场供暖期内实时弃风序列。模拟图参见图3(以7天为例)。

[0065] 其中：时刻电网负荷＝P*负荷系数，负荷系数由区域电网典型日负荷曲线读取确定；

[0066] 最小开机负荷：一般火电机组最低技术出力为额定容量C1的40％～50％。

[0067] 时刻风电基地负荷＝考虑同时率后风电基地测风塔代表年逐时风速数据*适用机型功率曲线*考虑尾流及其他环境影响因素等修正率。

[0068] 由图3计算风电场供暖期对应时间区间内的弃风电量＝∑时序弃风电量。

[0069] 四、多模式下风电供热系统耗煤量

[0070] 电锅炉四种不同运作模式下风电供热系统煤耗量的变化。包括以下三方面内容：

[0071] (1)电锅炉替代小型燃煤锅炉节约的燃煤量

[0072] 该部分计算电锅炉耗电量来自两方面：

[0073] ①风电场弃风电量；

[0074] ②区域电网火电厂发电量。

[0075] (2)电锅炉上网取电增加区域电网内火电厂的煤耗量

[0076] (3)风电场发电替代火电厂发电节约的燃煤量

[0077] 1、跟随弃风

[0078] 此种模式下相应的电锅炉只在弃风时间运行，电锅炉用电量仅为风电基地供暖期内弃风电量。此运行模式下风电场弃风电量未完全利用，仍存在一定数量的弃风电量。

[0079] (1)电锅炉替代项目所在地区小型燃煤锅炉供热节约的燃煤量＝电锅炉耗电量(弃风电量)*电锅炉效率η1*小型燃煤锅炉煤耗率η2

[0080] (2)风电场发电替代火电厂发电节约的燃煤量＝考虑弃风后风电场年上网电量*火电厂煤耗率B1

[0081] 2、夜间低谷满负荷运行

[0082] 此种模式下相应电锅炉仅在夜间低谷时段满负荷运行(23:00～7:00)，电锅炉用电量一部分来自风电场弃风电量，余下部分上网取电。此运行模式下风电场弃风电量未完全利用，仍存在一定数量的弃风电量。

[0083] (1)电锅炉替代项目所在地区小型燃煤锅炉供热节约的燃煤量＝电锅炉耗电量(弃风电量+上网取电电量)*电锅炉效率η1*小型燃煤锅炉煤耗率η2

[0084] (2)电锅炉上网取电增加当地火电厂的燃煤量＝电锅炉耗电量(上网取电电量)*火电厂煤耗率B1

[0085] (3)风电场发电替代火电厂发电节约的燃煤量＝考虑弃风后风电场年上网电量*火电厂煤耗率B1

[0086] 综上所述，风电供热系统使用电锅炉节约的燃煤量＝(1)‑(2)

[0087] 3、夜间低谷时段且风电场风速大于设定风速水平时满负荷运行

[0088] 此种模式下相应电锅炉在夜间低谷时段(23:00～7:00)且风电场风速大于一约定风速水平时满负荷运行。此运行模式下电锅炉用电量一部分来自风电场弃风电量，余下部分上网取电。

[0089] (1)电锅炉替代项目所在地区小型燃煤锅炉供热节约的燃煤量＝电锅炉耗电量(弃风电量+上网取电电量)*电锅炉效率η1×小型燃煤锅炉煤耗率η2

[0090] (2)电锅炉上网取电增加当地火电厂的燃煤量＝电锅炉耗电量(上网取电电量)*火电厂煤耗率B1

[0091] (3)风电场发电替代火电厂发电节约的燃煤量＝考虑电锅炉用电及弃风后风电场年上网电量*火电厂煤耗率B1

[0092] 综上所述，风电供热系统使用电锅炉节约的燃煤量＝(1)‑(2)

[0093] 4、24小时全天候运行

[0094] 此种模式下供暖期内电锅炉全天24小时满负荷运行。电锅炉用电量一部分来自风电场弃风电量，余下部分上网取电。

[0095] (1)电锅炉替代项目所在地区小型燃煤锅炉供热节约的燃煤量＝电锅炉耗电量(弃风电量+上网取电电量)*电锅炉效率η1×小型燃煤锅炉煤耗率η2

[0096] (2)电锅炉上网取电增加当地火电厂的燃煤量＝电锅炉耗电量(上网取电电量)×火电厂煤耗率B1

[0097] (3)风电场发电替代火电厂发电节约的燃煤量＝考虑弃风后风电场年上网电量*火电厂煤耗率

[0098] 综上所述，风电供热系统使用电锅炉节约的燃煤量＝(1)‑(2)

[0099] 从使用电锅炉节约燃煤量单方面来看，Following curtailment运行模式下电锅炉所耗电量仅为风电场弃风电量。Following curtailment与Day/night运行模式下计算结果的差异在于前者电锅炉耗电量仅使用风电场弃风电量，而后者电锅炉耗电量一部分来自于弃风，剩余部分来自于电网。

[0100] 五、风电供热系统经济评价模型

[0101] 1、基本参数

[0102] (1)资金筹措方式、贷款条件、税金(含电力工程交纳的税金包括增值税、销售税金附加、所得税。)

[0103] (2)建设投资：风电基地、配套热力站投资。

[0104] (3)成本费用：风电基地发电成本(含折旧费、修理费、保险费、材料费、职工的福利费、劳保统筹和住房公基金，)、供暖成本(含供暖期电锅炉消耗电量交纳的电费，基本电费，厂用电费用及委托运维费。)

[0105] (4)风电基地上网电价、项目所在地区供热收入单价。

[0106] (5)According to Curtailment模式下风电全年弃风未上网电量收益可按项目所在省份风电项目上网电价计算；According to Day/Night、According to Day/Night and Wind Speed模式下上网取电电费按照项目所在地区大工业用户低谷用电价格计算；Always运行模式下电锅炉24小时运行，因此电价取值项目所在地为平、谷、峰三段电价。

[0107] 2、模型测算

[0108] 参考《建设项目经济评价方法与参数(第三版)》建立风电供热系统经济测算模型，开展不同运作模式下系统经济性评价。

[0109] 3、结果寻优

[0110] (1)减排效益分析，根据各方案节约燃煤量指标进行对比分析，比较个运作模式下第(3)项计算值。

[0111] (2)财务指标分析，比较步骤S5中各运作模式下经济模型测算的财务指标。

[0112] (3)对项目所在地经济贡献分析，比较各运作模式下电锅炉容量大小，供热面积越大，所替代燃煤锅炉作用就越大，意味着节约更大装机容量的燃煤锅炉投资及更多的燃煤消耗。

[0113] 综合上述三项指标进行结果寻优，选取风电供热系统的最优电锅炉运作模式。

[0114] 该电锅炉不同运作模式下风电供热寻优方法，根据项目所在地开发政策环境、资源分布条件构建风电供热系统，分析风电基地实测出力特性曲线、当地电网典型日负荷曲线，确定电网系统的调峰能力，进而获取弃风时间序列及相应时序弃风电量。通过计算四种运作模式下风电供热系统煤耗量的变化，寻找供热系统中电锅炉取电采用弃风电量与分时刻上网电量最佳匹配方案，进而选取风电供热系统的最优电锅炉运作模式。依托本发明在现时弃风率高，且冬季供暖的我国北方大部地区，有较高的环境与经济效益。

[0115] 为最大程度减缓在冬季供热期因电力系统调峰能力有限导致弃风现象频发的现状，本发明利用弃风电量启动一定规模的电锅炉并提供热量，不仅仅将浪费的风电电量加以利用，而且电锅炉供热能替代一定容量的燃煤锅炉供热并节约相应的年燃煤量。且提出风电供热系统配套电锅炉最优运作模式的测算方案并预测效果，为风电基地弃风模式下修建配套热力站能充分利用可再生能源提供了技术路线。

[0116] 本实施例还提供了一种电锅炉不同运作模式下风电供热寻优系统，包括风电供热寻优模块，所述风电供热寻优模块用于执行所述一种电锅炉不同运作模式下风电供热寻优方法。

[0117] 本实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种电锅炉不同运作模式下风电供热寻优方法。

[0118] 参图4所示，本实施例还提供了一种电子设备，包括：

[0119] 存储器201和处理器202，所述存储器201和所述处理器202之间互相通信连接，所述存储器201中存储有计算机指令，所述处理器202通过执行所述计算机指令，从而执行所述的一种电锅炉不同运作模式下风电供热寻优方法。

[0120] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。