CN105356452B - 一种电采暖储热容量及加热功率的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电采暖储热容量及加热功率的设计方法，包括以下步骤：确定供暖期风电场的日弃风功率；设计电采暖的供热功率和储热容量；设计电采暖的加热功率。本发明设计的电采暖加热功率根据风电场弃风功率曲线设计，能够最大化的利用弃风电；本发明设计的电采暖储热容量考虑了风电场弃风的最小场景，可在最大化使用弃风电的情况下确保供热质量；本发明设计的电采暖在保证供暖质量的情况下尽可能的减小储热容量和加热功率，降低了电采暖的投资成本。

Description

一种电采暖储热容量及加热功率的设计方法

技术领域

本发明涉及一种设计方法，具体涉及一种电采暖储热容量及加热功率的设计方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，大力发展风电既可以缓解用电的紧张、为经济的发展提供可持续的动力，也可以减少对传统的化石燃料的过度依赖、对节能和环保都具有重要的意义。但是，风电具有随机性、波动性等特点，电源的调节能力直接关系到电网接纳风电的水平。我国“三北”地区电源构成以火电机组为主，热电联产机组数量大，在冬季居民、工业采暖需求下，热电联产机组一般以“以热定电”模式运行，导致电源调峰能力显著降低，在负荷低谷时段为了保证供热和电网的有功平衡，不得不大量弃风，严重影响着风电的消纳。

随着新能源装机容量的快速增长，我国北方部分地区出现了风电限电情况，尤其是冬季供热期供热火电机组以热定电，电网调峰能力下降，风电限电情况进一步恶化。我国冬季供暖中煤炭等常规能源是主要热源，部分地区采用分散小锅炉、小采暖炉灶等低效率小型采暖方式，加重了冬季供暖期空气污染物排放。因此，冬季供暖期采用弃风电供暖，是解决风电限电和节能减排的有效手段。

从经济方面考虑来看，使用风电供暖在当前运行模式下不具备经济性，只有使用弃风电、并在风电场对电采暖企业进行补偿的前提下，电采暖企业才会有意愿参与其中。因此，需要提出一种电采暖储热容量和加热功率的设计方法，确保电采暖充分利用弃风电的前提下储热容量与加热功率最小，降低电采暖建设及运行成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电采暖储热容量及加热功率的设计方法，确保电采暖充分利用弃风电的前提下储热容量与加热功率最小，并降低电采暖建设及运行成本。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种电采暖储热容量及加热功率的设计方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：确定供暖期风电场的日弃风功率；

步骤2：设计电采暖的供热功率和储热容量；

步骤3：设计电采暖的加热功率。

所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1-1：根据年度风资源数据，基于测风数据外推的方法获取年度测风数据；

步骤1-2：根据风电机组在风电场中的位置，并结合风电机组的实际功率，得到风电机组的年度理论功率，将所有风电机组的年度理论功率累加得到还原后的风电场年度理论功率；

步骤1-3：使用还原后的风电场年度理论功率，减去风电场年度实际功率得到风电场年度弃风功率，从风电场年度弃风功率中提取供暖期风电场的日弃风功率。

所述步骤1-1中，综合考虑风电场所处区域的地形、粗糙度和尾流效应，并结合风电场布局，采用微观气象学理论或计算流体力学建立各风向扇区的风速转化函数，有：

V_外推＝f(V_测风塔,k₁,k₂,…,k_n) (1)

其中，V_测风塔表示测风塔实测风速，即年度风资源数据；V_外推表示测风塔外推至风电机组轮毂高度处的风速，即测风塔外推至风电机组轮毂高度处的风速；k₁,k₂,…,k_n表示风电场所处区域的地形、粗糙度、尾流效应影响因子；f表示各风向扇区的风速转化函数。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：计算电采暖的日供热功率，有：

P_h＝q_hA·10^-3 (2)

其中，P_h表示电采暖的日供热功率，单位kW；q_h表示采暖热指标，其根据建筑物类型取值，单位为W/m²；A表示电采暖的供热面积，单位为m²；

步骤2-2：电采暖的日供热功率P_h乘以24小时即可得到电采暖的日供热量，有：

Q_d＝24P_h (3)

其中，Q_d表示电采暖的日供热量；

步骤2-3：从步骤1供暖期风电场的日弃风功率中提取供暖期风电场的最小日弃风功率min(P_i)，并将min(P_i)与P_h对比，若min(P_i)≥P_h，则电采暖的储热容量Q_s为0；若min(P_i)＜P_h，电采暖的储热容量Q_s表示为：

Q_s＝Q_d-min(Q_a) (4)

其中，min(Q_a)表示风电场日最小弃风电量，Q_a表示风电场日弃风电量，其表示为：

其中，P_i表示供暖期风电场i时刻的弃风功率。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：对步骤1中得到的供暖期风电场的日弃风功率求取算术平均值，得到供暖期风电场的典型日弃风功率；

步骤3-2：根据供暖期风电场的典型日弃风功率得到不同电采暖的加热功率下风电场弃风电量的利用率曲线；

步骤3-3：根据风电场弃风电量的利用率曲线确定电采暖的加热功率P_h′，若P_h′×24大于Q_s，则电采暖的加热功率P_h′即为设计的电采暖的加热功率，否则设计的电采暖的加热功率为Q_s/24。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1)本发明设计的电采暖加热功率根据风电场弃风功率曲线设计，能够最大化的利用弃风电；

2)本发明设计的电采暖储热容量考虑了风电场弃风的最小场景，可在最大化使用弃风电的情况下确保供热质量；

3)本发明设计的电采暖在保证供暖质量的情况下尽可能的减小储热容量和加热功率，降低了电采暖的投资成本。

附图说明

图1是本发明实施例中电采暖储热容量及加热功率的设计方法流程图；

图2是本发明实施例中不同电采暖的加热功率下风电场弃风电量的利用率曲线

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种电采暖储热容量及加热功率的设计方法，如图1，所述方法包括以下步骤：

步骤1：确定供暖期风电场的日弃风功率；

步骤2：设计电采暖的供热功率和储热容量；

步骤3：设计电采暖的加热功率。

所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1-1：根据年度风资源数据，基于测风数据外推的方法获取年度测风数据；

步骤1-2：根据风电机组在风电场中的位置，并结合风电机组的实际功率，得到风电机组的年度理论功率，将所有风电机组的年度理论功率累加得到还原后的风电场年度理论功率；

步骤1-3：使用还原后的风电场年度理论功率，减去风电场年度实际功率得到风电场年度弃风功率，从风电场年度弃风功率中提取供暖期风电场的日弃风功率。

所述步骤1-1中，综合考虑风电场所处区域的地形、粗糙度和尾流效应，并结合风电场布局，采用微观气象学理论或计算流体力学建立各风向扇区的风速转化函数，有：

V_外推＝f(V_测风塔,k₁,k₂,…,k_n) (1)

其中，V_测风塔表示测风塔实测风速，即年度风资源数据；V_外推表示测风塔外推至风电机组轮毂高度处的风速，即测风塔外推至风电机组轮毂高度处的风速；k₁,k₂,…,k_n表示风电场所处区域的地形、粗糙度、尾流效应影响因子；f表示各风向扇区的风速转化函数。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：计算电采暖的日供热功率，有：

P_h＝q_hA·10^-3 (2)

其中，P_h表示电采暖的日供热功率，单位kW；q_h表示采暖热指标，其根据建筑物类型取值，单位为W/m²；A表示电采暖的供热面积，单位为m²；

步骤2-2：电采暖的日供热功率P_h乘以24小时即可得到电采暖的日供热量，有：

Q_d＝24P_h (3)

其中，Q_d表示电采暖的日供热量；

步骤2-3：从步骤1供暖期风电场的日弃风功率中提取供暖期风电场的最小日弃风功率min(P_i)，并将min(P_i)与P_h对比，若min(P_i)≥P_h，则电采暖的储热容量Q_s为0；若min(P_i)＜P_h，电采暖的储热容量Q_s表示为：

Q_s＝Q_d-min(Q_a) (4)

其中，min(Q_a)表示风电场日最小弃风电量，Q_a表示风电场日弃风电量，其表示为：

其中，P_i表示供暖期风电场i时刻的弃风功率。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：对步骤1中得到的供暖期风电场的日弃风功率求取算术平均值，得到供暖期风电场的典型日弃风功率；

步骤3-2：根据供暖期风电场的典型日弃风功率得到不同电采暖的加热功率下风电场弃风电量的利用率曲线，如图2；

步骤3-3：根据风电场弃风电量的利用率曲线确定电采暖的加热功率P_h′，若P_h′×24大于Q_s，则电采暖的加热功率P_h′即为设计的电采暖的加热功率，否则设计的电采暖的加热功率为Q_s/24。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电采暖储热容量及加热功率的设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：确定供暖期风电场的日弃风功率；

步骤2：设计电采暖的供热功率和储热容量；

步骤3：设计电采暖的加热功率；

所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1-1：根据年度风资源数据，基于测风数据外推的方法获取年度测风数据；

步骤1-2：根据风电机组在风电场中的位置，并结合风电机组的实际功率，得到风电机组的年度理论功率，将所有风电机组的年度理论功率累加得到还原后的风电场年度理论功率；

步骤1-3：使用还原后的风电场年度理论功率，减去风电场年度实际功率得到风电场年度弃风功率，从风电场年度弃风功率中提取供暖期风电场的日弃风功率；

所述步骤1-1中，综合考虑风电场所处区域的地形、粗糙度和尾流效应，并结合风电场布局，采用微观气象学理论或计算流体力学建立各风向扇区的风速转化函数，有：

V_外推＝f(V_测风塔,k₁,k₂,…,k_n) (1)

其中，V_测风塔表示测风塔实测风速，即年度风资源数据；V_外推表示测风塔外推至风电机组轮毂高度处的风速，即测风塔外推至风电机组轮毂高度处的风速；k₁,k₂,…,k_n表示风电场所处区域的地形、粗糙度、尾流效应影响因子；f表示各风向扇区的风速转化函数；

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：计算电采暖的日供热功率，有：

P_h＝q_hA·10^-3 (2)

其中，P_h表示电采暖的日供热功率，单位kW；q_h表示采暖热指标，其根据建筑物类型取值，单位为W/m²；A表示电采暖的供热面积，单位为m²；

步骤2-2：电采暖的日供热功率P_h乘以24小时即可得到电采暖的日供热量，有：

Q_d＝24P_h (3)

其中，Q_d表示电采暖的日供热量；

步骤2-3：从步骤1供暖期风电场的日弃风功率中提取供暖期风电场的最小日弃风功率min(P_i)，并将min(P_i)与P_h对比，若min(P_i)≥P_h，则电采暖的储热容量Q_s为0；若min(P_i)＜P_h，电采暖的储热容量Q_s表示为：

Q_s＝Q_d-min(Q_a) (4)

其中，min(Q_a)表示风电场日最小弃风电量，Q_a表示风电场日弃风电量，其表示为：

其中，P_i表示供暖期风电场i时刻的弃风功率；

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：对步骤1中得到的供暖期风电场的日弃风功率求取算术平均值，得到供暖期风电场的典型日弃风功率；

步骤3-2：根据供暖期风电场的典型日弃风功率得到不同电采暖的加热功率下风电场弃风电量的利用率曲线；

步骤3-3：根据风电场弃风电量的利用率曲线确定电采暖的加热功率P_h′，若P_h′×24大于Q_s，则电采暖的加热功率P_h′即为设计的电采暖的加热功率，否则设计的电采暖的加热功率为Q_s/24。