隨著可再生清潔能源風力發(fā)電的迅速發(fā)展，風電場升壓站內(nèi)多元化的供暖方式也越來越多地引起人們的關(guān)注。風電場升壓站均位于距城鎮(zhèn)較遠的偏遠地區(qū)，遠離城市集中熱源，需要進行獨立的區(qū)域供熱。近年來風力發(fā)電項目在我國能源發(fā)電中所占的比例正逐年提高，風電場升壓站內(nèi)的供暖方式也越來越受到關(guān)注。位于我國三北地區(qū)已建成的風電場升壓站中，絕大多數(shù)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(dǎo)致廠用電率高和站用變?nèi)萘看?，從而增加了運行和投資成本。

　　隨著節(jié)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(nèi)的供暖方案也提出了新的要求，在保證環(huán)保要求和建筑物供暖要求的前提下，降低供暖系統(tǒng)的投資和運行費用即成為系統(tǒng)優(yōu)化的主要目的。本文主要從經(jīng)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(nèi)供暖方案的選擇提供參考依據(jù)。

 

　　升壓站供暖方式

 

　　風電場升壓站內(nèi)主要包括生產(chǎn)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(shè)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(chǎn)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(huán)保工程和風力發(fā)電項目節(jié)能減排的發(fā)展宗旨，且燃煤（油）鍋爐供暖系統(tǒng)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(jié)能空調(diào)設(shè)備。熱泵技術(shù)是利用制冷劑的相變過程從低溫物質(zhì)中吸收熱量釋放給高溫物質(zhì)，完成熱量的轉(zhuǎn)移過程，因此熱泵機組可實現(xiàn)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(nèi)。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(nèi)，同時將室內(nèi)的熱量排放到地下，達到制冷的目的。地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)，后兩者水源熱泵系統(tǒng)對工程所在地的水文地質(zhì)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(tǒng)的地域應(yīng)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(qū)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(tǒng)適用于大多數(shù)風電場升壓站內(nèi)的供暖空調(diào)應(yīng)用，所以采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)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(tǒng)和電暖器供暖都是供暖系統(tǒng)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(fā)熱電纜和電熱膜。發(fā)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(fā)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(shù)建筑中采用。

　　通過對國內(nèi)已投產(chǎn)項目的調(diào)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(shè)備實現(xiàn)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(diào)系統(tǒng)，運行期間用電能耗較低，但由于巖土類型和熱物性參數(shù)復(fù)雜，鉆孔和地埋管換熱器數(shù)量多，導(dǎo)致初投資偏高。隨著熱源設(shè)備和配套設(shè)施生產(chǎn)工藝的不斷改進，上述幾種供暖方式在技術(shù)應(yīng)用方面都可以滿足升壓站內(nèi)供暖的使用要求。

 

　　不同供暖方案的技術(shù)經(jīng)濟比較

 

　　地源熱泵系統(tǒng)可以實現(xiàn)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(qū)進行升壓站供暖方案的比選，根據(jù)建筑物的供暖空調(diào)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(diào)系統(tǒng)進行組合分析。

 

　　供暖空調(diào)的負荷統(tǒng)計

 

　　總面積為2680M2。按冬季供暖和夏季空調(diào)2個階段的負荷統(tǒng)計結(jié)果見表1。繼電保護室和配電裝置室等電氣設(shè)備運行的房間內(nèi)，不得布置有壓力水管的散熱器和空調(diào)等設(shè)備，故不計入本方案比選的負荷統(tǒng)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(shù)方案作為最佳方案。采用費用年值法進行設(shè)備投資方案的經(jīng)濟比較，將設(shè)備初投資等額分攤到設(shè)備使用年限中。費用年值法的計算公式為：

 

　　按常規(guī)風電場的規(guī)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(zhèn)境內(nèi)，所地在的年平均氣溫5．3℃，日平均溫度不大于5℃的天數(shù)為176天。升壓站內(nèi)需要供暖的建筑物有2座，生產(chǎn)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(yīng)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(zhì)不同的費用，利用投資效果系數(shù)這個折算比率，將式中：C．為按動態(tài)法計算的費用年值，（萬元／年）；C。為設(shè)備初期投資，（萬元）：i為標準年利率，取8％；C為設(shè)備每年的運行費用（包括電費、運行維護費等），（萬元）；n為設(shè)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(shè)備本體、輔助設(shè)備、供暖空調(diào)設(shè)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(shè)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(xiàn)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(nèi)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(jié)果的高低，從成本的角度進行經(jīng)濟比較，從而判斷不同方案的優(yōu)劣。該升壓站各供暖空調(diào)的費用年值計算結(jié)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(diào)按夏季制冷每天運行8小時計算。方案分析時根據(jù)熱源設(shè)備的不同，進行冬季供暖與夏季空調(diào)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(jié)約的經(jīng)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(diào)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(diào)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(jié)省的年運行費用來計算投資回收期，地源熱泵系統(tǒng)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(jīng)濟比較結(jié)果

 

　　針對表2的數(shù)據(jù)分析可見，升壓站內(nèi)冬季供暖和夏季空調(diào)的方案進行組合，電鍋爐供暖與分體空調(diào)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(diào)的方案次之，合計為59萬元／年；地源熱泵系統(tǒng)的供暖空調(diào)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(tǒng)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(jié)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(jīng)濟比較，地源熱泵系統(tǒng)為費用年值最低的方案，在目前的能源價格下有明顯的經(jīng)濟優(yōu)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(yīng)優(yōu)先采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)。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(shè)備運行房間為主，宜采用冬季用電暖器和夏季用分體分調(diào)的方案。

　　節(jié)能和環(huán)保已成為當今世界工程項目所必須努力實現(xiàn)的目標。隨著風力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源項目的日益增多，升壓站內(nèi)建筑供暖空調(diào)的能源消耗也越來越多，地源熱泵供熱空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用和推廣，是節(jié)能環(huán)保的有效手段。