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热电联产应在我国清洁供热持续、健康发展中担当“主力军”

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-08-11   来源:中国建设报中国供热专刊   作者:刘荣

“清洁供热”, 是指通过消耗可再生的或非再生的 (天然气等) 及经洁净技术处理过的能源,如洁净煤、油等,在供热生产全生命周期中,不产生有害物质或尽量少产生污染排放的供热方式。

近年来,随着雾霾治理标准不断提升,中央和地方各级政府在原有的能源政策、供热政策的基础上,又出台了一系列有关“清洁供热”的政策、管理办法和指导意见。全国能源、供热等行业的人士高度关注,各种观点层出不穷。

有人说,清洁供热就是要优先选用地热、太阳能、生物质等可再生能源;有人说,应该全面禁止燃煤供热,用天然气才是清洁供热;有人说,丰富的地热资源,是我国未来清洁供热的主流方向;还有人说,电是最清洁的能源,使用方便又无污染排放。

笔者从事供热30余年,认为以上观点有些以偏概全。供热工作作为一个城镇或区域能源基础设施的重要保障,既是一个系统工程,又是一个关乎民生、环保节能的社会问题。仅从某一个角度理解“清洁供热”,缺乏系统性、科学性。

随着人民生活水平的提高,目前,全国冬季采暖面积不断增大。数据统计显示,全国综合能耗中建筑能耗占比30%,而采暖、空调能耗又占建筑能耗的60%——70%。可见,如果能控制好建筑供热用能,即可实现节能减排。

而建筑用热有两个突出特点。一是供热能耗虽然大,但所需要的供热能源品位并不高。简单地说,能源分化石能源和非化石能源,同时按其产生的热能温度的高低又分为高品位能源和低品位能源。天然气、煤、油等都属于高品位能源,而一些太阳能或表层地热等都属于低品位能源。对于建筑采暖来说,把30摄氏度——60摄氏度的热水送到散热片或地板散热管里,就可满足室温20摄氏度的取暖需求。从这个角度说,那些低品位的可再生能源也是很好的选择。二是用热建筑的环境、条件和用途差异较大。比如,目前“三北”地区大中型城市或乡村,建筑密度、人口密度、冬季气候、建筑的节能保温情况不同,导致居民和公建的用热时长、特点也各不相同。

一个城镇或区域,采取何种方式才能实现清洁供热,应当辩证分析、综合考虑,片面理解,不仅会使清洁供热难以持续发展,而且从长远来考虑,还会对当地的能源、生态资源带来一些不可逆转的负面影响。

●热电联产应该在我国清洁供热持续、健康发展中担当“主力军”

热电联产是大规模实现能源转换技术中转换效率最高的一种科学的用能方式。煤炭、天然气都属于高品位的化石能源,燃烧时温度可达几百摄氏度至上千摄氏度。热电联产将高温热能用来发电,同时把余热用来供热取暖,实现了高品位能源的梯级利用;使用高品位能源来取暖,从能源品位的角度上说,是“大材小用”,远远不如热电联产来得“物尽其用”。

北京是我国最早发展热电联产余热供热的城市。北京热力集团从1958年成立至今,集中供热面积已达2.5亿平方米,是全球较大的利用热电联产余热集中供热的企业。从“十五”到“十二五”期间,热电联产余热供热,对于北京这座2000多万人口密度的大都市来说,可谓功不可没。热电联产余热供热为北京百姓供热6.1亿GJ(10的九次方焦耳),这使得北京城区减少了6000多座锅炉房。

不可否认,热电联产在发展中出现一些问题,为“热电联产过时论”提供了一些佐证。比如,一些地方以热电联产节能减排的名义上马发电机组,发电容量迅速攀升,却缺乏配套的热网,余热供热并未发挥出应有的作用;燃煤发电机组改为燃气后,由于热电比下降,使得同样的热量却要燃烧更多的燃料;还有一些地方为完成“上大压小”的目标,将一些小型热电厂关停,结果,退回到使用分散锅炉房为城镇供热的时代。“十二五”期间,北京市把城区的热电联产厂全部搬迁至郊外,形成了四大热电中心,并且全部改成了天然气。但近几年,由于电力需求减少,原来“以热定电”而建设的四大热电中心遇到了发展瓶颈。于是,有人对“热电联产”为城市提供集中供热的方式产生了质疑。

事实上,上述问题既涉及到热电联产行业规范管理的问题,也涉及到热电联产行业进行技术创新以适应新形势的问题。

近年来,国内外不断涌现的供热行业新技术已为这些问题提供了很好的解决思路。比如,吸收式热泵低温回水技术应用于山西省古交兴能燃煤热电厂余热利用中,为40公里以外的太原市提供清洁供热面积3000万平方米,占到该市供热面积的近1/4。再比如,山东聊城和邹平的两家企业,现有电厂机组在满足当地需求前提下,通过长输管线为济南供热。“外热入济”过程中主要问题是长距离输热的热能损耗,通过保温一体的直埋管道让热损耗降到最低。此外,在为济南市章丘区余热输送过程中,新设计的能源站、中继泵站类似中转站,把长输管网中的热水再度升温,然后输送到居民家中,使热量得到最大限度的利用。

蓄热储热技术在热电联产的发展中也急需加以应用。在芬兰、丹麦等北欧国家,热电联产设有大型储热罐已经作为一种技术标准,在每一家电厂形成了标配。蓄热器将热负荷低谷时热源的部分供热量蓄存,在热负荷高峰时段与热源共同向热用户供热。蓄热器的投资远低于建设调峰热源,它可以最大限度地发挥热电联产以及最经济热源的优势,降低供热系统的运营成本,使热电厂与热力公司在经济与运行方面获得最大的收益。

当前,我国热电联产在东北地区大中型城市的占有率已达60%,但纵观全国,所有的热电机组基本上都未配置储热蓄热罐。以北京为例,现有的四大热电中心年总供热能力约6000万GJ,竟无一例大型储热蓄热装置,从而使得当发电需求量受到限制时,对外网的供热量骤减。以高井电厂为例,电网调度负荷瞬变,会使供热出口温度在10分钟之内从110摄氏度降至75摄氏度。不仅影响供热质量,给整个管网安全也带来了隐患。

蓄热储热装置在中国目前尚未大规模应用,其原因在于,蓄热罐用于热负荷低谷时段蓄存热量,而近年来,供热领域存在着新增供热量低于新增供热面积所需热量的问题。简单地说,就是供热处于供不应求的状态。近年来,国家提倡风电全额消纳,而热电联产机组“以热定电”运行所导致的调峰能力不足,导致“三北”电网大量放弃风能。随着我国供给侧结构性改革成效的显现,电力需求减缓,通过配置蓄热装置来提高机组调峰能力的消纳方案应当得到重视。

除此以外,我国的热电联产主要使用的是燃煤或燃气,而在北欧多国,主要使用生物质热电、垃圾焚烧热电等,并且配备有一定规模的储热蓄热装置,作为调节手段。

热电联产余热其实是工业余热的一部分。以钢铁、电解铝行业为例,生产过程中均会产生余热排放。过去,由于工业余热能量密度低,难以提取利用,大多排入大气,造成能源浪费和污染。近几年,随着各种热泵技术的成熟发展,回收工业余热已不是难以解决的问题。

事实上,工业余热的优势在于温度品位适合向城市建筑供热。清洁供热首先应该考虑,将城市周边的各种工业余热回收利用。对余热视而不见,反而新建其他供热设施的做法,实际上是一种巨大的浪费。通过诸如吸收式热泵、长输管线或者蓄热方式将部分能源利用起来,变废为宝,使城市少建分散锅炉房,从而减少大量的能源消耗和污染排放。因此,热电联产等工业余热在清洁供热中,不应该被抛弃,反而会成为我国清洁供热可持续、健康发展的“主力军”。

 
关键词: 清洁供热 热电联产
 
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