淺議清潔能源供熱

韓建明+衛(wèi)波

摘 要：隨著城市的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)供熱對熱量的需求呈爆發(fā)性增長，而另一方面，隨著環(huán)境治理不斷深入，對集中供熱排放要求越來越嚴(yán)格，大量燃煤鍋爐的取締，新的燃煤采暖項目受到嚴(yán)格管控，使城市發(fā)展和采暖熱源建設(shè)形成較大矛盾，熱源問題已成為城市供熱發(fā)展的瓶頸。為破解城市發(fā)展難題，政府下大力量積極推廣清潔能源供熱，唐山市熱力總公司近年來一直致力于清潔能源供熱項目的開發(fā)與利用，在運行、管理上摸索到一些經(jīng)驗，在此與各位同行共同分享。

關(guān)鍵詞：清潔能源；供熱；熱電聯(lián)產(chǎn)；沖渣水；冷卻水；中水

中圖分類號：TU995 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0179-02

1 概述

城市供熱擔(dān)當(dāng)著重要的社會責(zé)任，是重要的民生問題，所以供熱穩(wěn)定、效果良好是城市集中供熱需首先考慮的問題。近年來，隨著環(huán)境治理力度的持續(xù)加大，對城市供熱的環(huán)保要求越來越高，利用清潔能源進行城市供熱已成為全國供熱行業(yè)發(fā)展的共識。唐山市作為重工業(yè)城市，熱電聯(lián)產(chǎn)、工業(yè)余熱等清潔能源資源豐富，有較好的清潔能源供熱基礎(chǔ)。唐山市熱力總公司在清潔能源利用上統(tǒng)籌考慮，制定城市供熱發(fā)展“雙輪驅(qū)動”發(fā)展戰(zhàn)略，即以熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱為主，以工業(yè)、中水等其他清潔能源供熱為補充，共同擔(dān)起城市供熱發(fā)展重任。在供熱方案上，根據(jù)各種能源不同的特點做出充分的考量，在從熱源的水溫、水質(zhì)、生產(chǎn)工藝，以及供熱區(qū)域內(nèi)建筑物的保溫性能、采暖方式等方面進行考慮的同時，還將熱源因設(shè)備檢修、停電等因素可能造成的停熱進行了充分的考慮，并通過管網(wǎng)建設(shè)將各熱源相互連通，達到互通互備，供熱運行依靠自主研發(fā)的熱網(wǎng)智能控制系統(tǒng)科學(xué)調(diào)度，全力保障供熱安全。通過多年供熱實踐表明，各類清潔能源供熱技術(shù)成熟、運行穩(wěn)定，供熱效果良好，得到廣大用戶的認(rèn)可，也完全可以滿足城市供熱需求。

2 熱源種類及適用范圍

清潔能源供熱形式主要包括電廠熱電聯(lián)產(chǎn)、燃氣鍋爐、高爐沖渣水余熱、電蓄熱鍋爐、電熱泵類項目，其中電熱泵類項目又分為企業(yè)冷卻水和中水供熱項目。

2.1 熱電聯(lián)產(chǎn)供熱項目

熱電聯(lián)產(chǎn)是指發(fā)電廠既生產(chǎn)電能，又利用汽輪發(fā)電機做過功的蒸汽對用戶供熱的生產(chǎn)方式。是我國北方地區(qū)當(dāng)前最主要的集中供熱形式，在我國供熱市場占據(jù)著主導(dǎo)地位。唐山市作為重工業(yè)城市，熱電廠資源較為豐富，現(xiàn)有河北大唐國際唐山熱電公司（市區(qū)電廠）、大唐國際陡河熱電廠（陡河電廠）、大唐豐潤熱電公司（豐潤電廠）、華潤熱電公司（西郊三期電廠）等四家發(fā)電企業(yè)，供熱能力5000余萬平米。我公司供熱規(guī)劃中將熱電聯(lián)產(chǎn)熱源作為我市基礎(chǔ)熱源充分利用，以四座電廠為基點建設(shè)供熱環(huán)網(wǎng)供熱體系，極大地提高了城市供熱穩(wěn)定性和安全性。

優(yōu)點：

（1）熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)成熟，管理先進，使得熱量輸出穩(wěn)定、連續(xù)，保證了供熱區(qū)域內(nèi)供熱工作的穩(wěn)定、安全。

（2）熱電企業(yè)均設(shè)有脫硫、脫銷等環(huán)保設(shè)備，執(zhí)行最嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境友好。

（3）適用范圍廣，出水溫度可高達130℃，可滿足各類熱用戶的用熱需求。

（4）制熱成本低，經(jīng)濟效益良好。

局限性：

（1）由于熱電廠基本位于城區(qū)邊緣，距用熱負荷集中區(qū)域距離較遠，所以需遠距離建設(shè)輸配管線，管線中途可能穿越鐵路、公路、河流等障礙，施工難度大，投資大。

（2）由于輸配距離遠，中途可能需設(shè)置一座或多座中繼泵站才能滿足輸配要求，增加運行費用。

（3）由于輸配距離遠，中途熱損失較大。

（4）熱電廠機組功率大，單機供熱面積多達500萬平米以上，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，受影響供熱面積巨大，進而引發(fā)社會問題。

2.2 高爐沖渣水余熱

鋼廠高爐沖渣水是高爐煉鐵產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品，具有溫度較高（可達70℃以上）、水溫受生產(chǎn)工藝影響波動較大、水質(zhì)差、雜質(zhì)多的特點，利用其熱量需要專用的換熱器。為滿足城市建筑的供熱需求，我公司采用與電廠集中供熱系統(tǒng)串聯(lián)聯(lián)網(wǎng)運行的方式，用沖渣水經(jīng)專用換熱器直接加熱集中供熱熱網(wǎng)的回水，從而既保證了沖渣水熱量被充分吸收，又保證了集中供熱的品質(zhì)，進而可滿足各類保溫性能和采暖方式的建筑采暖。

優(yōu)點：

（1）屬工業(yè)廢熱，節(jié)能減排效果顯著。

（2）項目整體經(jīng)濟性較好，鋼廠可獲得一定熱費收益，供熱單位購熱價格較為低廉，易于形成雙贏。

局限性：

（1）受市場環(huán)境影響，鋼鐵企業(yè)去產(chǎn)能壓力較大，市場競爭激烈，易造成鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定，進而影響熱能輸出。

（2）沖渣水溫度不穩(wěn)定，如單獨進行區(qū)域供熱，一般需設(shè)置輔助熱源。

（3）鋼鐵企業(yè)廠區(qū)內(nèi)管線、設(shè)施密布，鐵路、公路縱橫，廠區(qū)內(nèi)施工較為困難。

2.3 天然氣供熱

天然氣作為優(yōu)質(zhì)的能源在供熱項目中得到了較為普遍的應(yīng)用，燃氣鍋爐適用范圍廣、效率高、溫度調(diào)節(jié)簡便、占地面積小、不產(chǎn)生廢渣，能滿足任何類型熱用戶的供熱需求。

優(yōu)點：

（1）初投資低，占地少，建設(shè)周期短，供熱效率高。

（2）啟動靈活、升溫迅速，供熱穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，鍋爐操作簡便，維護費用低廉。

局限性：經(jīng)濟性較差，燃氣屬高端能源，價格較高，造成制熱成本較高。

2.4 蓄熱式電鍋爐

電供熱的一種方式，充分利用供電峰、谷時段電價差來改善供熱經(jīng)濟效益。利用谷電時段加熱蓄熱體，蓄積熱量可滿足熱用戶全天的供熱需求。在風(fēng)電資源豐富或峰、谷電使用量差距較大區(qū)域有較多應(yīng)用。

優(yōu)點：

（1）供熱品質(zhì)高，可滿足任何熱用戶供熱需求，供熱穩(wěn)定，維護簡單，維保費用低廉。

（2）環(huán)保效益好，無任何污染物排放，運行無噪音。

（3）用電低谷期蓄電，彌補峰谷電量差值，有利于電網(wǎng)調(diào)度運行。

局限性：

（1）占地面積大，初投資大。

（2）所需電力負荷太大，電容量城市內(nèi)難以申請。

2.5 企業(yè)冷卻水供熱

企業(yè)冷卻水來自企業(yè)自備電廠、制氧車間，水溫約為25℃，水質(zhì)清潔，水溫穩(wěn)定。我公司利用電熱泵提取其中熱量進行區(qū)域供熱，二次供水溫度可達50℃，能夠滿足采暖設(shè)施為地板風(fēng)機盤管供熱的熱用戶，或采暖設(shè)施為散熱器的三步節(jié)能住宅的供熱需求。

優(yōu)點：經(jīng)濟性較好。因源側(cè)水溫較高，水質(zhì)清潔，使熱泵能效比可達5以上，有效的降低了制熱成本。

局限性：

（1）需供熱區(qū)域有穩(wěn)定低溫能源，如工業(yè)冷卻水、中水等。因熱泵出水溫度較低（以不犧牲熱泵COP為前提），所以供熱對象只適用于節(jié)能建筑，最好是地板采暖方式。

（2）因熱泵電功率較大，所以項目所需電容量大，用電負荷申請存在一定困難。

（3）熱泵站占地面積較大，需在小區(qū)規(guī)劃時提前預(yù)留位

置；熱泵運行有一定噪音，機房需進行防噪處理。熱泵及高壓配電系統(tǒng)的維護、保養(yǎng)技術(shù)含量較高，需專業(yè)人員組織實施，費用較高。

2.6 中水供熱

城市污水廠生產(chǎn)的中水水溫較低，嚴(yán)寒期約為11℃-13℃左右，雜質(zhì)較多，水質(zhì)一般。我公司利用電熱泵提取其中熱量進行區(qū)域供熱，二次水溫約為45℃，可滿足采暖設(shè)施為地板供熱的用戶供熱需求。

優(yōu)點：相對于天然氣及純電供熱而言，有一定成本優(yōu)勢。

局限性：

（1）因熱泵出水溫度較低（以不犧牲熱泵COP為前提），所以供熱對象只適用于室內(nèi)供熱設(shè)施為風(fēng)機盤管、地板采暖的熱用戶。

（2）因熱泵電功率較大，所以項目所需電容量大，用電負荷申請存在一定困難。

（3）熱泵站占地面積較大，需在小區(qū)規(guī)劃時提前預(yù)留位置；因污水處理廠夜間中水產(chǎn)量偏低，所以較大供熱項目要建有蓄水裝置，增加了占地和投資；熱泵運行有一定噪音，機房需進行防噪處理。

（4）熱泵及高壓配電系統(tǒng)的維護、保養(yǎng)技術(shù)含量較高，需專業(yè)人員組織實施，費用較高。

3 經(jīng)濟分析

3.1 制熱站面積：按制熱能力計算，每MW所需機房面積

（1）燃氣鍋爐：約15平米/MW。

（2）沖渣水余熱：約20平米/MW。

（3）蓄熱式電鍋爐：約60平米/MW。

（4）企業(yè)冷卻水：約20平米/MW。

（5）中水供熱：約25平米/MW。

3.2 站內(nèi)設(shè)備投資：元/MW（不含機房土建費用）

（1）燃氣鍋爐：約30-40萬元/MW。

（2）沖渣水余熱：約35-45萬元/MW。

（3）企業(yè)冷卻水類：約55-65萬元/MW。

（4）中水供熱：約90-100萬元/MW。

（5）蓄熱式電鍋爐：約160-180萬元/MW。

3.3 制熱能源成本：

（1）熱電聯(lián)產(chǎn)：29.7元/GJ（向電廠購熱價格）。

（2）燃氣鍋爐：約100元/GJ（按燃氣3.15元/立方米計算）

（3）沖渣水余熱：約20元/GJ（向鋼廠購熱價格）。

（4）企業(yè)冷卻水：約44元/GJ（按電價0.52元/kWH，冷卻水使用費0.3元/噸）。

（5）中水供熱：約50元/GJ（按電價0.52元/kWH，中水使用費0.3元/噸）。

（6）蓄熱式電鍋爐：約97元/GJ（谷電價0.34元/kWH）。

4 結(jié)論及建議

（1）清潔能源供熱穩(wěn)定、環(huán)保，能夠滿足城市供熱需求，有效提升廣大熱用戶的生活幸福指數(shù)，符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，得到國家政策的鼓勵和支持，應(yīng)大力發(fā)展。

（2）城市供熱中，如條件允許，應(yīng)以熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式為主體，其他清潔能源供熱為補充，各熱源互通互備，聯(lián)網(wǎng)運行。

（3）供熱范圍內(nèi)，有工業(yè)余熱、中水等低品位資源的應(yīng)優(yōu)先利用。供熱規(guī)劃時提前劃出低品位熱源供熱專屬區(qū)域，區(qū)域內(nèi)建筑采暖設(shè)施設(shè)計要按照特有參數(shù)進行；因此類供熱方式具有機房占地面積大、運行噪音大等特點，所以在新建小區(qū)內(nèi)應(yīng)提前考慮機房、蓄水池等供熱設(shè)施位置，保證區(qū)域內(nèi)供熱效果。

（4）天然氣、電蓄熱等供熱方式既可作為區(qū)域熱源使用，也可作為城市調(diào)峰熱源使用。特別是存在棄風(fēng)電或谷電價格優(yōu)惠政策區(qū)域，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展電蓄熱供熱方式。

（5）城市供熱中，為確保供熱安全，要有一定數(shù)量的熱源能力儲備，以便從容應(yīng)對突發(fā)事件。熱源儲備即可是分散儲備，也可是集中儲備。

（6）積極破解發(fā)展過程中的問題。清潔能源供熱項目初投資較大，資金問題一直是困擾清潔供熱發(fā)展的難題。我們應(yīng)創(chuàng)新思路，積極募集社會資金參與清潔能源項目建設(shè)，努力和當(dāng)?shù)赜酂豳Y源擁有者及經(jīng)營者合作，按照PPP模式探索成立股份制企業(yè)，實現(xiàn)多方共贏。

（7）積極爭取國家獎勵政策，降低項目初始投資，改善經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]邢鵬.淺談清潔能源在城市供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技應(yīng)用，2015，26.

[2]齊洪波.清潔能源供熱與傳統(tǒng)能源供熱的研究[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2015，02.