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低碳先行 构建“清洁供热2025”新模式

日期:2019-12-19    来源:中国能源报

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2019
12/19
11:10
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关键词: 清洁供热 集中供热 供热能力

   在同等条件下,相比传统燃煤锅炉节能90%,各类污染物、二氧化碳均可实现近零排放,且供热综合成本与燃煤锅炉相当——近日,清华大学建筑节能研究中心公布一项“中国清洁供热2025”新模式,以清洁低碳为目标,为北方地区大规模的城镇集中供热提供全新参考。
  据项目负责人、清华大学建筑节能研究中心教授付林介绍,该模式一改过去“高能低用”的直接燃烧供热,通过余热等低品位热源取代以燃煤为主的锅炉房,并配合长输供热、热电协同、燃气末端调峰等先进技术,达到“清洁供、节约用、能承受、可持续”的效果。目前,上述方案已在太原、石家庄、济南等多地实现推广或进行论证,涉及供热面积10亿平方米以上。
  北方集中供热仍以煤为主
  大批存量余热反而被忽视
  统计显示,北方集中供热面积增长迅速,覆盖范围已超过140亿平方米。其中,主要包括燃煤锅炉、燃气锅炉,及大中规模的燃煤、燃气热电联产等热源形式,总能耗约为2亿吨标准煤/年。
  付林坦言,尽管一再强调清洁取暖,但截至目前,燃煤供热仍是北方地区的主要方式,煤炭占供热一次能源消费的比重接近80%。且在现行供热方式中,燃煤、燃气等各类锅炉占到一半以上。“直接燃烧是典型的低效转换方式,不仅造成大量浪费,也不符合当前的低碳发展要求。比如在2017年,北方城镇供热碳排放总量就达到5.41亿吨,约占全国建筑运行能耗相关碳排放总量的1/4。基于碳减排的迫切现实,这些‘高能低用’的方式一定会被逐渐淘汰。”
  那么,谁来替代传统热源?在多位专家看来,北方大量存在的余热资源可作为首选。分析显示,北方地区现有燃煤机组装机容量约8亿千瓦,若将其中一半电厂余热收集起来,足以承担约120亿平方米的供热面积。同时,在冬季保供期内,北方地区还可提供约40亿吉焦的低品位工业余热,回收其中15亿吉焦,即可为50亿平方米建筑提供基础采暖负荷。
  “北方大城市、小城镇均有成熟的集中供热管网,这是我们的先天优势。有了基础和前提,再把现有及未来存量的燃煤电厂改为热电联产,并通过新的工艺把余热收集起来,补充回收北方钢铁厂、水泥厂、化工厂、建材厂等工业余热,能够为70%的县以上城市提供基础热源,恰好可满足城镇集中供暖需求。”中国工程院院士江亿表示。
  此前在接受记者采访时,中国城镇供热协会副理事长刘荣也称,由于对供热能力的挖掘深浅不一,北方有相当一部分热电联产机组,实际并未充分发挥供热潜力,大批存量热源被白白浪费。
  “我们曾实地调研北方某集团20万千瓦以上机组,发现仅有6%的机组达到最大供热能力,热电联产热量产出仅为可产出量的44%,待开发供热潜力竟高达约3000万千瓦。而且这不是个案,应该先发挥好现有能力,再去考虑别的事情。”刘荣称。
  以300公里为半径
  余热资源均可实现长距离经济输送
  以燃煤电厂和工业余热为主体的热源,体量大、成本低、相对集中,且回收利用不会增加新的排放。但另一方面,由于这些电厂、工厂大多远离城市中心,如何高效率回收、长距离输送,同时不额外增加经济负担,成为新模式能否真正落地的关键。
  对此,新模式按照“温度对口、梯级利用”原则,利用降低回水温度的办法,提高余热回收系统的能源利用率及热网输送能力,减少输送过程的热损失。“一套完整热循环主要由‘一供一回’两根管网组成。在常规方式中,供水温度为120-130摄氏度,回水降至50-60摄氏度。温差越大,热网输送效率越高、温度损失越少。”付林介绍,大温差技术可在供水条件不变的情况下,将回水温度降至20-30摄氏度。输送能力由此提高60%以上,为实现热的长距离输送奠定基础。
  “利用上述方式,凡是城市周边300公里半径内的余热资源,均可实现长距离经济输送。”付林举例,该模式率先在山西太原得以推行,覆盖当地约60%的供热面积。运行以来,累计减少燃煤276万吨,与大型燃煤锅炉相比,年节约标煤120万吨。同时,每平方米改造投资成本不超过100元,在同等条件下远低于燃煤、燃气等其他取暖方式。
  此外,新模式还提出利用燃气作为末端调峰,承担尖峰负荷的保障方案。“电厂及工业余热适合承担基本负荷,初投资高、运行费低;燃气适合作为调峰热源,低投资、高运行费。燃气调峰应采用分布式,以经济最优为目的,设置合理调峰比例。”付林表示,燃气作为调峰热源,将大幅增加冬季燃气用量,扩大冬夏用气负荷差。对此,可通过设置季节性储气设施,结合燃气调峰热源,提高城市供热的经济性;分布式燃气调峰热源则作为应急热源,保障供热稳定与安全。
  根据测算,未来,在北方集中供热增至200亿平方米的情况下,电厂和工业余热作为主要热源,最高可占到总供热量的70%左右。在热网达不到的地方,再采用独立燃气锅炉和电热等分散方式供热。“对比继续采用煤改气、煤改电的方案,新模式综合供热能耗降低50%,大气污染物排放可减少80%,综合供热成本下降25%左右。”付林称。
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