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          構建高效清潔的城鎮供熱新模式(高端訪談) ——專訪清華大學建筑節能研究中心教授付林

          【摘要】:
          隨著我國城市能源結構的調整及環保要求持續加強,以天然氣為一次能源的采暖方式漸成趨勢。然而,受資源緊張、成本偏高、能源轉換效率不足等因素制約,這一方式也暴露出不少問題,亟待進一步完善。那是否存在更為理想的城市供熱方式?在清華大學建筑節能研究中心教授付林看來,北方地區供熱減排潛力巨大,可將現有大型電廠及工業余熱利用起來,輔之以天然氣資源調峰,構建以京津冀一體化為范本的新型清潔供熱體系。

           

          編者按

          隨著我國城市能源結構的調整及環保要求持續加強,以天然氣為一次能源的采暖方式漸成趨勢。然而,受資源緊張、成本偏高、能源轉換效率不足等因素制約,這一方式也暴露出不少問題,亟待進一步完善。

          那是否存在更為理想的城市供熱方式?在清華大學建筑節能研究中心教授付林看來,北方地區供熱減排潛力巨大,可將現有大型電廠及工業余熱利用起來,輔之以天然氣資源調峰,構建以京津冀一體化為范本的新型清潔供熱體系。

          清潔取暖改造留下“后遺癥”

          中國能源報:隨著清潔取暖改造的集中、持續推進,北方采暖正在發生越來越多的變化。結合該背景,您如何看待北方城鎮供熱現狀?

          付林:截至2016年底,我國北方城鎮供熱面積約140億平方米,其中50%以上仍在使用污染嚴重的燃煤鍋爐,約25%為燃煤熱電聯產供熱,另有20%左右為天然氣或電供熱。每年還在新增建筑的情況下,清潔熱源存量缺口已有70多億平方米,清潔供熱任務艱巨而急迫。

          目前,國家越來越重視北方清潔取暖問題,已展開系統認識探索,以加快提高清潔取暖比重。改造初衷是好的,成效也有目共睹,但同時也應及時總結、反思推行過程中出現的問題,特別是改造留下的一些“后遺癥”。

          中國能源報:需要反思的“后遺癥”主要有哪些?

          付林:清潔取暖改造的重點在于究竟怎么“改”。我們常說“宜氣則氣、宜電則電”,到底如何因地制宜?這是值得反思的關鍵。

          例如,北方多地以天然氣為燃料的熱電聯產,從經濟性看,因其投資高于分散的小燃氣鍋爐,燃料成本又比燃煤電廠高,往往只有在發電上網電價較高的條件下,才能體現出優勢。除導致被改造地區供熱成本大幅上升外,該方式因熱電比小而造成天然氣消耗量特別大。僅在京津冀地區,若按北京供熱模式全部改為天然氣熱電廠和鍋爐,至少就需600億方天然氣,相當于全國總用量的1/4,由此可能帶來供氣安全保障、氮氧化物排放加劇等一系列后續問題。

          再如,熱電聯產雖是北方城市能源轉換效率最高的供熱方式,但因其普遍采用“以熱定電”模式,導致大量發電根據供熱需求而定,難以再為電網調峰服務。如何在清潔取暖的同時解決這一矛盾,優化電、熱、燃氣構成的能源系統運行,是又一重要任務。

          “好氣用在調峰上”

          中國能源報:如何優化電、熱、燃氣等資源在城市供熱中的運行?

          付林:首先要弄清楚,天然氣究竟該不該用于城市采暖?我認為寶貴的天然氣要用于更為合理的地方,即設置在城市熱網末端承擔供熱調峰作用。

          目前不少城市直接將燃煤鍋爐改為大型燃氣鍋爐供熱,該方式并不值得推廣。燃氣鍋爐宜分散而不宜集中,在熱網難以達到的地方,可適當采用分散化的小型燃氣鍋爐供熱。同時,城市應重視建設季節性天然氣儲氣設施,保障冬天供氣安全。

          此外,還可將“以熱定電”轉化為“熱電氣協同”的方式,大幅提高熱電聯產靈活性,實現熱電解耦。在北方城市已基本覆蓋熱網的基礎上,可加裝蓄熱裝置和熱泵。電負荷低谷期,機組減小發電量并通過熱泵消耗電量而產生高溫熱量,該熱量存入蓄熱裝置;用電高峰時,供熱機組減少抽汽供熱而多發電,采暖負荷通過蓄熱裝置放熱承擔。由此在改變機組不同時間發電量的同時,實現電力調峰優化運行。

          中國能源報:除調峰外,如何進一步挖掘天然氣供熱的潛力?

          付林:天然氣由一個碳加四個氫組成,燃燒時氫元素轉化為水蒸氣,也就是我們常見的白煙,攜帶較大比例熱量。若能將這部分熱量回收利用,不僅可消除冒煙問題,還可進一步提高燃氣供熱效率?,F有大型熱電廠中,尚有超過其供熱量40%的低溫煙氣余熱有待利用。

          針對大型燃氣熱電聯產,我們現可通過全熱回收技術,在輸入燃氣量不變、輸出電力基本不變的前提下,將輸出熱量提高40%以上。針對燃氣鍋爐,利用直接接觸式換熱技術,使煙氣溫度降至20攝氏度甚至更低,由此實現深度回收,再通過吸收式熱泵進行加熱,從而將供暖熱效率提升10%以上。即可實現熱回收、減排與節水一體化,還可降低煙氣氮氧化物濃度10%以上。

          探索京津冀清潔供暖一體化

          中國能源報:上述回收技術的經濟性如何?

          付林:以北京為例,如按發電小時3500小時計算,燃氣電廠年用氣量約75億方,燃氣鍋爐采暖季消耗氣量約53億方。根據上網電價0.65元/千瓦時、天然氣價2.5元/標方折算,北京因供熱產生的總成本約400億元/年,每年額外還有上百億元運行補貼。

          隨著四大燃氣熱電中心的上馬,北京城區已結束燃煤供熱歷史。北京燃氣電廠供熱能力現為1.2億平方米,如能將排放煙氣全部回收,再加上調峰部分的熱量,即相當于在不增加天然氣用量的情況下,新增供熱面積1億平方米。北京還有超過5億平方米的天然氣鍋爐供熱,余熱回收后可增加5000多萬平米供熱面積。兩部分相加達1.6億平米左右,這意味著,不僅可使北京20%的建筑實現零污染供熱,每年還可節約用氣16億方。

          中國能源報:基于這些技術,可為城市清潔供暖帶來哪些推動?

          付林:實際上,余熱回收技術既可用于燃氣電廠,也可吸收北京周邊燃煤電廠及工業余熱。例如,利用周邊燕山石化的余熱可滿足北京當地超2000萬平方米供熱需求。隨著大溫差、遠距離供熱技術得到應用,相比于天然氣鍋爐供熱而言,余熱供熱的經濟半徑可達300公里以上。在北京300公里半徑內,僅現有電廠供熱潛力就達10億平方米,甚至可滿足京津冀地區其他城市的熱需求。

          通過“外熱入京”將余熱送入北京,同時利用少量天然氣配合調峰,即“4座燃氣熱電中心+燃氣分布式調峰+N處余熱回收”的方式,相比現行純靠天然氣供熱的模式,不僅減少污染排放,還可減少能耗80%以上、降低供熱成本1/3。

          在此基礎上,我們還設想了一種以供熱、天然氣和電力為核心的京津冀清潔供熱一體化模式。統籌考慮京津冀地區的能源資源,例如除“外熱入京”,還可將北京的天然氣資源分出一部分給津、冀等地,通過“熱電協同”技術解決該地區乃至鄰省的火電深度調峰和可再生能源消納問題。統籌考慮京津冀地區的供熱、天然氣和電力資源,繼而進一步實現能源一體化,推動供熱、天然氣、可再生能源及電力的協同發展、協同運行。

           

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