電熱供需矛盾下的遼寧地區熱電機組規劃研究

宋卓然，張子信，張明理，王 勇，顧同剛

（1.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

電熱供需矛盾下的遼寧地區熱電機組規劃研究

宋卓然1，張子信1，張明理1，王 勇2，顧同剛2

（1.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

遼寧乃至東北地區受經濟形勢影響，用電增長低速徘徊，同時集中供熱面積缺口大，熱力與電力如何協調發展的問題亟待解決。分析了遼寧地區電力供大于求與熱力供小于求的矛盾問題，系統論述了現有的供熱方式、技術、經濟、環境保護等方面的優勢與劣勢，提出采用背壓機組加大型熱水鍋爐為主的多元供熱方式作為遼寧地區熱電發展規劃主要思路，并通過經濟分析驗證了該方式的可行性。

電力供需；熱力供需；供熱平衡；供熱方案；經濟評價

受經濟發展處于三期疊加階段影響，東北地區負荷在十二五末期增長放緩，電源裝機發展速度遠遠超過了負荷增長需求。目前，東北電網已全面呈現供大于求的用電形勢，遼吉黑及蒙東火電裝機利用小時數分別為4 353 h、3 433 h、4 134h、4 278 h，均排在全國后五位之中。由于富裕電力較多，本地區消納能力有限，現已向華北送電約300萬kW，造成了煤電倒流的不合理局面。遼寧電網機組利用小時數連續9年持續下滑，統調火電利用小時數已由2006年最高時的6 000 h下降到目前的4 200 h左右。

在遼寧負荷增長速度放緩的情況下，隨著風電的快速發展、供熱機組容量不斷增加、核電機組陸續投產，遼寧電網出現了低谷調峰困難、難以全額接納清潔能源發電的情況，導致風電、核電窩電現象出現。因此，科學制定電力、熱力協調發展規劃是能源發展的重要基礎。

為提高供熱效率，創新熱電規劃技術，文獻［1］綜述了熱電聯產面臨的企業虧損、供熱規劃與電力發展規劃不協調等問題，文獻［2］通過對三北電網區域現役電廠供熱改造可行性研究的調研評估分析，論證了城市周邊現役電廠125 MW及以上純凝機組供熱改造在技術上是可行的；文獻［3－5］以供熱聯合循環機組為研究對象，分析了主機選型、聯合循環配置、燃機系統的優化措施，使機組性能得到優化；文獻［6－7］針對不同類型機組熱電負荷優化分配問題進行建模，提高了熱電廠運行的經濟性；文獻［8］提出黑龍江省熱電規劃重點是發展單機容量300 MW的大型熱電聯產項目，文獻［9］結合上海市居民采暖不需要集中供熱的地區特點，以服務石化、鋼鐵、輕紡、造紙工業企業熱負荷角度進行了熱電機組規劃。文獻［10－11］從熱電機組運行角度，建立了冷熱電聯供生產成本和環境成本目標函數，運用目標隸屬度函數模糊算法，將其轉化為單目標優化并利用二次規劃法求解。既有的研究局限于個體熱電機組的優化運行研究，并且與遼寧地區熱負荷、電負荷特性不盡相同。

本文結合經濟發展新常態下，面對地區裝機過剩、用電量增速放緩、熱負荷需求持續增加的新的復雜環境，立足于供熱規劃與供電規劃協調發展，提出有效的熱電發展規劃方案。

1 遼寧地區電熱供需基本形式

1.1 電力供需基本形式

根據地方政府的經濟發展目標以及電力歷史彈性系數進行負荷預測，十三五負荷增長率約為7.2%，遼寧省2015—2020年電力平衡結果如表1所示。遼寧省目前電力盈余裝機約442萬，隨著負荷的增長裝機盈余狀況將在2020年發生轉變，2020年缺少裝機379萬kW。

表1 遼寧省2015—2020年電力平衡表萬kW

1.2 熱力供需基本形式

遼寧省是城市化率比較高的省份，全省總人口4 375萬。其中城鎮人口2 717萬，占62%。城市規模擴展和城市化進程的加快，人民生活水平的不斷提高，導致集中供熱負荷需求急劇增加，2014年，全省城市建筑面積約8.5億m2，其中大中型熱電聯產占城市集中供熱面積41%。燃煤熱水鍋爐占比50%（其中29 MW以下燃煤鍋爐供熱面積占比15%）；燃氣鍋爐占比1%；其它（含水源和地源熱泵等供熱）占比8%。根據國家及地方政府節能減排相關政策，29 MW以下燃煤鍋爐為高耗能低效率供熱方式，將逐步被淘汰。屆時，燃煤鍋爐供熱占比將下降為35%，熱電聯產供熱面積比例將上升到56%。

預計2015年城市采暖建筑面積達到9億m2，新增采暖面積0.5億m2；到2020年，供熱面積超過11.58億m2。新增采暖面積3億m2。

2 主要供熱方式及機組類型

2.1 熱電聯產

電廠鍋爐產生的蒸汽驅動汽輪發電機組發電以后，排出的蒸汽仍含有大部分熱量被冷卻水帶走，因而火電廠的熱效率只有30%～40%。如果蒸汽驅動汽輪機的過程或之后的抽汽或排汽的熱量能加以利用，可以既發電又供熱。這種生產方式稱為熱電聯產。其熱效率可達80%～90%，能源利用效率比單純發電約提高1倍以上。

a.大型抽凝供熱機組。單機容量達到20萬kW及以上，包括20萬kW、30萬kW、33萬kW、35萬kW熱電機組，主要用為熱電聯產、集中供熱。單臺20萬kW熱電機組供熱能力200 MW，單臺30～35萬kW熱電機組供熱能力300 MW。抽凝式汽輪機組的特點是，對熱負荷的適應性好，運行調節靈活可靠。一般情況下2臺350 MW級抽凝機組，可滿足1 200萬m2以上的采暖供熱面積。

b.大型凝汽機組改造抽汽機組供熱。將原有30萬kW、33萬kW、60萬kW凝汽機組改造為抽汽機組，主要用為熱電聯產、集中供熱。改造后的30～33萬kW抽汽機組供熱能力150 MW，60萬kW抽汽機組供熱能力300 MW。該改造方式的優點是改造投資相對較少，不用新增機組容量，缺點是受原機組汽缸結構條件制約，機組抽汽能力有限。

c.中型抽凝供熱機組。包括10萬kW、12.5萬kW、13.5萬kW熱電機組，主要用為熱電聯產、集中供熱。

d.背壓供熱機組。包括1.2萬kW、1.5萬kW、2.5萬kW、5萬kW背壓機組，除解決工業熱負荷外，還可通過汽水換熱為采暖熱用戶供熱。背壓機組是真正意義上的熱電聯產機組，機組不設置凝汽器，直接利用高參數的排汽提供采暖或工業用蒸汽，由于機組不存在冷源損失，具有最高的熱力循環效率，從而降低了發電煤耗、節約能源，故而得以廣泛應用。然而，背壓機亦有下述缺點：對負荷變化的適應性差，機組發電量受制于熱負荷變化。當低熱負荷時，汽輪機效率下降，從而使經濟效益降低。對于常年用熱在6 000 h或以上，且只有一種參數的穩定的熱用戶，選用背壓式機組是最理想的。1座2臺5萬kW背壓機組的電廠供熱面積在1 000萬m2左右。

e.小型抽凝供熱機組。包括6 000 kW、1.2萬kW、2.5萬kW、5萬kW抽凝熱電機組，利用小型抽汽機組汽水換熱供熱。

f.企業自備熱電機組供熱。除解決各自企業生產用汽外，為周邊提供部分采暖用熱。

g.小型熱電機組與大型熱水鍋爐聯合供熱。隨著熱負荷的增加，部分小型熱電機組廠區內擴建大型熱水鍋爐，為采暖熱用戶供熱。

2.2 區域鍋爐房供熱

大型熱水鍋爐供熱方式越來越多的應用在供熱行業，具有投資省、見效快、熱效率高等優點。特別是隨著大型循環流化床鍋爐技術的成熟，單臺容量168 MW、116 MW、70 MW、58 MW的循環流化床熱水鍋爐在我國得到快速發展和應用。當然，大型熱水鍋爐項目由于只供熱、不發電，需要電網提供大量的電力，增加了大型熱水鍋爐項目的供熱成本。另外，還有許多單臺容量29 MW以下的低效率燃煤鍋爐運行，浪費能源、污染環境。

a.大型熱水鍋爐供熱。在熱電廠供熱區域外，新建、擴建大型熱水鍋爐供熱系統；在熱電廠供熱區域內，新建、擴建大型熱水鍋爐作為大型熱電廠調峰熱源。根據統計，大型熱水鍋爐供熱規模在各大城市所占比例均較大，單臺168 MW熱水鍋爐可以滿足320萬m2的供熱。

b.中小型熱水鍋爐供熱。單臺容量29 MW以下的熱水鍋爐供熱系統。由于該規模的燃煤鏈條鍋爐供熱量小、鍋爐熱效率低，均在規劃拆除的范圍內；對于該規模新型高效煤粉鍋爐由于鍋爐熱效率高，符合分布式供熱系統的相關條件，應有條件保留。

c.大型供熱鍋爐與污水源熱泵聯合供熱。大型熱水鍋爐、蒸汽鍋爐與污水源熱泵聯合供熱，蒸汽鍋爐主要提供熱泵機組動力，排汽汽水換熱供熱。通過能源梯級利用、利用中水熱量、節能減排，節能量達30%以上。

3 供熱方案分析

3.1 供熱方案

為滿足供熱需求，可以采用現有熱電廠擴建大型熱水鍋爐、大型凝汽機組改造抽汽機組供熱等改造方式，也可采用新建熱電廠的方式。由于改造方案模型涉及影響因素較多，而且規劃也以新增電廠為主，因此本文僅對新建熱電廠的3種方案進行對比分析，如表2所示。

表2 供熱方案

方案1：電廠新建2×350 MW抽汽機組。

在額定工況下，單臺機組采暖抽汽參數：壓力0.39 MPa，溫度251.7℃，焓值2 968.3 kJ／kg。供蒸汽量515 t／h，2臺機組供汽量1 030 t／h，蒸汽疏水按110℃計算，電廠供熱量717.22 MW，供熱面積1 200萬m2。

方案2：電廠新建2×350 MW抽汽機組＋4×116 MW熱水鍋爐。

熱電機組參數同上。熱水鍋爐4×116 MW，單臺116 MW熱水爐循環水量1 652 t／h，額定出水壓力1.6 MPa，額定出水溫度130℃，額定進水溫度70℃。4臺鍋爐供熱量464 MW。

電廠總供熱量1 181.22 MW。綜合熱指標50 W／m2，電廠可供采暖面積為2 362萬m2。熱化系數為0.607。

方案3：電廠新建2×B50背壓機組＋4×168 MW熱水鍋爐。

額定工況下，單臺機組采暖排汽參數：壓力0.294 2 MPa，溫度138.16℃，焓值2 735.3 kJ／kg。供蒸汽量273 t／h，2臺機組供汽546 t／h，蒸汽疏水按110℃計算，電廠供熱量344.89 MW。

熱水鍋爐4×168 MW，單臺168 MW熱水爐循環水量2 392 t／h，額定出水壓力1.6 MPa，額定出水溫度130℃，額定進水溫度70℃。4臺鍋爐供熱量為672 MW。

電廠總供熱量1 016.89 MW。綜合熱指標50 W／m2，電廠可供采暖面積2 033萬m2。熱化系數為0.34。

3.2 主要技術經濟指標

以基準收益率為7.5%，投資方內部收益率為8%測算上網電價，如表3所示。通過項目財務評價，按熱價63元／GJ（含稅）、項目投資內部收益率8%時，在現行條件下測算上網電價方案1為347.33元／MWh（含稅），方案2為356.39元／MWh（含稅），方案3為339.18元／MWh（含稅），低于國家發改委核定的遼寧省標桿上網電價414元／MWh（含稅），3種方案在財務上均具有盈利能力，具有操作性。

表3 3種方案電價測算

3種方案的主要技術指標如表4所示。為滿足電力、熱力供應需要，3種方案分別需要新建電廠14座、7座與9座。方案對應指標如表3所示。在滿足熱力供應需求之后，電力供應方案1是方案2的2倍，是方案3的11倍；氣體污染物排放量方案1、方案2比方案3高出近1倍，總投資方案1比方案2高出近1.5倍，比方案3高出2.5倍。此外，采用方案3可以提高火電機組利用小時數近700 h，使得既有火電機組利用小時數能夠達到5 000 h的經濟運行空間。由此可見，方案3更適合電力冗余的供熱省份，而方案1、2則更適合電力緊缺的省份。

表4 供熱方案技術對比表

綜合熱力平衡、電力平衡結果，推薦采用方案3，盡管到2020年遼寧仍將處于缺電狀態，但是考慮到負荷增長的不確定性及東北地區的特高壓電網規劃，建議電力缺口通過聯絡線受入及發展清潔能源解決。

4 遼寧地區熱電發展規劃

4.1 遼寧地區熱電規劃基本思路

為了節約能源，保護環境，滿足北方地區不斷增長的采暖供熱需求，建議分兩步完善遼寧地區供熱方式。

近期，在現有城市2臺30萬kW級供熱電廠內不再擴建同類熱電機組，應根據熱負荷發展和落實情況，擴建2～4臺168 MW熱水鍋爐，解決城市熱負荷增長需求；同時規劃新建N個2臺5萬kW背壓式供熱機組＋2～4臺168 MW熱水鍋爐熱電項目，滿足城市供熱面積增長需求。

中遠期，將原有規劃建設2臺30萬kW級供熱電廠方案調整為2臺5萬kW背壓式供熱機組＋2～4臺168 MW熱水鍋爐方案。

在縣級城市，根據熱負荷，規劃建設2臺1.2～2.5萬kW背壓式供熱機組＋2～4臺168 MW（或116 MW）熱水鍋爐熱電項目，替代原有熱源項目，滿足城市現有和發展供熱負荷，實現省政府“藍天工程”和“一縣一熱源”的戰略規劃。

4.2 地區熱電發展政策探討

由于采用背壓供熱機組供暖，只能在采暖季運行，導致機組設備利用率低，實際供熱運行小時數約為2 320 h，機組全年大部分時間停止運行，嚴重影響背壓機組供熱優越性的發揮，并使項目的經濟效益大大降低。

因此，為提高熱電企業的建設積極性，除讓業主享受目前國家和地方政府出臺關于“熱電聯產”扶持政策外，還需進一步爭取國家和地方政府有關主管部門給予其它方面的優惠政策。主要包括以下幾點。

a.背壓供熱機組容量不納入當地電力建設規模。

b.熱電廠與大型熱水調峰鍋爐在同一個場地建設時，應視為同一熱源項目，同等享受國家和地方政府給予的各項優惠政策。同時，熱源與熱網的建設及運營管理應由同一個項目業主負責。

c.上網電價實行兩部制電價機制，電量電價按當地燃煤機組脫硫和脫硝標桿電價執行。容量電價由國家物價主管部門制定。

d.地方政府應該出臺提供建設用地、熱網配套費差異化等方面優惠政策給予支持。

5 結束語

本文對遼寧地區電熱供需矛盾問題進行了分析，提出采用供熱方式多元化來緩解電熱供需矛盾。通過分析背壓機組加熱水鍋爐與大型抽凝機組等多種供熱方式技術經濟性，給出遼寧地區未來熱電發展思路及相關政策建議，可為地區能源“十三五”發展規劃提供重要參考。

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Cogeneration Planning Based on the Imbalance of Power and Heat Supplying in Liaoning

SONG Zhuo?ran1，ZHANG Zi?xin1，ZHANG Ming?li1，WANG Yong2，GU Tong?gang2
（1.Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

The growth of electricity consumption of Liaoning and northeast area has maintained a low speed by the impact of economic situation.Meanwhile，the centralized heating area demand increases year by year，How to coordinate the development of heating and electricity becomes to be urgently solved.The contradiction problem of heating and electricity supply and demand is discussed in this paper.The advantages and disadvantages of existing heating mode is analyzed as well as technology，economy，environmental protec?tion and other aspects.The heat supply plan of back pressure unit and large hot water boiler combined with various heat supply is put forward as the thermal power development planning of Liaoning.The feasibility is verified by economic analysis.

Power supply and demand；Heat supply and demand；Heat balance；Heat supplying plan；Economic evaluation

TM611

A

1004－7913（2016）01－0005－04

國網遼寧省電力有限公司青年研究促進費資助項目（5222JJ14001D）

宋卓然（1985—），男，碩士，工程師，主要從事為電力系統規劃、電源規劃、能源規劃相關研究。

2015－10－20）