淺議清潔能源供熱

韓建明+衛波

摘 要：隨著城市的快速發展，城鎮供熱對熱量的需求呈爆發性增長，而另一方面，隨著環境治理不斷深入，對集中供熱排放要求越來越嚴格，大量燃煤鍋爐的取締，新的燃煤采暖項目受到嚴格管控，使城市發展和采暖熱源建設形成較大矛盾，熱源問題已成為城市供熱發展的瓶頸。為破解城市發展難題，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與利用，在運行、管理上摸索到一些經驗，在此與各位同行共同分享。

關鍵詞：清潔能源；供熱；熱電聯產；沖渣水；冷卻水；中水

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

1 概述

城市供熱擔當著重要的社會責任，是重要的民生問題，所以供熱穩定、效果良好是城市集中供熱需首先考慮的問題。近年來，隨著環境治理力度的持續加大，對城市供熱的環保要求越來越高，利用清潔能源進行城市供熱已成為全國供熱行業發展的共識。唐山市作為重工業城市，熱電聯產、工業余熱等清潔能源資源豐富，有較好的清潔能源供熱基礎。唐山市熱力總公司在清潔能源利用上統籌考慮，制定城市供熱發展“雙輪驅動”發展戰略，即以熱電聯產集中供熱為主，以工業、中水等其他清潔能源供熱為補充，共同擔起城市供熱發展重任。在供熱方案上，根據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、生產工藝，以及供熱區域內建筑物的保溫性能、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，并通過管網建設將各熱源相互連通，達到互通互備，供熱運行依靠自主研發的熱網智能控制系統科學調度，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成熟、運行穩定，供熱效果良好，得到廣大用戶的認可，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產、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冷卻水和中水供熱項目。

2.1 熱電聯產供熱項目

熱電聯產是指發電廠既生產電能，又利用汽輪發電機做過功的蒸汽對用戶供熱的生產方式。是我國北方地區當前最主要的集中供熱形式，在我國供熱市場占據著主導地位。唐山市作為重工業城市，熱電廠資源較為豐富，現有河北大唐國際唐山熱電公司（市區電廠）、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）等四家發電企業，供熱能力5000余萬平米。我公司供熱規劃中將熱電聯產熱源作為我市基礎熱源充分利用，以四座電廠為基點建設供熱環網供熱體系，極大地提高了城市供熱穩定性和安全性。

優點：

（1）熱電聯產技術成熟，管理先進，使得熱量輸出穩定、連續，保證了供熱區域內供熱工作的穩定、安全。

（2）熱電企業均設有脫硫、脫銷等環保設備，執行最嚴格的環保標準，環境友好。

（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，經濟效益良好。

局限性：

（1）由于熱電廠基本位于城區邊緣，距用熱負荷集中區域距離較遠，所以需遠距離建設輸配管線，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，一旦設備出現故障，受影響供熱面積巨大，進而引發社會問題。

2.2 高爐沖渣水余熱

鋼廠高爐沖渣水是高爐煉鐵產生的一種副產品，具有溫度較高（可達70℃以上）、水溫受生產工藝影響波動較大、水質差、雜質多的特點，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串聯聯網運行的方式，用沖渣水經專用換熱器直接加熱集中供熱熱網的回水，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，進而可滿足各類保溫性能和采暖方式的建筑采暖。

優點：

（1）屬工業廢熱，節能減排效果顯著。

（2）項目整體經濟性較好，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）受市場環境影響，鋼鐵企業去產能壓力較大，市場競爭激烈，易造成鋼鐵企業生產不穩定，進而影響熱能輸出。

（2）沖渣水溫度不穩定，如單獨進行區域供熱，一般需設置輔助熱源。

（3）鋼鐵企業廠區內管線、設施密布，鐵路、公路縱橫，廠區內施工較為困難。

2.3 天然氣供熱

天然氣作為優質的能源在供熱項目中得到了較為普遍的應用，燃氣鍋爐適用范圍廣、效率高、溫度調節簡便、占地面積小、不產生廢渣，能滿足任何類型熱用戶的供熱需求。

優點：

（1）初投資低，占地少，建設周期短，供熱效率高。

（2）啟動靈活、升溫迅速，供熱穩定，調節方便，鍋爐操作簡便，維護費用低廉。

局限性：經濟性較差，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。在風電資源豐富或峰、谷電使用量差距較大區域有較多應用。

優點：

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

（2）環保效益好，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，有利于電網調度運行。

局限性：

（1）占地面積大，初投資大。

（2）所需電力負荷太大，電容量城市內難以申請。

2.5 企業冷卻水供熱

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

優點：經濟性較好。因源側水溫較高，水質清潔，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）需供熱區域有穩定低溫能源，如工業冷卻水、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，需在小區規劃時提前預留位

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的維護、保養技術含量較高，需專業人員組織實施，費用較高。

2.6 中水供熱

城市污水廠生產的中水水溫較低，嚴寒期約為11℃-13℃左右，雜質較多，水質一般。我公司利用電熱泵提取其中熱量進行區域供熱，二次水溫約為45℃，可滿足采暖設施為地板供熱的用戶供熱需求。

優點：相對于天然氣及純電供熱而言，有一定成本優勢。

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供熱設施為風機盤管、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，需在小區規劃時提前預留位置；因污水處理廠夜間中水產量偏低，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的維護、保養技術含量較高，需專業人員組織實施，費用較高。

3 經濟分析

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）企業冷卻水：約20平米/MW。

（5）中水供熱：約25平米/MW。

3.2 站內設備投資：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）熱電聯產：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 結論及建議

（1）清潔能源供熱穩定、環保，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，符合產業發展方向，得到國家政策的鼓勵和支持，應大力發展。

（2）城市供熱中，如條件允許，應以熱電聯產供熱方式為主體，其他清潔能源供熱為補充，各熱源互通互備，聯網運行。

（3）供熱范圍內，有工業余熱、中水等低品位資源的應優先利用。供熱規劃時提前劃出低品位熱源供熱專屬區域，區域內建筑采暖設施設計要按照特有參數進行；因此類供熱方式具有機房占地面積大、運行噪音大等特點，所以在新建小區內應提前考慮機房、蓄水池等供熱設施位置，保證區域內供熱效果。

（4）天然氣、電蓄熱等供熱方式既可作為區域熱源使用，也可作為城市調峰熱源使用。特別是存在棄風電或谷電價格優惠政策區域，應優先發展電蓄熱供熱方式。

（5）城市供熱中，為確保供熱安全，要有一定數量的熱源能力儲備，以便從容應對突發事件。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展的難題。我們應創新思路，積極募集社會資金參與清潔能源項目建設，努力和當地余熱資源擁有者及經營者合作，按照PPP模式探索成立股份制企業，實現多方共贏。

（7）積極爭取國家獎勵政策，降低項目初始投資，改善經濟效益。

參考文獻：

[1]邢鵬.淺談清潔能源在城市供熱系統中的應用[J].科技應用，2015，26.

[2]齊洪波.清潔能源供熱與傳統能源供熱的研究[J].應用能源技術，2015，02.