青島新舊動能轉(zhuǎn)化背景下清潔能源供熱設計研究

蘇若海

（新地能源工程技術有限公司設計分公司，山東 青島 266400）

0 引言

緊跟新舊動能轉(zhuǎn)換的時代步伐，對促進和加快我國經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要意義。伴隨著新舊動能轉(zhuǎn)化的持續(xù)推進，新技術、新產(chǎn)業(yè)層出不窮。能源行業(yè)率先低碳轉(zhuǎn)型、優(yōu)化升級，是新舊動能轉(zhuǎn)換的具體體現(xiàn)，也是行業(yè)發(fā)展的必然之路。因此，如何在保證穩(wěn)定可靠的能源供應的基礎上，實現(xiàn)清潔能源供熱成為當前研究的重點。

青島位于山東半島東南部，東臨黃海，具有明顯的北方海濱城市氣候特色，初冬到晚春溫度一直較低。青島地區(qū)供熱季是從每年的11 月中旬到次年4 月初，供熱周期比較長，集中供熱是最經(jīng)濟的方法。與北方城市一樣，青島居民目前對冬季熱源的需求較高，對舒適溫暖的居住環(huán)境的質(zhì)量要求也越來越高。青島現(xiàn)有27 家供熱單位，50 個熱源點，3054 個換熱站，供熱管網(wǎng)總長度達到了1.27 萬km，集中供熱面積3.1 億m2。

1 現(xiàn)階段清潔能源供熱技術手段

（1）天然氣供熱：天然氣供熱主要有天然氣鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和天然氣熱泵等方式。天然氣鍋爐以天然氣為燃料供熱；熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)利用煤炭燃燒發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱量，加熱循環(huán)水，并通過供熱循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)熱力輸送，充分利用能源，從而實現(xiàn)遠遠高于燃氣鍋爐的能源梯級利用率。天燃氣熱泵通過燃燒天然氣，利用四通閥門收集環(huán)境熱量，通過循環(huán)水系統(tǒng)實現(xiàn)熱量供給。

（2）電鍋爐供熱：電鍋爐通過電熱之間的相互轉(zhuǎn)化供熱，直接釋放熱量或通過管道中的熱介質(zhì)進行熱量循環(huán)。電鍋爐供熱具備環(huán)保、清潔、方便的優(yōu)勢，其供熱應用歷史悠久，種類繁多。因電能來源廣泛，以及電鍋爐的環(huán)保優(yōu)勢，得到我國政府的政策扶持，進而加速了電鍋爐的技術迭代與更新。

（3）多源熱泵供熱：多源熱泵通過壓縮機將熱量傳遞到熱介質(zhì)中，以提高熱能水平，滿足供熱需求。近年來，中國在這一領域取得了極大進步。然而，與其他國家相比，我國核心機械部件的工藝水平有待提高，業(yè)內(nèi)相關核心組件也往往采用進口的形式，這些問題限制了該技術在我國的廣泛應用。

（4）廢熱供熱：工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱、廢熱也可以作為清潔能源供熱的熱源。廢熱供熱往往采用在空壓機等設備產(chǎn)生廢熱部分加裝散熱與水循環(huán)裝置等手段，實現(xiàn)熱量梯級供給，對廢熱的利用也成為相關行業(yè)的研究熱點。

2 新舊動能轉(zhuǎn)化背景下清潔能源供熱存在問題

隨著信息技術的快速發(fā)展與環(huán)保標準的不斷完善，城市供熱呈現(xiàn)分布式發(fā)展趨勢，許多清潔能源如空氣源熱泵、地源熱泵、電蓄熱、電加熱瓦等。熱量和能量儲存技術層出不窮，見表1。

表1 供熱方式初始投資與成本對比

雖然清潔能源具有其自身優(yōu)勢，但是由于相比較傳統(tǒng)供熱方式，清潔能源存在初始投資高、綜合供熱成本高等問題。此外，受制于相關研究不夠深入，清潔能源利用技術不夠成熟等問題，往往存在供熱效果不好，設備維護成本高等現(xiàn)象，極大地影響了清潔能源的推廣。

表3 供熱方式污染排放及綜合能效比對比

表2 青島市典型供熱單位信息表（數(shù)據(jù)來源于青島市城市管理局）

表2 為青島市比較典型的供熱單位，可以看出，現(xiàn)階段青島的主要能源仍為煤炭。作為典型的北方供熱地區(qū)，青島目前的供熱方式主要是中小型熱源廠熱電聯(lián)產(chǎn)，清潔能源占比嚴重不足。現(xiàn)有的熱源主要依靠50 個火力發(fā)電廠和熱源廠；另外，伴隨著青島市經(jīng)濟社會條件的高速發(fā)展，居民冬季對供熱要求也呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，供熱量與供熱能效比急待提升。為實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換目標，引入清潔能源供熱技術，提高供熱能效比，降低污染排放量，成為青島供熱系統(tǒng)急需解決的問題。

3 清潔能源供熱設計研究

3.1 大型機組改造熱電聯(lián)產(chǎn)與天然氣供熱技術

可酌情分析青島現(xiàn)有鍋爐站點與換熱站點，篩選出附近具有天然氣資源，或便于天然氣接入的場地，通過利用現(xiàn)有鍋爐廠房等輔助設施，合理安裝水泵、風機等設備，實現(xiàn)大型機組改造熱電聯(lián)產(chǎn)，還可將燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐。經(jīng)實踐，該項改造技術成熟，改造項目較少，不僅安全可靠，而且不會造成二次污染。此外，鍋爐煤改氣，還具有投資少的特點。

3.2 電鍋爐供熱技術

通過改造現(xiàn)有鍋爐房、廠房輔助設施等資源，建設電阻鍋爐、電磁鍋爐及電極鍋爐等。因鍋爐設備改造投資大，資金回收周期長，實際操作工程中，可因地制宜，分片實施。另外，由于電鍋爐供熱技術大量采用電氣化設備，應用過程中可引入先進自動控制系統(tǒng)，通過計算機自動調(diào)節(jié)相關參數(shù)，減少人工干預，從而降低系統(tǒng)運營成本。

3.3 多源熱泵供熱技術

可將現(xiàn)有鍋爐并聯(lián)空氣源熱泵。實踐發(fā)現(xiàn)，初冬時節(jié)空氣源熱泵的效率較高。而當室外溫度低于0℃時，則應采用燃氣鍋爐供暖，煙氣余熱回收系統(tǒng)應與燃氣鍋爐聯(lián)合使用。結合運營數(shù)據(jù)，整個供暖季空氣源熱泵提供六成的熱量，燃氣鍋爐提供四成熱量，可獲得3～5 倍于輸入功率的節(jié)能回報，提高了鍋爐熱效率。另外，根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局調(diào)查資料，青島地區(qū)地熱資源豐富，若能充分利用深井地熱，將極大地緩解青島地區(qū)供熱壓力。

3.4 其他余熱利用

工業(yè)生產(chǎn)過程中，考慮電廠冷卻設備、空壓機等大型機械產(chǎn)生廢熱部位增設換熱器，安裝水泵，利用工業(yè)廢熱加熱循環(huán)水，實現(xiàn)將空壓機余熱通過循環(huán)水供熱。

除上述技術外，還可結合青島供熱季風能充足等特點，探索風能發(fā)電供熱、對建筑進行節(jié)能改造、利用高效儲能系統(tǒng)實現(xiàn)太陽能—電能—熱能轉(zhuǎn)換、開發(fā)清潔煤和酒精基燃料等方式，積極拓展能源資源，利用各類高新技術，切實貫徹新舊動能轉(zhuǎn)換思路，滿足居民供熱需求與環(huán)保要求

4 結語

新舊動能轉(zhuǎn)換這一時代命題為供熱行業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供新思路、提出新要求。傳統(tǒng)供熱方式能耗高、污染嚴重，青島作為北方典型的集中供熱城市，如何結合新舊動能轉(zhuǎn)換的背景，發(fā)展高效、清潔、環(huán)保的供熱方式，值得進一步探索。