芬蘭集中供熱技術與典型案例

張 騏， 郭偉杰， 谷亞軍

(河北華熱工程設計有限公司， 河北 石家莊 050000)

1 芬蘭集中供熱技術

芬蘭位于歐洲北部，國土面積的25%位于北極圈內，是歐洲最冷的國家之一。芬蘭無油無煤，國內能源資源非常匱乏，能源消費依賴進口，能源供求矛盾十分突出。芬蘭區域集中供熱始于20世紀50年代，目前集中供熱面積約3×108m2。

1.1 燃料和熱源形式

芬蘭政府正致力于實現完全碳中和，并努力兌現《巴黎氣候協定》的承諾。芬蘭每年投入大量資金推動并實現能源領域放棄燃煤使用，削減進口石油使用量，鼓勵利用可再生能源。芬蘭統計局數據顯示，在供熱能源結構中，近10年來生物質燃料的占比成倍增長，碳排放量下降了26%。

芬蘭區域供熱占主導地位，區域供熱熱源約70%為熱電聯供，主要燃料有生物質燃料、泥炭、天然氣、煤。2018年可再生能源占比36%，煤炭占比20%。2020年可再生能源占比43%，煤炭占比11%。獨棟建筑主要采用小型燃油、電供熱鍋爐，一些老式建筑采用壁爐燃用木材供暖，一些獨棟建筑采用以工業余熱、中深層土壤為低溫熱源的熱泵機組供暖。而我國熱源形式主要有燃煤熱電聯供、燃氣熱電聯供、燃煤鍋爐、燃氣鍋爐，燃氣供暖熱水爐、電供熱、可再生能源供熱、工業余熱供熱比例比較小。

1.2 能源模式

在芬蘭，通常由一家運營商負責城市級別的熱源和熱網管理工作，熱源形式包括熱電聯供、鍋爐、熱泵、工業余熱，運營商可根據熱源信用順序、燃料成本和最小化使用化石燃料的原則依次啟動熱源，能夠比較精準地調節熱源的供應量。此外，樓宇熱力站也大幅降低了熱力失調程度。因此，芬蘭供熱系統的熱損失比較低。而在我國，大多數熱電聯供供熱系統的熱源、熱網分別由電廠和熱力公司管理，供熱系統多為單一熱源，因此供熱系統的優化設計和高效運行管理難以保證。由于熱力失調，加之用戶缺乏調控手段，過熱用戶只能通過開窗散熱，形成較大的熱損失。

芬蘭能源模式中包含以下重要因素：生活熱水、多熱源聯網和環狀管網、低回水溫度、最佳水溫、樓宇熱力站和水管理。

① 生活熱水

芬蘭在進行區域供熱的同時還提供生活熱水，供熱熱水、生活熱水由樓宇熱力站統一供應。生活熱水的使用降低了供熱系統的回水溫度，降低了熱網散熱損失，有利于煙氣冷凝熱和其他類型余熱的回收。生活熱水全年運行，管道全年處于熱態，延長了管網使用壽命。

樓宇熱力站工藝流程見圖1。一級管網供水部分進入供暖板式換熱器，加熱二級管網回水后經電動調節閥1進入生活熱水板式換熱器加熱生活熱水回水，然后作為一級管網回水回到熱源。另一部分一級管網供水經電動調節閥2直接進入生活熱水板式換熱器加熱生活熱水回水，然后作為一級管網回水回到熱源。蓄熱水箱低溫水(生活熱水回水)經生活熱水板式換熱器加熱后作為生活熱水供水進入蓄熱水箱。現場控制器以室內溫度、生活熱水供水溫度為控制目標，通過調節電動調節閥1、2的相對開度，使室內溫度、生活熱水供水溫度分別保持在20～22 ℃、55～50 ℃。

圖1 樓宇熱力站工藝流程

② 多熱源聯網和環狀管網

在芬蘭，區域供熱中的熱源可按信用順序操作，并使燃料成本和化石燃料的使用量最小化。熱源可相互備用，1個熱源因任何原因退出，其他熱源可立刻替代。芬蘭熱源的供熱能力至少有20%的富裕量，可比較從容應對用戶熱負荷的增長。熱網互相聯通形成環狀，提高了熱網運行可靠性、事故備用性。

在我國，每座城市有多家熱力公司，每家熱力公司有自己的熱源(或者從電廠躉購熱量)和熱網。熱源能力與用戶需求基本相等，幾乎沒有富裕量，成環管網也比較少，不能實現熱源高效運行、互為保障和合理用能。

③ 低回水溫度

芬蘭逐步降低熱網的回水溫度，有的城市回水溫度為40 ℃。低回水溫度有利于采用新的熱源并以經濟的方式輸送到熱網，如空調系統冷凝熱、鍋爐煙氣余熱、工業過程余熱、熱泵、季節性儲熱，甚至是用戶側太陽能設施富余熱量。

④ 最佳水溫

芬蘭熱網的溫度水平比較低，安裝時采用預熱無補償安裝方式，大幅降低了管道的應力和應力腐蝕，良好的水質減小了管道內腐蝕，進而降低維護成本，提高了管道使用壽命。在芬蘭，供熱管道的期望使用壽命大于50 a，有的管道已經使用了60 a，仍在安全運行，每年僅更換0.5%左右的管網。在我國，服役10 a以上的供熱管道就已經腐蝕嚴重，主要集中在二級管網。

⑤ 樓宇熱力站和水管理

樓宇熱力站對于提高能源效率和居住舒適性具有明顯優勢。傳統區域熱力站同時供應多座建筑，以滿足最不利用戶的需要為目標，易導致部分用戶過熱。樓宇熱力站可以根據單座建筑的用熱特點、供熱需求及時調整運行參數，針對性強、調節靈敏、反應快。

芬蘭對供熱水質非常重視，優良的水質保證了管網長久的使用壽命，同時也減少了管網失水量，失水量約為循環量的0.08%。在我國，供熱水質尤其二級管網水質一直未得到重視，導致二級管網腐蝕嚴重，管網失水量很大，一般為循環量的1%～3%。

1.3 熱費

芬蘭區域供熱熱費由3部分組成：聯網費、基礎費、能源消耗費。聯網費是一次性費用，基礎費和能源消耗費根據每年的物價、能源價格、增值稅等變化。2019年，芬蘭區域供熱平均熱價為81.38 歐元/(MW·h)，其中平均基礎費價格為20.18 歐元/(MW·h)，平均能源消耗費價格為61.2 歐元/(MW·h)，1年中能源消耗費價格處于變化狀態。芬蘭區域供熱熱價是歐洲最低的，但供熱企業仍可平均達到10%以上的利潤率。

2 典型案例

① 芬蘭普蘭諾拉有限公司

普蘭諾拉有限公司成立于1987年，在能源工程咨詢設計領域和能源管理等方面擁有豐富的經驗。業務涉及熱源、管網、能源規劃等，客戶來自俄羅斯、中國及歐洲、東亞等國。

普蘭諾拉有限公司設計了芬蘭約50%區域供熱、供冷系統，并為80%的供熱、供冷系統提供了優化節能咨詢服務。公司自建的云平臺，接入了芬蘭大部分區域供熱、供冷系統，擁有豐富的數據信息。公司設計的赫爾辛基區域供冷、供熱系統榮獲3項國際大獎：2008年歐盟頒發的“區域供熱、制冷和熱電聯供最佳實用技術獎”，2009年國際能源署IEA頒發的“減緩氣候變化優秀解決方案獎”，2011年歐洲熱電(Euroheat&Power)及IEA頒發的“最佳區域制冷系統獎”。

普蘭諾拉有限公司于2018年5月與浙江盾安節能長垣熱力有限公司在長垣合作建立了“中芬第四代供熱技術轉化和試驗示范基地”，在龍首苑住宅區、職專南校區建設了26座樓宇熱力站、小區庭院管網、樓內立管、戶內供暖管道及設施。普蘭諾拉有限公司主要負責樓宇熱力站換熱機組選型、熱力站設計、小區庭院管網設計，并提出施工、調試技術要求等。運行1個供暖期后，經測算，熱指標從0.36 GJ/m2降至0.31 GJ/m2。2019年4月，與河北華熱工程設計有限公司成立了國內首家“中芬供熱技術合作中心”，雙方將在能源領域開展多方面合作，主要包括創建和推進可再生能源和供熱、制冷領域試點項目，推廣普蘭諾拉有限公司在芬蘭能源系統可持續性及可靠運行方面的模式等。普蘭諾拉有限公司自主開發的熱網優化軟件將數據分析、篩選、數據庫及水力計算等融于一體，為能源用戶提供全方位的解決方案。進行水力平衡計算后，可根據供熱大數據，校正管網數字孿生模型，使之與實際運行更吻合，從而使制定的優化方案更加有效。

此外，普蘭諾拉有限公司還為熱力公司提供了一套完整的數據庫軟件，可以把熱力公司的原始資料和數據以及后期進行維修、改造的記錄和現場影視資料記錄并保存，保證了熱力公司資料的完整性，為后期改造、擴容提供準確的原始資料。

② 拉脫維亞里加市熱力公司

拉脫維亞里加市的案例是一個非常成功的應用芬蘭供熱模式的案例，樓宇熱力站在改善熱力失調、減小補水量方面發揮了重要的作用。

里加市區人口71×104人，面積304 km2，熱網長度800 km，供暖樓棟8 100棟，供熱量312×104MW·h/a。為了配合供熱系統升級改造，政府于1996年成立了里加熱力公司。1997年，里加熱力公司為8 100棟供暖樓棟安裝了熱量表，并開始實施樓宇熱力站替代區域熱力站的工作。1997—2001年，建設的樓宇熱力站涉及總供熱量的46%，改造管網135 km，取消了22座低效率的區域鍋爐房，在熱網最遠端建設了調峰鍋爐房，建立了先進的熱網監控系統。截至2014年，完成了樓宇熱力站全部替代區域熱力站工作，管網改造381 km。改造后，管網熱損失下降63.2%，補水量下降93.3%，員工從1 894人減少至634人。

3 結語

芬蘭集中供熱歷史悠久、技術先進、自動化水平高、市場成熟，形成了完整、系統、高效、低碳的能源模式。我國集中供熱近年來發展迅速，雖然供熱技術、供熱設備、自動化水平、人員素質都有了很大提高，但是由于體制、機制、理念等問題，與芬蘭還存在一些差距。多熱源聯網和環狀管網、樓宇熱力站、數據庫建立等方面值得我國借鑒。