供暖話題的熱度越來越高。一是因為供暖是民生問題,國家重視;二是因為供暖排放污染已經成為北方地區,特別是京津冀地區霧霾的主要因素之一,人人關心;三是從可塑性來看,供熱產業未來十年可能培育出“大蛋糕”,業界矚目。
因此,業內人士需要將好事做好,潛心搞研發,用心把握政策方向,避免因短期利益而迷失“方向”,違背了推進清潔供暖事業的初衷。比如“宜氣則氣、宜電則電、宜清潔煤則清潔煤”,本身的原則非常正確,具體工作者需要以實事求是的精神,科學合理地把“宜”字真正貫徹到實處,但是為什么會導致去年的氣荒,其實就是忽略了“宜”字,沒有從實際出發,只是看到了“氣”字。
寶貴的天然氣要用于更為適宜的地方:在城市熱網末端承擔供暖調峰職能。解決北方地區清潔供暖問題有著更好的方式——工業余熱利用,主力軍應該是以火電廠余熱利用為代表的熱電聯產方式。
主流:火電廠余熱供暖
大幅度降低采暖供暖的大氣污染排放,是解決北方地區霧霾問題的關鍵之一。
截至2016年底,我國北方城鎮供暖面積約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%為燃煤熱電聯產供暖,另有20%左右為天然氣或電供暖。在每年還有新增建筑的情況下,清潔熱源存量缺口已有70多億平方米,清潔供暖任務艱巨而急迫。
2017年,國家發改委、國家能源局、國家財政部等十部委共同發布了《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017-2021)》。文件對北方地熱供暖、生物質供暖、太陽能供暖、天然氣供暖、電供暖、工業余熱供暖、清潔燃煤集中供暖、北方重點地區冬季清潔供暖“煤改氣”氣源保障總體方案做出了具體安排。
文件中提到的“工業余熱供暖”值得高度重視,同時要明確,熱電聯產集中供暖是解決北方城鎮清潔供暖的生力軍、主流。在熱電聯產內部,一定是以利用現有的火力發電廠(包括燃煤和燃氣電廠)余熱的熱電聯產為主體,輔助以鋼廠、化工廠等工業的余熱。
但熱電聯產集中供暖,也不能沿襲原有模式在城市邊上新建一堆燃煤電廠,因為現有的火力發電廠資源都吃不飽,年發電才四千多小時,如果再建熱電廠,原來電廠會更閑置,并帶來污染環境、投資浪費等問題。因此,核心問題是要把閑置的火力發電的供暖能力發揮出來,去滿足北方地區城市供暖需求。目前看來,電廠余熱毫無疑問兼具節能環保、經濟安全的優勢。問題是這些巨大的熱量,怎么把它科學合理地挖掘出來,送到城市去?現有技術已經能夠輸送到200千米以外去供暖,并且比天然氣還要便宜。目前在大同、太原、濟南、石家莊都有在運行的項目,太原市應用面積已經超過1億平方米,在建項目有的設計輸送距離超過70公里。
我們正在為北京做供暖方案,一是挖掘本地余熱,二是從京外引進余熱,僅一個冬天就可為北京節約天然氣40億方,而北京一年的天然氣消耗量在160億方左右。隨著供暖范圍擴大,這樣的對比和反差會更明顯。
以《規劃》中“2+26”城市共50億平米建筑面積的清潔供暖為例,原規劃針對城市37.5億平米提出:“煤改氣”規劃為60%,“煤改電”規劃為15%,清潔燃煤20%,這就需要天然氣供暖30.4億平米,電采暖7.6億平米,燃煤供暖10億平米,其余2億平米由地熱、工業余熱、生物質能和太陽能提供。
“2+26”城市人口密度較高,農村分布較為均勻,區內電力和工業發達,工業余熱量大,分布廣泛。如果采用更為合理的規劃,能效利用能夠更充分,極大解決供暖季的氣荒問題。對于“2+26”城市50億平米的供暖需求,有41億平米(其中農村6億平米)采用區域供暖,其中,電廠余熱25億平米,工業余熱3億平米,燃煤熱電聯產5億平米,天然氣調峰8億平米(20%燃氣調峰)。初步估算,這一方案比原來的十部委清潔取暖規劃方案運行成本減少72%,減少大氣污染排放78%,減少天然氣用量320億立方米。
方向:大溫差+長距離
在供暖模式的選擇上,世界上多數國家都是采用分散供暖,少數國家如俄羅斯、北歐等國采用集中供暖。丹麥、挪威等國在區域供暖方面較為領先,主要是體現在精細化管理方面,在技術上中國和國外已沒有太大差距。
目前北歐地區第四代供暖技術是低溫供水和低溫回水,因為他們供暖規模較小,輸送距離較短,所以不用考慮太大的供回水溫差。而我國的城鎮結構遠非如此,之前熱電廠都建在城市附近,隨著城鎮化進程的加快,城市取暖需求擴大,越來越嚴格的環保要求使得熱電廠現在都遠離城市,火電廠的熱源與熱負荷的空間分布并不匹配。
將大溫差供暖與長距離熱力管網相結合,形成大溫差長距離輸送火電廠余熱的集中供暖新模式,可以在很大程度上解決這種熱源與熱負荷空間分布不匹配的矛盾,從而滿足城市密集區取暖需求和環保要求,同時相比常規熱電聯產,大溫差長輸供暖通過深度回收余熱可節能30%~50%。而實現其經濟性輸送的關鍵在于供回水溫差,供回水溫差越大,長途管線能輸送更多的熱量,單位熱量的投資折舊成本也就更低。
大溫差供暖是我國自主知識產權的一種技術。目前一般熱網的實際供水溫度在110~130攝氏度之間,回水溫度約為60攝氏度;而大溫差技術可以做到回水溫度在20攝氏度左右。這一變化帶來的提升是明顯的:將熱網供回水溫度由傳統的120/60攝氏度變為120/20攝氏度后,熱網的供回水溫差增大,可以提高長輸供暖管線的輸送能力70%以上。同時,由于回水溫度大幅度降低,電廠余熱或其他工業余熱的回收也變得更加高效和經濟。大溫差技術使供回水溫差高達100攝氏度以上,配合較大的管徑,管道溫降差值也明顯降低。根據某項目反饋的結果,40千米的供暖管網,管網熱損對溫度的降低影響僅1~2攝氏度。
在經濟性上,我們也做過計算,雖然長距離輸送技術在管道上的投資增加了,但在一定距離內總體成本與大型燃煤鍋爐供暖相當,是天然氣供暖成本的一半。以此為基礎,可以把燃煤電廠余熱作為主要熱源,同時配置分布式的天然氣調峰熱源作為靈活性補充。條件允許的話,甚至可以通過建設超大規模供暖網,實現城市熱網之間的互聯。
利用京郊燕山石化的余熱可滿足北京當地超2000萬平方米供暖需求。隨著大溫差、遠距離供暖技術得到應用,相比于天然氣鍋爐供暖而言,余熱供暖的經濟半徑可達200千米以上。在北京300千米半徑內,僅現有電廠供暖潛力就達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暖的模式,不僅減少污染排放,還可減少能耗50%、降低供暖成本1/3。
在此基礎上,我們還設想了一種以供暖、天然氣和電力為核心的京津冀清潔供暖一體化模式。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暖、天然氣和電力資源,繼而進一步實現能源一體化,推動供暖、天然氣、可再生能源及電力的協同發展、協同運行。
總體而言,基于火電廠余熱利用的熱電聯產集中取暖方式目前在技術上已漸趨成熟,瓶頸問題主要是熱量的結算方式,政策和機制的進一步完善。
清潔供暖是全民關心的話題,“宜氣則氣,宜電則電”原則已定,關鍵是把握“宜”的尺度。在我看來,作為一個“少氣”國家,天然氣要用在更寶貴的地方,工業余熱應發揮它更大的作用,火電廠余熱供暖大有作為。
責任編輯: 中國能源網