浅析西藏自治区昌都县集中供热方式的选择
2015-01-13王刚
王刚
摘 要：如何解决西藏高海拔地区的昌都县的集中供热问题，应从维持西藏生态环境、节约能源之间寻求一个很好的平衡点，该文从能源结构特点、地形地势条件、投资及运行成本等方面对煤炭、电能、太阳能及风能集中供热方式进行了对比，建议集中燃煤锅炉房作为昌都县集中供热的主要方式。
关键词：西藏 严寒地区 能源结构 供热方式
中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（a）-0073-03
西藏自治区昌都县地处东经96°7-97°9′，北纬30°6′-32°30′，位于西藏自治区东部，昌都地区的中北部。从气象条件来看，昌都县日平均温度小于或等于-5 ℃的天数达到了148 d，根据《民用建筑热工设计规范》（GB50176-1993）[1]中建筑热工设计分区的规定属于严寒地区，理应在冬季设置采暖设施，但长期以来受经济发展水平、能源运输条件和气候特殊性等因素的影响，昌都县的供暖问题一直没有得到有效解决，除个别宾馆、企事业单位、部队采用电锅炉取暖外，其余大部分建筑主要为小型采暖设施进行供热或尚无采暖设施。确定合理的供热方式就是在保证人民居住、工作环境的需要和维持西藏生态环境、节约能源之间寻求一个很好的平衡点。这就需要从昌都地区的能源结构特点、地形地势条件、投资及运行成本等方面对对常规能源利用的几种典型形式进行综合比较，选择其中适合昌都县实情的集中供热方式。
1 气象资料
见表1。
2 能源结构
有别于西藏其他地区的能源特点是，昌都地区有着丰富的煤炭资源，根据昌都地区国土局提供的资料，截止2013年2月，地区已探明的煤炭资源总储量为8492万吨。另外电能、太阳能、风能及地热能均有可作为集中供热的能源选择。
2.1 煤炭
根据昌都地区国土局矿管科提供的资料得知昌都地区已知的煤矿有12处，根据煤炭资源整合方案要求，12处煤矿达产后的年产量将达到60万 t/年。马查拉煤矿及妥坝煤矿距离昌都地区的距离分别为110 km及13 km，整合后年产量将达到10 t及15万 t，采用汽车运输。由以上数据可知昌都地区煤矿的煤质、产量及运输距离均可满足本项目的需求，燃煤可作为本项目的能源选择。
2.2 电能
根据昌都电力公司提供的资料，截至目前为止昌都地区的电源装机仅为71.2 MW，其中沙贡水电站（装机3.2 MW）已经不具备发电条件，故实际电源装机为68 MW。目前在建的果多水电站装机为160 MW，根据目前的工程进度安排，预计2015年投产，届时昌都地区电源总装机容量将达到231.2 MW（表2）。
目前昌都地区总用电负荷为59.4 MW，随着江达玉龙铜矿、红狮水泥厂、类乌齐磷镁矿等工矿企业的电力需求增加，以及果多水电站、怒江水电开发、澜沧江水电开发、怒江支流玉曲河阶梯电站等施工用电的电力需求，预计2015年昌都地区全网总用电负荷为183.3 MW。昌都地区的电厂均为水电，存在“丰余枯缺”的结构性矛盾，且调节性能差。仅以果多水电站为例，丰水期的发电量为160 MW，但枯水期的发电量初步估计仅为40 MW左右，由此可推算出枯水期最大电力缺口比例约为40%。若不考虑与外区大网联接，仅靠昌都地区的电源建设将无法满足昌都地区的供电需求。根据《西藏电力有限公司“十二五”主网架规划》可知，昌都境内怒江上游支流玉曲河阶梯共规划7级电站，总装机容量1984 MW。建成后电力将经四川电网外送，该阶梯电站中最近的距离昌都城区400 km左右。项目建成后将由玉曲河电站向昌都电网供电，并由此将昌都电网联入四川电网。与四川电网联网后可解决“丰余枯缺”的结构性矛盾，为昌都地区经济发展提供稳定可靠地用电保障。但根据目前的工程进展情况，玉曲河阶梯电站最早也要在“十三五”初期投产。并且即使玉曲河电站投产，并且昌都电网与四川电网联网，也仅是解决了电源的问题。目前昌都地区的电网同样存在规模及覆盖面较小的问题，电网也存在供电的“瓶颈”。若昌都地区全部采用电采暖，需为本项目增设专网及专用变电站，投资巨大。
2.3 太阳能
太阳能是一种巨大、清洁、便宜的能源，是人类生存的地球上可再生能源的源泉，是极具开发价值的能源。太阳能有着巨大的辐射能量，地球每年接收的太阳辐射能量估算有60亿KW。研究和发展太阳能的利用是未来人类生存和发展之必要，尤其是对住宅采暖、供给热水有着广阔前景，把太阳能作为替代矿物燃料是可持续发展的首要战略目标（表3，图1，图2）。
昌都县日照率73%，年日照时数为2852.6～2881.7 h，具有日照时间长、日照率高、太阳的辐射力强等特点，属于太阳能中等地区。但太阳能储存比较困难，如遇阴天或降雨雪天气则无法正常工作，无法作为集中供热的主要能源供给，可与其他能源互为补充。
2.4 风能
昌都地区处于较封闭的河谷中，年平均风速仅为3.2 m/s，为全区最小。按全国风能资源区划标准，昌都地区属于风能资源可利用区，风功率密度为56-75 W/m2。如采用单一的风力发电形式。电能质量、可靠性和稳定性难以保证，开展风、光互补发电。可补充部分时段风能不足，克服太阳能发电造价高的缺点。同时发电质量、可靠性和稳定性会更高。
3 供热方案
3.1 利用煤炭作为能源的方案
（1）集中燃煤锅炉房方案、采用燃煤集中供热是现阶段能源结构下多数供热采用的形式，是成熟技术。系统运行成本比电采暖及燃气采暖均低低，当采用先进的除尘脱硫设备后，其污染物排放可大幅度的降低，完全可满足国家环保要求。该方式能否实施的关键在于燃煤的供应量及煤质是否能保证。
（2）热电联产方案。对于昌都地区，主要需求为居民采暖热负荷，并无工业用汽需求，根据“以热定电”的原则，热电联产机组只于采暖期内启动，夏季若仅发电不供热则煤耗较高，产电成本远高于水电。从政策方面看支持度不高，从经济角度看，由于年运行时间少，单位供暖面积能耗高，从而增加了项目运行费用，影响了项目经济效益。根据昌都电力公司提供的资料，昌都地区水电资源丰富，随着果多电站、玉曲河阶梯电站在“十二五”及“十三五”期间陆续投产，电力资源将极大丰富，与水电相比，火电运行成本高且对环境有一定程度的污染。与燃煤锅炉房方案比，虽然热电联产方案运行费用稍低，但占地面积大，工程直接费要高约3.8亿元。供热系统复杂程度高、运行管理难度大，而年运行小时数少，面临投资回收压力非常大。本供热方案基于区域内规划热负荷进行。根据国家相关规定，热电厂的建设进度可分期实施。但是在地区内建设水平和发展速度不明确的时期段内，将出现机组低负荷运行工况，导致热电联产的经济效益无法发挥，也无法体现热电联产的节能效益，造成供热资源和能源的浪费。目前西藏自治区实施热电联产用于供热面临系列问题，如与电网的连接、建设实施工期长等，而建设区域集中供热锅炉房工期相对短，可解决近期居民采暖的首要需求。endprint
3.2 利用电能作为能源的方案
电采暖不会排出如二氧化硫、二氧化碳等有害气体，无黑烟、灰尘，没有废物需要处理，无噪声、无污染，从环境保护角度来看是最优选择。但电采暖运行费用远高于燃煤方案及热电联产方案，比同样使用清洁能源的燃气锅炉方案还要高。尽管电采暖方式初投资低，但为满足电采暖需求需要对现状电网，初步估算仅电力部分的投资就约10亿元。如此比较综合成本，电采暖的初投资与燃煤锅炉房持平。昌都的电力供应估计在“十二五”末期至十三五初期才会充足，无法满足近期的供热需求。电锅炉设计使用寿命是10～15年，而实际上使用寿命只有8～10年，与燃煤锅炉15～20年的使用寿命比少很多。
3.3 利用太阳能能作为能源的方案
利用太阳能辐射采暖的方式可分为直接利用和间接利用两种。直接利用又分为被动式太阳能采暖和主动式太阳能采暖。间接利用是通过热泵将低位热能进行有效的利用。被动式太阳能采暖的特点是不需要专门的太阳能集热器、热交换器、水泵（风机）等主动式太阳能采暖系统所必须的设备，而是通过建筑的朝向和周围环境的合理布置、内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使建筑物在冬季能充分收集、存贮和分配太阳能辐射热，因而达到采暖的效果（图3）。
主动式采暖系统由太阳能集热器、供热管道、散热设备、贮热设备和辅助热源等组成的供热系统或热驱动型制冷机所组成的制冷空调系统的建筑（图4）。
这种太阳能采暖系统有两个突出的特点。其一是需要比较大面积的集热器，在一般情况下，当太阳能利用率在60%左右时，集热器面积要占地板面积的50%或者更大一些。其二是太阳能有它的断续性，受到昼夜、气候和季节的影响，它不能成为连续、稳定的独立能源。为了满足连续供暖的要求，系统中必须有一贮热设备。设计贮热器时，其容量通常按可维持2～3 d能量来计算。主动式系统的优点式可以使室内保持稳定的、舒适的温度。缺点是需要较多设备，费用较大。由于系统中有风机、泵、管道等，维护费用也较多。大部分的太阳能采暖前期投资较大，回收期长。按目前的太阳能配比及保证率的设计条件，单一形式的太阳能采暖工程增量投资在250～400元/建筑平方米（根据建筑面积的不同而异）。相对于用户讲，初期投资费用高于其他常规供暖设施，与后期可节约费用相比并不够理想。太阳能采暖的适用范围相对较小。由于太阳能采暖所需的集热面积相比远大于太阳能热水系统，对安装位置（建筑屋面等）要求较大。在集热器配比情况下，高于3层（不含）以上的建筑，其屋面已不能满足全部太阳能集热器的安装条件，太阳能采暖系统对于高层建筑存在安装建设条件不足的缺陷。而昌都县城不同与西藏其他地区，受到地形限制（整个昌都县城被昂曲河、扎曲河及澜沧江分割为很多个坝区，可用于基建建设的用地少），建筑密度比较大，多为4-6层的多层建筑，这在一定程度上限制了太阳能在昌都县城的应用。
3.4 利用风能作为能源的方案
由于风的随机性，风电不能调度，因而它也不可能替代常规装机容量以满足负荷要求。风电产生的电量可以替代煤电产生的电量，以便减少污染气体排放。
4 各供热方式经济技术指标
见表4。
5 结语
昌都地区由于其独特的气候特点、建筑特征和能源结构，其供暖方式不能盲目套用北方地区城市集中供暖的方式，而应在保证人员舒适性需求和维持西藏生 态环境的前提下，寻求一条适应当地特色的可持续发展道路。本文根据昌都自身的能源特点和热负荷特性，得出昌都县集中供热方式的选用原则：（1）已集中燃煤锅炉房作为昌都县集中供热的主要方式；（2）西藏是我国和东亚、东南亚的“江河源”和“生态源”，是亚洲乃至北半球气候变化的“感应器”和“敏感区”，是世界上独特的生态环境地域单元。西藏高原生态安全是国家生态安全的重要组成部分，西藏是我国乃至亚洲地区重要的生态安全屏障。生态环境是我区长远发展的重要基础和根本载体，生态环境保护与建设事关子孙后代，事关跨越式发展和长治久安，事关社会和谐稳定，事关我国的国土安全和国际关系，事关中华民族大家庭的共同团结奋斗和共同繁荣发展。故燃煤锅炉房的尾部烟气处理严格按照国家标准执行。（3）电能、太阳能和风能作为集中供热的辅助措施，主要考虑在集中供热管网敷设有困难的局部地区（如地势坡度变化大、热用户面积小且比较分散及文物古迹等情况）采用。
参考文献
[1] GB50176-1993.民用建筑热工设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.
[2] GB50736-2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].中国建筑工业出版社.
[3] DB54/0015-2007.民用建筑采暖设计标准[S].中国标准出版社，2008.
[4] 中国可再生能源发展战略研究丛书——太阳能卷[R].中国电力出版社，2008.
[5] 中国气象局风能太阳能资源中心[OL].
[6] 熊安华.太阳能低温热水采暖系统在拉萨地区的应用研究[D].上海交通大学，2008.endprint
3.2 利用电能作为能源的方案
电采暖不会排出如二氧化硫、二氧化碳等有害气体，无黑烟、灰尘，没有废物需要处理，无噪声、无污染，从环境保护角度来看是最优选择。但电采暖运行费用远高于燃煤方案及热电联产方案，比同样使用清洁能源的燃气锅炉方案还要高。尽管电采暖方式初投资低，但为满足电采暖需求需要对现状电网，初步估算仅电力部分的投资就约10亿元。如此比较综合成本，电采暖的初投资与燃煤锅炉房持平。昌都的电力供应估计在“十二五”末期至十三五初期才会充足，无法满足近期的供热需求。电锅炉设计使用寿命是10～15年，而实际上使用寿命只有8～10年，与燃煤锅炉15～20年的使用寿命比少很多。
3.3 利用太阳能能作为能源的方案
利用太阳能辐射采暖的方式可分为直接利用和间接利用两种。直接利用又分为被动式太阳能采暖和主动式太阳能采暖。间接利用是通过热泵将低位热能进行有效的利用。被动式太阳能采暖的特点是不需要专门的太阳能集热器、热交换器、水泵（风机）等主动式太阳能采暖系统所必须的设备，而是通过建筑的朝向和周围环境的合理布置、内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使建筑物在冬季能充分收集、存贮和分配太阳能辐射热，因而达到采暖的效果（图3）。
主动式采暖系统由太阳能集热器、供热管道、散热设备、贮热设备和辅助热源等组成的供热系统或热驱动型制冷机所组成的制冷空调系统的建筑（图4）。
这种太阳能采暖系统有两个突出的特点。其一是需要比较大面积的集热器，在一般情况下，当太阳能利用率在60%左右时，集热器面积要占地板面积的50%或者更大一些。其二是太阳能有它的断续性，受到昼夜、气候和季节的影响，它不能成为连续、稳定的独立能源。为了满足连续供暖的要求，系统中必须有一贮热设备。设计贮热器时，其容量通常按可维持2～3 d能量来计算。主动式系统的优点式可以使室内保持稳定的、舒适的温度。缺点是需要较多设备，费用较大。由于系统中有风机、泵、管道等，维护费用也较多。大部分的太阳能采暖前期投资较大，回收期长。按目前的太阳能配比及保证率的设计条件，单一形式的太阳能采暖工程增量投资在250～400元/建筑平方米（根据建筑面积的不同而异）。相对于用户讲，初期投资费用高于其他常规供暖设施，与后期可节约费用相比并不够理想。太阳能采暖的适用范围相对较小。由于太阳能采暖所需的集热面积相比远大于太阳能热水系统，对安装位置（建筑屋面等）要求较大。在集热器配比情况下，高于3层（不含）以上的建筑，其屋面已不能满足全部太阳能集热器的安装条件，太阳能采暖系统对于高层建筑存在安装建设条件不足的缺陷。而昌都县城不同与西藏其他地区，受到地形限制（整个昌都县城被昂曲河、扎曲河及澜沧江分割为很多个坝区，可用于基建建设的用地少），建筑密度比较大，多为4-6层的多层建筑，这在一定程度上限制了太阳能在昌都县城的应用。
3.4 利用风能作为能源的方案
由于风的随机性，风电不能调度，因而它也不可能替代常规装机容量以满足负荷要求。风电产生的电量可以替代煤电产生的电量，以便减少污染气体排放。
4 各供热方式经济技术指标
见表4。
5 结语
昌都地区由于其独特的气候特点、建筑特征和能源结构，其供暖方式不能盲目套用北方地区城市集中供暖的方式，而应在保证人员舒适性需求和维持西藏生 态环境的前提下，寻求一条适应当地特色的可持续发展道路。本文根据昌都自身的能源特点和热负荷特性，得出昌都县集中供热方式的选用原则：（1）已集中燃煤锅炉房作为昌都县集中供热的主要方式；（2）西藏是我国和东亚、东南亚的“江河源”和“生态源”，是亚洲乃至北半球气候变化的“感应器”和“敏感区”，是世界上独特的生态环境地域单元。西藏高原生态安全是国家生态安全的重要组成部分，西藏是我国乃至亚洲地区重要的生态安全屏障。生态环境是我区长远发展的重要基础和根本载体，生态环境保护与建设事关子孙后代，事关跨越式发展和长治久安，事关社会和谐稳定，事关我国的国土安全和国际关系，事关中华民族大家庭的共同团结奋斗和共同繁荣发展。故燃煤锅炉房的尾部烟气处理严格按照国家标准执行。（3）电能、太阳能和风能作为集中供热的辅助措施，主要考虑在集中供热管网敷设有困难的局部地区（如地势坡度变化大、热用户面积小且比较分散及文物古迹等情况）采用。
参考文献
[1] GB50176-1993.民用建筑热工设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.
[2] GB50736-2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].中国建筑工业出版社.
[3] DB54/0015-2007.民用建筑采暖设计标准[S].中国标准出版社，2008.
[4] 中国可再生能源发展战略研究丛书——太阳能卷[R].中国电力出版社，2008.
[5] 中国气象局风能太阳能资源中心[OL].
[6] 熊安华.太阳能低温热水采暖系统在拉萨地区的应用研究[D].上海交通大学，2008.endprint
3.2 利用电能作为能源的方案
电采暖不会排出如二氧化硫、二氧化碳等有害气体，无黑烟、灰尘，没有废物需要处理，无噪声、无污染，从环境保护角度来看是最优选择。但电采暖运行费用远高于燃煤方案及热电联产方案，比同样使用清洁能源的燃气锅炉方案还要高。尽管电采暖方式初投资低，但为满足电采暖需求需要对现状电网，初步估算仅电力部分的投资就约10亿元。如此比较综合成本，电采暖的初投资与燃煤锅炉房持平。昌都的电力供应估计在“十二五”末期至十三五初期才会充足，无法满足近期的供热需求。电锅炉设计使用寿命是10～15年，而实际上使用寿命只有8～10年，与燃煤锅炉15～20年的使用寿命比少很多。
3.3 利用太阳能能作为能源的方案
利用太阳能辐射采暖的方式可分为直接利用和间接利用两种。直接利用又分为被动式太阳能采暖和主动式太阳能采暖。间接利用是通过热泵将低位热能进行有效的利用。被动式太阳能采暖的特点是不需要专门的太阳能集热器、热交换器、水泵（风机）等主动式太阳能采暖系统所必须的设备，而是通过建筑的朝向和周围环境的合理布置、内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使建筑物在冬季能充分收集、存贮和分配太阳能辐射热，因而达到采暖的效果（图3）。
主动式采暖系统由太阳能集热器、供热管道、散热设备、贮热设备和辅助热源等组成的供热系统或热驱动型制冷机所组成的制冷空调系统的建筑（图4）。
这种太阳能采暖系统有两个突出的特点。其一是需要比较大面积的集热器，在一般情况下，当太阳能利用率在60%左右时，集热器面积要占地板面积的50%或者更大一些。其二是太阳能有它的断续性，受到昼夜、气候和季节的影响，它不能成为连续、稳定的独立能源。为了满足连续供暖的要求，系统中必须有一贮热设备。设计贮热器时，其容量通常按可维持2～3 d能量来计算。主动式系统的优点式可以使室内保持稳定的、舒适的温度。缺点是需要较多设备，费用较大。由于系统中有风机、泵、管道等，维护费用也较多。大部分的太阳能采暖前期投资较大，回收期长。按目前的太阳能配比及保证率的设计条件，单一形式的太阳能采暖工程增量投资在250～400元/建筑平方米（根据建筑面积的不同而异）。相对于用户讲，初期投资费用高于其他常规供暖设施，与后期可节约费用相比并不够理想。太阳能采暖的适用范围相对较小。由于太阳能采暖所需的集热面积相比远大于太阳能热水系统，对安装位置（建筑屋面等）要求较大。在集热器配比情况下，高于3层（不含）以上的建筑，其屋面已不能满足全部太阳能集热器的安装条件，太阳能采暖系统对于高层建筑存在安装建设条件不足的缺陷。而昌都县城不同与西藏其他地区，受到地形限制（整个昌都县城被昂曲河、扎曲河及澜沧江分割为很多个坝区，可用于基建建设的用地少），建筑密度比较大，多为4-6层的多层建筑，这在一定程度上限制了太阳能在昌都县城的应用。
3.4 利用风能作为能源的方案
由于风的随机性，风电不能调度，因而它也不可能替代常规装机容量以满足负荷要求。风电产生的电量可以替代煤电产生的电量，以便减少污染气体排放。
4 各供热方式经济技术指标
见表4。
5 结语
昌都地区由于其独特的气候特点、建筑特征和能源结构，其供暖方式不能盲目套用北方地区城市集中供暖的方式，而应在保证人员舒适性需求和维持西藏生 态环境的前提下，寻求一条适应当地特色的可持续发展道路。本文根据昌都自身的能源特点和热负荷特性，得出昌都县集中供热方式的选用原则：（1）已集中燃煤锅炉房作为昌都县集中供热的主要方式；（2）西藏是我国和东亚、东南亚的“江河源”和“生态源”，是亚洲乃至北半球气候变化的“感应器”和“敏感区”，是世界上独特的生态环境地域单元。西藏高原生态安全是国家生态安全的重要组成部分，西藏是我国乃至亚洲地区重要的生态安全屏障。生态环境是我区长远发展的重要基础和根本载体，生态环境保护与建设事关子孙后代，事关跨越式发展和长治久安，事关社会和谐稳定，事关我国的国土安全和国际关系，事关中华民族大家庭的共同团结奋斗和共同繁荣发展。故燃煤锅炉房的尾部烟气处理严格按照国家标准执行。（3）电能、太阳能和风能作为集中供热的辅助措施，主要考虑在集中供热管网敷设有困难的局部地区（如地势坡度变化大、热用户面积小且比较分散及文物古迹等情况）采用。
参考文献
[1] GB50176-1993.民用建筑热工设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.
[2] GB50736-2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].中国建筑工业出版社.
[3] DB54/0015-2007.民用建筑采暖设计标准[S].中国标准出版社，2008.
[4] 中国可再生能源发展战略研究丛书——太阳能卷[R].中国电力出版社，2008.
[5] 中国气象局风能太阳能资源中心[OL].
[6] 熊安华.太阳能低温热水采暖系统在拉萨地区的应用研究[D].上海交通大学，2008.endprint
