浅议清洁能源供热

韩建明+卫波

摘 要：随着城市的快速发展，城镇供热对热量的需求呈爆发性增长，而另一方面，随着环境治理不断深入，对集中供热排放要求越来越严格，大量燃煤锅炉的取缔，新的燃煤采暖项目受到严格管控，使城市发展和采暖热源建设形成较大矛盾，热源问题已成为城市供热发展的瓶颈。为破解城市发展难题，政府下大力量积极推广清洁能源供热，唐山市热力总公司近年来一直致力于清洁能源供热项目的开发与利用，在运行、管理上摸索到一些经验，在此与各位同行共同分享。

关键词：清洁能源；供热；热电联产；冲渣水；冷却水；中水

中图分类号：TU995 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）22-0179-02

1 概述

城市供热担当着重要的社会责任，是重要的民生问题，所以供热稳定、效果良好是城市集中供热需首先考虑的问题。近年来，随着环境治理力度的持续加大，对城市供热的环保要求越来越高，利用清洁能源进行城市供热已成为全国供热行业发展的共识。唐山市作为重工业城市，热电联产、工业余热等清洁能源资源丰富，有较好的清洁能源供热基础。唐山市热力总公司在清洁能源利用上统筹考虑，制定城市供热发展“双轮驱动”发展战略，即以热电联产集中供热为主，以工业、中水等其他清洁能源供热为补充，共同担起城市供热发展重任。在供热方案上，根据各种能源不同的特点做出充分的考量，在从热源的水温、水质、生产工艺，以及供热区域内建筑物的保温性能、采暖方式等方面进行考虑的同时，还将热源因设备检修、停电等因素可能造成的停热进行了充分的考虑，并通过管网建设将各热源相互连通，达到互通互备，供热运行依靠自主研发的热网智能控制系统科学调度，全力保障供热安全。通过多年供热实践表明，各类清洁能源供热技术成熟、运行稳定，供热效果良好，得到广大用户的认可，也完全可以满足城市供热需求。

2 热源种类及适用范围

清洁能源供热形式主要包括电厂热电联产、燃气锅炉、高炉冲渣水余热、电蓄热锅炉、电热泵类项目，其中电热泵类项目又分为企业冷却水和中水供热项目。

2.1 热电联产供热项目

热电联产是指发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机做过功的蒸汽对用户供热的生产方式。是我国北方地区当前最主要的集中供热形式，在我国供热市场占据着主导地位。唐山市作为重工业城市，热电厂资源较为丰富，现有河北大唐国际唐山热电公司（市区电厂）、大唐国际陡河热电厂（陡河电厂）、大唐丰润热电公司（丰润电厂）、华润热电公司（西郊三期电厂）等四家发电企业，供热能力5000余万平米。我公司供热规划中将热电联产热源作为我市基础热源充分利用，以四座电厂为基点建设供热环网供热体系，极大地提高了城市供热稳定性和安全性。

优点：

（1）热电联产技术成熟，管理先进，使得热量输出稳定、连续，保证了供热区域内供热工作的稳定、安全。

（2）热电企业均设有脱硫、脱销等环保设备，执行最严格的环保标准，环境友好。

（3）适用范围广，出水温度可高达130℃，可满足各类热用户的用热需求。

（4）制热成本低，经济效益良好。

局限性：

（1）由于热电厂基本位于城区边缘，距用热负荷集中区域距离较远，所以需远距离建设输配管线，管线中途可能穿越铁路、公路、河流等障碍，施工难度大，投资大。

（2）由于输配距离远，中途可能需设置一座或多座中继泵站才能满足输配要求，增加运行费用。

（3）由于输配距离远，中途热损失较大。

（4）热电厂机组功率大，单机供热面积多达500万平米以上，一旦设备出现故障，受影响供热面积巨大，进而引发社会问题。

2.2 高炉冲渣水余热

钢厂高炉冲渣水是高炉炼铁产生的一种副产品，具有温度较高（可达70℃以上）、水温受生产工艺影响波动较大、水质差、杂质多的特点，利用其热量需要专用的换热器。为满足城市建筑的供热需求，我公司采用与电厂集中供热系统串联联网运行的方式，用冲渣水经专用换热器直接加热集中供热热网的回水，从而既保证了冲渣水热量被充分吸收，又保证了集中供热的品质，进而可满足各类保温性能和采暖方式的建筑采暖。

优点：

（1）属工业废热，节能减排效果显著。

（2）项目整体经济性较好，钢厂可获得一定热费收益，供热单位购热价格较为低廉，易于形成双赢。

局限性：

（1）受市场环境影响，钢铁企业去产能压力较大，市场竞争激烈，易造成钢铁企业生产不稳定，进而影响热能输出。

（2）冲渣水温度不稳定，如单独进行区域供热，一般需设置辅助热源。

（3）钢铁企业厂区内管线、设施密布，铁路、公路纵横，厂区内施工较为困难。

2.3 天然气供热

天然气作为优质的能源在供热项目中得到了较为普遍的应用，燃气锅炉适用范围广、效率高、温度调节简便、占地面积小、不产生废渣，能满足任何类型热用户的供热需求。

优点：

（1）初投资低，占地少，建设周期短，供热效率高。

（2）启动灵活、升温迅速，供热稳定，调节方便，锅炉操作简便，维护费用低廉。

局限性：经济性较差，燃气属高端能源，价格较高，造成制热成本较高。

2.4 蓄热式电锅炉

电供热的一种方式，充分利用供电峰、谷时段电价差来改善供热经济效益。利用谷电时段加热蓄热体，蓄积热量可满足热用户全天的供熱需求。在风电资源丰富或峰、谷电使用量差距较大区域有较多应用。

优点：

（1）供热品质高，可满足任何热用户供热需求，供热稳定，维护简单，维保费用低廉。

（2）环保效益好，无任何污染物排放，运行无噪音。

（3）用电低谷期蓄电，弥补峰谷电量差值，有利于电网调度运行。

局限性：

（1）占地面积大，初投资大。

（2）所需电力负荷太大，电容量城市内难以申请。

2.5 企业冷却水供热

企业冷却水来自企业自备电厂、制氧车间，水温约为25℃，水质清洁，水温稳定。我公司利用电热泵提取其中热量进行区域供热，二次供水温度可达50℃，能够满足采暖设施为地板风机盘管供热的热用户，或采暖设施为散热器的三步节能住宅的供热需求。

优点：经济性较好。因源侧水温较高，水质清洁，使热泵能效比可达5以上，有效的降低了制热成本。

局限性：

（1）需供热区域有稳定低温能源，如工业冷却水、中水等。因热泵出水温度较低（以不牺牲热泵COP为前提），所以供热对象只适用于节能建筑，最好是地板采暖方式。

（2）因热泵电功率较大，所以项目所需电容量大，用电负荷申请存在一定困难。

（3）热泵站占地面积较大，需在小区规划时提前预留位

置；热泵运行有一定噪音，机房需进行防噪处理。热泵及高压配电系统的维护、保养技术含量较高，需专业人员组织实施，费用较高。

2.6 中水供热

城市污水厂生产的中水水温较低，严寒期约为11℃-13℃左右，杂质较多，水质一般。我公司利用电热泵提取其中热量进行区域供热，二次水温约为45℃，可满足采暖设施为地板供热的用户供热需求。

优点：相对于天然气及纯电供热而言，有一定成本优势。

局限性：

（1）因热泵出水温度较低（以不牺牲热泵COP为前提），所以供热对象只适用于室内供热设施为风机盘管、地板采暖的热用户。

（2）因热泵电功率较大，所以项目所需电容量大，用电负荷申请存在一定困难。

（3）热泵站占地面积较大，需在小区规划时提前预留位置；因污水处理厂夜间中水产量偏低，所以较大供热项目要建有蓄水装置，增加了占地和投资；热泵运行有一定噪音，机房需进行防噪处理。

（4）热泵及高压配电系统的维护、保养技术含量较高，需专业人员组织实施，费用较高。

3 经济分析

3.1 制热站面积：按制热能力计算，每MW所需机房面积

（1）燃气锅炉：约15平米/MW。

（2）冲渣水余热：约20平米/MW。

（3）蓄热式电锅炉：约60平米/MW。

（4）企业冷却水：约20平米/MW。

（5）中水供热：约25平米/MW。

3.2 站内设备投资：元/MW（不含机房土建费用）

（1）燃气锅炉：约30-40万元/MW。

（2）冲渣水余热：约35-45万元/MW。

（3）企业冷却水类：约55-65万元/MW。

（4）中水供热：约90-100万元/MW。

（5）蓄热式电锅炉：约160-180万元/MW。

3.3 制热能源成本：

（1）热电联产：29.7元/GJ（向电厂购热价格）。

（2）燃气锅炉：约100元/GJ（按燃气3.15元/立方米计算）

（3）冲渣水余热：约20元/GJ（向钢厂购热价格）。

（4）企业冷却水：约44元/GJ（按电价0.52元/kWH，冷却水使用费0.3元/吨）。

（5）中水供熱：约50元/GJ（按电价0.52元/kWH，中水使用费0.3元/吨）。

（6）蓄热式电锅炉：约97元/GJ（谷电价0.34元/kWH）。

4 结论及建议

（1）清洁能源供热稳定、环保，能够满足城市供热需求，有效提升广大热用户的生活幸福指数，符合产业发展方向，得到国家政策的鼓励和支持，应大力发展。

（2）城市供热中，如条件允许，应以热电联产供热方式为主体，其他清洁能源供热为补充，各热源互通互备，联网运行。

（3）供热范围内，有工业余热、中水等低品位资源的应优先利用。供热规划时提前划出低品位热源供热专属区域，区域内建筑采暖设施设计要按照特有参数进行；因此类供热方式具有机房占地面积大、运行噪音大等特点，所以在新建小区内应提前考虑机房、蓄水池等供热设施位置，保证区域内供热效果。

（4）天然气、电蓄热等供热方式既可作为区域热源使用，也可作为城市调峰热源使用。特别是存在弃风电或谷电价格优惠政策区域，应优先发展电蓄热供热方式。

（5）城市供热中，为确保供热安全，要有一定数量的热源能力储备，以便从容应对突发事件。热源储备即可是分散储备，也可是集中储备。

（6）积极破解发展过程中的问题。清洁能源供热项目初投资较大，资金问题一直是困扰清洁供热发展的难题。我们应创新思路，积极募集社会资金参与清洁能源项目建设，努力和当地余热资源拥有者及经营者合作，按照PPP模式探索成立股份制企业，实现多方共赢。

（7）积极争取国家奖励政策，降低项目初始投资，改善经济效益。

参考文献：

[1]邢鹏.浅谈清洁能源在城市供热系统中的应用[J].科技应用，2015，26.

[2]齐洪波.清洁能源供热与传统能源供热的研究[J].应用能源技术，2015，02.