极寒地区发电机组余热回收供暖系统的效益分析

王文晶 黄 凯

1.中国极地研究中心 2.华东电力设计院有限公司

极寒地区发电机组余热回收供暖系统的效益分析

王文晶1黄 凯2

1.中国极地研究中心 2.华东电力设计院有限公司

更新了中国南极中山站发电机组，建立了发电机组冷却水余热回收系统。根据实际运行据对余热回收系统进行了环保效益和经济效益分析。为人员密度少、城市管网不能到达的极寒地区提供了新的供暖方式，也为此地区今后实际工程提供了参考数据。

发电机组；冷却水；余热回收；极寒地区供暖

发电机组冷却水余温在50℃以下，属于低品位能源，直接利用范围不广泛且效率低。在南极地区，终年寒冷，每天需要供暖，发电机组冷却水余热利用可以降低向周围环境释放的废热，同时余热利用可以减少化石能源的消耗，减少CO2、SO2和NOx及烟尘的排放量[1]。

1 发电机组冷却水余热回收系统概况

项目位于中国南极中山站，东南极大陆拉斯曼丘陵，在南极圈之内，S69°22′24″、E76°22′40。中山站地区平均气温-10℃左右，极端最低温度达-36.4℃；受来自大陆冰盖的下降风影响,常吹东南偏东风，8级以上大风天数达174 d，极大风速为43.6 m/s。中山站站区共4栋建筑，全年提供暖气（发电栋、综合楼、度夏宿舍楼、越冬宿舍楼），中国南极中山站于2013年11月更新了3台300 kW柴油发电机组（图1）（一用、一检修、一备），一般使用功率为80～110 kW。同时新发电栋内设置一台双能源（烟气、燃油）锅炉（图2），功率350 kW，供上述四个单体建筑采暖。目前烟气使用还未成熟，暂未使用。能源使用顺序为：优先考虑发电机组冷却水，温度不能达到45℃（夏季40℃），启用燃油锅炉（详见系统图，图3）。

2 发电机组余热回收供暖系统的环保效益分析

2.1 系统节约标准柴油量的计算

（1）发电机组冷却水回收的热量

式中：Q1为发电机组冷却水回收热量，kW；v为发电机组冷却水流量，取43 m3/h（通过超声波流量计，及循环水泵流量参数测定）；ρ为水的密度；c为水的比热，4.19 kJ/(kg·℃)；Δt为冷却水出水与回水温差，4℃（经过冬季夏季两季长期监测求出的温差）。

计算求得

（2）系统节约标准柴油量

式中：M1为系统节约标准柴油量，kg；t为锅炉每天工作小时数，h；η为锅炉效率，取0.9；q为标准柴油热值，42 652 kJ/kg。

计算求得

图1 南极中山站柴油发电机组

图2 南极中山站双能源锅炉

图3 南极中山站锅炉房采暖系统图

2.2 系统污染物减排量的计算

根据《综合能耗计算通则(GBT 2589-2008)》提供数据，每千克标准柴油的热值为42 652 kJ。据《中国环境影响评价培训教材》，燃烧1 m3的标准柴油排放的主要大气污染物总量：NOx为8.57kg，SO2为 10.0 kg，烟尘为 1.80 kg，CO2为2630 kg。以中山站用-35号柴油密度0.82 t/m3计算，一年供暖期可以节省的标准柴油量和减排污染物量列于表1。

表1 节约标准柴油量及污染物减排量kg

3 发电机组余热回收供暖系统的经济效益分析

南极中山站新发电栋内集成了发电机房以及锅炉房（与发电机房一墙之隔），发电机组冷却水余热回收系统在初投资上，仅仅多了发电机房到锅炉房的供回水管路及保温海绵，价格可以忽略不计。因此，这里就不讨论系统初投资的差异。

中山站发电机组余热回收系统年节省费用计算式为：

式中：K为中山站发电机组余热回收年节省费用，元；K1为雪龙船中国上海到中国南极中山站柴油运输费，元；K2为南极普利兹湾直升机吊挂柴油运输费用，元；K3为每年中山站提高供暖循环水4℃温差所需要柴油费用，元。

K1=1500元/t×164.46 t=246 690元

K2=3125元/t×164.46 t=513 937元

K3=7500元/t×164.46 t=1 233 450元

上述式中，雪龙船往返上海与中山站间运力成本大约为1 500元/t，卡32直升机普利兹湾吊挂柴油运输运力成本为3 125元/t，-35号柴油采购价格为7 500元/t。（以上数据均为中国第33次南极科学考察实际情况计算得出价格）

综上，中山站发电机组余热回收系统年节省费用为

K=246 690+513 937+1 233 450=1 994 077元=199.4万元

4 结论

通过分析和计算，发电机组冷却水回收和利用供暖系统在极寒地区环保效益十分明显，污染物减排可观，经济性效益突出。发电机组冷却水回收和利用供暖系统可以考虑未来在没有城市电网及城市集中供暖的人员密度较小的极寒地区推广使用。

刘兰芬，何益英，潘荔.火电厂余热综合利用研究评价——全国火电厂余热利用情况调查报告[R].北京：国电公司环保办公室，中国水利水电科学院电力环评中心，1999.

金山区大力发展新能源公交车

今年以来，金山区2家公交企业更新新能源公交车135辆，至年底，新能源公交车总数将达到526辆，新能源车应用占比将达64.9%，提前完成市下达“2020年新能源车应用比例达到50%”目标。同时，优化公共充电桩布局，今年计划完成600个公共充电桩安装，目前已建成450个。启动建设14个公共快充站，计划明年建成投用。全区还加快新能源汽车分时租赁网点建设，目前已建成上线运营网点195个，在建网点20个,区内注册会员4 000人，每天约有100辆新能源分时租赁汽车在线运营，日均使用300车次。

（金山区）

Benefit Analysis on Power Generation Waste Heat Recovery Heating System in Extreme Cold Region

Wang Wenjin, Huang Kai
Shanghai Polar Region Research Center East China Electric Power Design Co.,Ltd

People has upgraded power generator at Chinese Zhongshan station in Antarctic and built power generation cooling water heat recovery system. According to practical data, the author carries out analysis on environment effect and economic benefit.The technology puts forward new heating method for low population density without municipal heating pipe network at extreme cold region and reference data to engineering projects in the future.

Power Generator, Cooling Water, Waste Heat Recovery, Extreme Cold Area Heating

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.11.011