1、城市能源系统的热电气协同模式目录目录1.背景背景2.热电协同热电协同3.气热协同气热协同4.气电协同气电协同5.城市能源系统的热电气协同模式城市能源系统的热电气协同模式6.案例案例背景电力、燃气和热力是未来城市能源的主体煤、油逐步退出城市城市能源系统追求的目标是什么？安全低碳（高效）清洁经济低碳清洁经济背景案例某生态城的能源方案，如何实现20%可再生能源目标？规划十年过去了，现实呢？可再生能源城市电网分布式能源热电联产天然气余热可再生能源可再生能源热电联产热电联产余热余热分布式能源分布式能源天然气天然气城市电网城市电网三联供太阳能热水风光垃圾光伏风力发电热泵城市电网太阳能热水热泵城市电网风力发2、电光伏发电风光互补垃圾三联供污泥发电污水源热泵北塘热电厂地源热泵水源热泵三联供地热北疆余热北疆电厂道路能源北塘余热北塘热电厂北疆电厂北疆余热地源热泵地热水源热泵三联供污水源热泵道路能源北塘余热背景城市是能源消费主体，占社会能源总消费量的80%，但不是能源生产主体，如何实现低碳？气，如何低碳？电，如何低碳？场地限制热？节能（提高能效，降低需求），柔性电力负荷电力系统面临的挑战电力系统需要大力发展可再生能源发电到2050年我国的碳排放总量要降低到目前的1/3，为满足我国社会和经济持续发展，既要实现我国建成现代化强国、实现中国梦的目标，又要控制二氧化碳排放总量发展可再生能源发电对电网调峰提出更高要求3、可再生能源发电具有随机性，发电出力不可调节不可调节电源占比增加，电网调峰更加困难，导致近年来弃风、弃光频发供热系统的问题城市仍存在大量燃煤锅炉截至2016年底，燃煤锅炉在北方城镇供热热源中仍占32%“煤改气”、“煤改电”成本高，多数城市难以承受，清洁、低碳、经济的热源是什么？冬季学生操场晒太阳上课冬季学生操场晒太阳上课147116921786193220582386050010001500200025003000050010001500200025003000201220132014201520162017消费量（亿立方米）时间（年）生产量进口量消费量0200040006000800010004、0120002017/3/152017/3/302017/4/142017/4/292017/5/142017/5/292017/6/132017/6/282017/7/132017/7/282017/8/122017/8/272017/9/112017/9/262017/10/112017/10/262017/11/102017/11/252017/12/102017/12/252018/1/92018/1/242018/2/82018/2/232018/3/10（用气量）万Nm3时间北京市年度用气曲线峰谷差接近峰谷差接近8/18/1高峰日用气量突破高峰日用气量突破1 1亿亿NmNm3 3/5、h/h8%7%16%3%18%31%00.10.20.30.4201520162017增速（%）时间（年）天然气消费量和进口量增速消费量进口量应从综合能源系统的角度看城市能源问题城市电力、供热、天然气系统相互联系又相互制约充分认识热、电、气各自的特征，综合考虑并充分发挥它们各自的优势领域，使得热电气相互协同，才能实现清洁低碳、高效安全的城市能源系统电热气气热协同目录目录1.背景背景2.热电协同热电协同3.气热协同气热协同4.气电协同气电协同5.城市能源系统的热电气协同模式城市能源系统的热电气协同模式6.案例案例热电协同热电协同将发电与供热相结合，发电厂变为热电厂，热电联产长输供热，经济输送半径6、已超过100公里，绝大多数电厂可成为热电厂城市及周边现有热电厂挖潜，包括一部分乏汽及烟气，超过现有供热量40%冷却塔电厂锅炉汽轮机回收电厂余热供热烟气余热7%乏汽余热55%发电32%G供热成本与输送距离的关系热电协同模式供热系统为电力调峰优于蓄电调峰热是产品，过剩电量转化为热可直接使用，减少能量转化环节，蓄能效率高储热成本远低于储电储热：60元/kWh储电：1000元/kWh热电协同热电联产发电供热热用户储热改变发电与供热的比例，并通过储热平衡供热波动电热泵供热储热低谷期消耗过剩电力，并储存热量高峰期释放热量减少电力消耗热电协同让整个供热系统成为电力的蓄能体电源侧：热电厂“热电协同”运行，热电7、厂为可再生能源发电调峰，同时稳定高效地供热需求侧：电热泵结合储热装置，接受电网调度运行，实现电负荷削峰填谷电网热电厂储热电热泵热用户储热电热泵低谷期运行削峰填谷热电厂为电网调峰热网热电协同热电厂的“热电协同”模式高峰期电厂不供热，纯发电供热负荷由储热承担低谷期热电联供，发电量减少热量一部分供给热用户，一部分储存起来纯凝发电储热热用户用储存的热量供热电网降低发电储热热用户电网储存热量供给热用户实现热电厂“热电协同”的各种方式将在之后的报告中详细介绍和比较热电协同电热泵“热电协同”模式运行电热泵是高效的供热方式，结合蓄热装置可为电网调峰电热泵“热电协同”供热热用户高峰期电热泵停机不耗电电热泵热用户8、储电耗电1份耗电1.25份电热泵热用户电热泵耗电1.1份耗电1份低谷期高峰期电热泵热用户储电放电1份耗电1份储能过程损失20%蓄热罐散热损失5%斜温层增加热泵电耗5%储能效率电热泵：90%蓄电：80%单位调峰量投资（元/kW）电热泵3000抽水蓄能8000供热系统为电力调峰的潜力到2050年，4亿kW装机容量的火电厂改为热电联产承担120亿平米供热面积，这些热电厂可产生约3.2亿kW的电力调峰能力电热泵承担约10亿平米供热面积，产生0.5亿kW电力调峰能力供热系统可提供3.7亿kW调峰能力，超过全国火电装机容量的30%“热电协同”模式解决了电力系统的调峰问题，同时实现了高效清洁的供热热电协同电9、网热电厂储热电热泵热用户储热0.5亿kW调峰能力3.2亿kW调峰能力130亿平米供热面积热网目录目录1.背景背景2.热电协同热电协同3.气热协同气热协同4.气电协同气电协同5.城市能源系统的热电气协同模式城市能源系统的热电气协同模式6.案例案例供热调峰燃气锅炉初投资小，运行费用高用于承担尖峰负荷，提高整体经济性调峰热源容量占比根据整体供热系统的经济性定量分析确定热电联产余热供热系统投资大，运行成本低，应长时间稳定运行，需要调峰燃气调峰宜采用分布式燃气比热易于输送，燃气调峰应放在末端调峰燃气使用已有的居民用气管道即可满足要求分布式燃气调峰可与热泵相结合可进一步降低回水温度，进一步提高管网输送能力10、，提高管网利用率降低回水温度可降低热电联产的供热成本，从而提高整个供热系统的经济性增设天然气季节性储存气热协同实现城市供热无煤化城市供热无煤化不能简单地采用“煤改气”、“煤改电”耗气量大，能效低、经济性差回收火电厂余热为基础热源，用天然气锅炉为火电厂余热调峰，并用电热泵回收优质低温热源余热供热，才能形成真正经济可行的城市无煤化供热系统城市供热无煤化到2050年，我国北方城镇200亿平米的供热面积，利用燃气锅炉承担其中约20%的调峰负荷，仅需要消耗天然气110亿立方米而这还不到北京市2017年燃气电厂和燃气锅炉的耗气量（133亿m）热电厂电热泵热用户热网电厂余热承担基础负荷燃气调峰锅炉不增加电厂11、煤耗燃气消耗减少60%以上燃气热泵目录目录1.背景背景2.热电协同热电协同3.气热协同气热协同4.气电协同气电协同5.城市能源系统的热电气协同模式城市能源系统的热电气协同模式6.案例案例天然气为电力调峰燃气热电联产应慎重发展燃气热电厂在“以热定电”的运行模式下，其灵活性高的优势丧失燃气热电联产的燃气消耗量大，相同供热量下，耗气量比燃气锅炉多5倍以上燃气电厂启停快、调节灵活，是电力调峰的最佳选择应发展燃气电厂为电网调峰某燃气热电厂采暖季发电曲线050100150200燃气电厂燃气锅炉耗气量（Nm/GJ）冬季耗气量全年耗气量燃气热电联产“热电协同”已建成的燃气热电厂应深度回收余热供热，并采用“热电12、协同”的运行模式，承担电力调峰任务天然气总耗量不变，燃机变负荷运行，实现热电解耦低谷期发电压减至30%，高峰期提高到100%通过回收余热增加供热能力40%以上00.20.40.60.811.20246810121416182022负负荷荷率率热电协同现状 高温罐12020烟气90烟气烟气10烟囱一次网余热回收机组低温罐喷淋塔热网加热器抽汽目录目录1.背景背景2.热电协同热电协同3.气热协同气热协同4.气电协同气电协同5.城市能源系统的热电气协同模式城市能源系统的热电气协同模式6.案例案例城市能源系统的热电协同模式天然气给电和热调峰给电调峰燃气发电电力短时间动态调节给热调峰调峰热源供热季节性调峰13、热给电调峰热电厂热电协同电力短时间动态调节电动热泵结合蓄热电力短时间动态调节热力、天然气服从于电力，创造柔性城市能源的大环境，为高比例可再生能源城市能源系统提供保障城市能源系统的热电协同模式供热为电力调峰，电力系统可实现高比例可再生能源发电热电厂热电协同运行，为电网大幅度调峰电热泵进一步消耗低谷绿电供热热、电、气协同的效果高比例可再生能源发电电力调峰需求电热泵供热热电厂发电调峰城市能源系统的热电协同模式充分利用低谷绿电供热热电厂在纯凝电厂压低负荷后，进一步减少发电，制取热量热电厂比纯凝电厂减少的发电量均由绿电弥补电热泵在低谷期消耗绿电制取热量上述热量一部分进入热网供给热用户，另一部分储存起来用14、于高峰期供热高峰期供热来源于低谷期蓄热，也是绿电供热热、电、气协同的效果电热泵消耗绿电供热热电协同“消耗”绿电供热城市能源系统的热电协同模式天然气为供热系统调峰调峰运行方式大幅提高了以电厂余热为基础热源的供热系统的能源利用效率和经济性天然气消耗量缩减至独立燃气锅炉供热的1/3以下天然气为电力系统调峰充分发挥燃气电厂的调节幅度大、调节速度快的灵活性优势，为电网调峰调频天然气作为电力、热力的调峰能源，是保障低碳能源的救火队，真正起到能源领域的“巴黎香水”作用热、电、气协同的效果目录目录1.背景背景2.热电协同热电协同3.气热协同气热协同4.气电协同气电协同5.城市能源系统的热电气协同模式城市能源系15、统的热电气协同模式6.案例案例西部热网供热西部热网供热0.640.64亿亿平方米平方米东部热网供热东部热网供热1.241.24亿亿平方米平方米北京市供热现状 北京市现状总供热面积85416万平米 天然气供热为主导的供热模式，占比超过90%天 然 气 热 电 联 产 供 热 面 积15160万平方米，占比17.7%；天然气锅炉（含燃气壁挂炉）供热面积61916万平方米，占比72.5%；注：外热燃煤热电联产1.7%0.00100.00200.00300.00400.00500.00600.00700.00800.00北京市天津市上海市济南市石家庄市哈尔滨市东京市立方米立方米/人人北京市天然气人均资16、源占有量大问题1：北京供热以气为主造成供气保障危机 和煤相比供热成本高，巨额的政府财政补贴，且燃气电厂供热成本最高其它城市能耗成本=381*0.47+2.36*45=285亿元北京市能耗成本=381*0.65+2.36*84=446亿元北京市因此每年多付出代价：161亿元73亿Nm3用于电厂发电381亿kwh供热4700万GJ60亿Nm3用于锅炉供热18900万GJ供热2.36亿GJ问题2：天然气供热经济代价昂贵01020304050607080燃煤电厂燃气电厂燃气锅炉排放量(g/GJ)烟尘SO2NOx燃气和燃煤电厂超低排放比较污染物排放情况（采暖季折算）71.6734.1133问题3：天然气17、供热仍然有大量污染排放 清洁能源天然气并不“清洁”燃气电厂和锅炉共计排放NOx仅次于交通的排放源。问题4：以燃气锅炉为主的供热方式，造成能源的巨大浪费 天然气锅炉高能低用，效率低，仅为是燃气电厂的三分之一燃气锅炉：1份天然气转化为0.9份热燃气热电厂：1份天然气转化为0.57份热和0.48份电，该电用于热泵回收低温热量（污水、工业余热等COP平均取5）转化为2.4份热，总计2.97份热 燃气锅炉占北京市供热的四分之三 北京市集中供热的热电联产比例非常低，仅为17.7%1.热电厂热电协同与烟气余热利用相结合供热工况下的出力偏低，没充分发挥能力燃气热电厂采暖季负荷率仅65%左右，造成设备闲置和能源18、浪费（相当于5000万的电直热采暖）北京市供热发展思路00.20.40.60.8111/1512/151/152/153/15负荷率高井电厂采暖季负荷率逐日值平均值0.6700.20.40.60.8111/1512/151/152/153/15负荷率华能电厂采暖季负荷率逐日值平均值0.6500.20.40.60.8111/1512/151/152/153/15负荷率太阳宫电厂采暖季负荷率逐日值平均值0.66北京市供热发展思路1.热电厂热电协同与烟气余热利用相结合尚有大量烟气余热没有得到利用，可使供热能力提高46.4%（烟气温度10）燃气电厂烟气温度降低到10，烟气余热回收3196MW序号项目简19、称燃机类型装机容量（万千瓦）燃机供热能力（MW）烟气余热量（MW）1京丰热电（三热）1*9F级411161422京阳热电（太阳宫）2*9F级785492783华电郑常庄2*9E级50.83871714华润协鑫热电2*6B级1570695电子城动力南厂2*6B级1268696东南热电中心（高碑店）2*9F级92.36502882*9F级99.87732887西南热电中心（草桥）2*9F级83.85922608西北热电中心京能项目（京西）3*9F级130.78833919西北热电中心大唐项目（大唐高井）3*9F级13896340610东北热电中心京能项目（京能高安屯）2*9F级84.559624820、11东北热电中心国华项目（国华高安屯）2*9F级95.167328912未来科技城区域能源项目1*9E级25.52089713海淀北部区域能源项目1*9E级26.62029714通州运河核心区区域能源项目3*6F级21.3153103合计994.468833196北京市供热发展思路1.热电厂热电协同与烟气余热利用相结合 保持天然气耗量不变，燃机变负荷运行以实现热电解耦采暖季平均低谷期压负荷至30%，高峰期100%，平峰期60%通过回收余热增加供热能力45%以上 高温罐12020烟气90烟气烟气10烟囱抽汽热网加热器二次网一次网大温差换热机组余热回收机组低温罐喷淋塔00.20.40.60.81121、.20246810121416182022负负荷荷率率热电协同现状北京市供热发展思路2.充分发展余热供热热源 通过蓄热+热泵，消纳谷电（绿电）回收余热供热燕山石化余热 1000MW中水 1000MW垃圾焚烧厂 950MW燃气锅炉余热 1000MW域外余热 7435MW0204060801001201400100200300400500供供热热成成本本（元（元/GJ）长输距离（长输距离（km）长输供热空气源热泵中深层地埋管燃气DN1600DN1400DN160070km北京市供热发展思路 供热半径的变化 参考比较对象由燃煤锅炉房变为电热泵和燃气锅炉房长输DN1400管线，大温差供回水温度：13022、/20，调峰比例40%，电价0.6元/kWh，气价2.39元/m3长输热网空气源热泵中深层地埋管天然气锅炉北京市供热发展思路3.整合燃气锅炉，并入热网，作为调峰热源 燃气锅炉调峰比例太小，仅有21.8%，与合理调峰比例40%相差甚远北京市供热发展思路综合评价能耗北京增加绿电消纳73.5亿kW.h，占北京全年用电量7%依靠热电协同，冬季减少谷电发电量31.5亿kW.h依靠蓄热冬季增加供热耗谷电量（绿电）42亿kW.h，其中本地16亿kWh发挥热电厂剩余容量，冬季增加高峰发电量31.5亿kW.h规划供热方案相比常规供热方案节能42亿m3，降低化石能源消耗47%规划方案47亿m3，常规方案89亿m323、综合评价经济性 运行费运行费相比常规方案节省74亿，相对节省33%投资增加368亿元 静态回收期5年供热方案热电联产气耗（亿m3）热电联产发电量（亿kWh）锅炉气耗量（亿m3）长输耗电量（亿kWh）供热耗电量（亿kWh）长输管网外购热量（亿GJ）运行费用（亿元）常规方案39.616171 0.9929 0.1626225 新方案39.616131 6.3845 0.7523150 项目投资（亿元）电厂烟气余热回收及热电协同改造11 锅炉烟气余热回收11 盘山电厂长输管线34 北疆电厂长输管线76 大温差改造106 长输供热区域热网管线100 中水余热供热13燕山石化余热供热17合计368注：热电天然气价按2.39元/m3，锅炉天然气价按2.49元/m3，长输电价按0.6356元/kWh，其它电价0.8053元/kWh，发电上网电价0.47元/kWh，外购常规热按30元/GJ，大温差模式热量按20元/GJ谢谢！谢谢！