1、我国北方城镇清洁供热途径 付林 清华大学建筑节能研究中心 2019.3 31 内容提要 北方城镇清洁供热方式分析 北方城镇清洁供热途径 清洁供热发展规划思路 总结 清洁供热方式分析 “煤改气”问题尤为突出，表现为供气难以保障、成 本昂贵和效率低下等。 简单地采取燃气锅炉，燃气热电厂等方式不合理 冬季学生操场晒太阳上课 1471 1692 1786 1932 2058 2386 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 201220132014201520162017 消费量（亿立方米） 时间（年） 生产量进口量消
2、费量 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 2017/3/15 2017/3/30 2017/4/14 2017/4/29 2017/5/14 2017/5/29 2017/6/13 2017/6/28 2017/7/13 2017/7/28 2017/8/12 2017/8/27 2017/9/11 2017/9/26 2017/10/11 2017/10/26 2017/11/10 2017/11/25 2017/12/10 2017/12/25 2018/1/9 2018/1/24 2018/2/8 2018/2/23 2018/3/10 （用气量）万Nm3
3、 时间 北京市年度用气曲线 峰谷差接近8/1 高峰日用气量突破1亿Nm3/h 8% 7% 16% 3% 18% 31% 0 0.1 0.2 0.3 0.4 201520162017 增速（%） 时间（年） 天然气消费量和进口量增速 消费量 进口量 清洁供热应用方式分析 “煤改电”的困境 电锅炉等方式的电直热供热最浪费能源。 电热泵效率较高，但受到低温热源资源条件和成本限制 清洁供热应用方式分析 其他供热方式 可再生能源 太阳能，受成本、场地制约 风能，不提倡电锅炉+蓄热，热泵 生物质，不适于专门城市供热 核能 核电厂热电联产，余热利用，应鼓励 低温堆？需要全面分析其适用性 清洁供热应用方式分析
4、 新建燃煤热源 燃煤锅炉 煤粉炉 水煤浆 燃煤热电厂 大型热电厂 小型背压机 重新回到老路？ 新建燃煤锅炉：能源利用效率、碳排放劣势 新建燃煤热电厂：我国电力装机容量过剩，发展可再生能源发电 内容提要 北方城镇清洁供热方式分析 北方城镇清洁供热途径 清洁供热发展规划思路 总结 北方城镇清洁供热途径 我国城市供热仍然燃煤为主 燃煤热电厂 大批小热电厂，能源利用效率显著低于大 型热电厂，且在市中心，将会逐步退出 大型热电厂，存在巨大供热潜力有待挖掘 燃煤锅炉，将会逐步退出城市供热 如何替代以上燃煤热源？ 北方城镇清洁供热途径 传统热电联产存在超过其供热能力40%的余热挖潜空间 乏汽余热，占供热量的
5、30% 烟气余热，占供热量的10%，天然气热电厂则40% 锅炉锅炉 排烟加温度 烟气余热烟气余热 占占10%10% 乏汽余热占乏汽余热占 3030- -40%40% 大同第一热电厂乏汽利用示范工程(2010年) 规模: 供热面积400万增至640万 工程内容: 电厂安装两台余热回收机组; 热力站安装 18台吸收式换热机组 供热能力增加49%,每年节约标煤7.0万吨 大型应用示范工程(大同) 改造前改造前改造后改造后 一次网参数对比 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1418112116120124128132114181121161201241281321 时间
6、(小时) 热功率(MW) 抽汽热量 凝汽热量 改造前改造前 改造后改造后 余供热量余供热量 20.0万万GJ 抽汽供热量抽汽供热量 16.9万万GJ 抽汽供热量抽汽供热量 18.0万万GJ 时间时间 (小时小时) 热功率热功率 (MW) 用户室内温度对比 供热量构成对比 示范工程效果分析 供热 能力 改造前400万 改造后640万 增加幅度49 % 供热 能耗 系统总供热量356 万GJ/a 回收余热179 万GJ/a 节约标煤量7.5 万吨 经济 性 投资9350万元 年运行费减少量3580万元 投资回收期2.6年 北方城镇清洁供热途径 济南北郊热电厂烟气降污余热回收项目 蒸汽锅炉四台：3台
7、130t煤粉炉，1台220tCFB锅炉；发电装机容量70MW 余热回收量要求：16MW 建设时间：2015年8月15日2015年11月15日 北方城镇清洁供热途径 大多数纯凝发电厂改为热电联产 如果将北方城镇供热全部由热电联产取代，北方地区火力发电容量6亿kW， 满足200亿供热 关键问题：能够经济地长途输送至城市负荷中心 北方城镇清洁供热途径 长输供热可行 大温差技术 供回水温差高达100以上，能大大 提高管网的热量运输能力 回水温度低，减小总散热损失 大管径 随着管径增加，输送能力增加，输送 成本降低 随着管径增加，管道温降差值也越来 越小 电厂余热利用 与常规的市内热源（常规热电联产、
8、燃煤锅炉、燃气锅炉）相比，供热成 本降低，供热半径增长 北方城镇清洁供热途径 吸收式换吸收式换 热机组热机组 吸收式换吸收式换 热机组热机组 热力站热力站 E-4 S 余热回余热回 收机组收机组 E-3 乏汽乏汽 凝水凝水 一次网一次网 供热供热 汽轮机汽轮机 新汽新汽 供热抽汽供热抽汽 循环泵循环泵 循环泵循环泵 冷却水冷却水 循环泵循环泵 热热 源源 热力站热力站 二次网二次网二次网二次网 凝水凝水 120 20 热用户热用户热用户热用户 循环泵循环泵 北方城镇清洁供热途径 多级串联梯级加热 大同华电一电厂2台135机组串联，2010-2011 同煤4台50MW机组串联，2012-2013
9、 太原二电厂2013-2014 古交电厂6台机组串联 2014-2016 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 1/11/31/51/71/93/153/173/193/213/23 乏乏 汽汽 供供 热热 比比 例例 % 二二 期期 供供 热热 量量 GJ 日日 期（严寒期和末寒期）期（严寒期和末寒期） 尖峰加热量（GJ）驱动抽汽供热量（GJ） 乏汽供热量（GJ）乏汽供热比例（%） 吸收式热 泵 乏汽加热抽汽加热 热网回水 热网供水 抽汽乏汽 低压缸 三期尖峰加热
10、器 90 130 二期采暖抽汽 30 乏汽余热 凝汽器 低压缸 乏汽余热 凝汽器 低压缸 乏汽余热 凝汽器 低压缸 乏汽余热 凝汽器 三期采暖抽汽 低压缸 乏汽余热 凝汽器 低压缸 乏汽余热 凝汽器 二期尖峰加热器 45 52.4 71 80 103 6#5# 4#3#2#1# 120 采暖抽汽 一次网热水 Q 20 1号机组 乏汽 热网加热器 T 2号机组 乏汽 n号机组 乏汽 中间机组 太原大温差长输供热示范工程（2013-2016） 长输项目总投资48.7亿元，其中隧道工程投资11亿元 敷设4根DN1400管线到隔压站，总长度37.8km 能耗是常规热电联的50% 成本与燃煤锅炉相当 北
11、方城镇清洁供热途径 热电联产集中供热的变革 网源一体化，大温差热网为热电联产大幅度降低能耗奠定基础 热电厂超远距离供热，为纯凝电厂为热电联产开拓出巨大空间 多级汽轮机乏汽串联梯级加热工艺 烟气余热深度回收 效果 供热能耗降低50% 供热能力提升50% 0 2 4 6 8 10 12 热电联产电动热泵新热电联产 等效COP 热源方式 北方城镇清洁供热途径 17 工业总能耗：工业总能耗：24.6424.64亿吨标煤亿吨标煤 20122012 年年 五大类工业部门能耗：五大类工业部门能耗： 15.6715.67亿吨标煤亿吨标煤 北方五大类工业部门能耗：北方五大类工业部门能耗： 7.837.83亿吨标
12、煤亿吨标煤 低品位余热：低品位余热： 3.133.13亿亿tcetce 我国北方低品位工业余热资源 采暖季采暖季 1.141.14亿亿tcetce 2012年，北方采暖地区工业用水总量260.3亿亿m3 五大类工业占比1/6（保守估计） 主要用于冷却（约70%）约30亿亿m3/年年 r=2500kJ/kg，总余热量总余热量0.94亿亿tce 0 10 20 30 40 50 60 70 工业用水量工业用水量/ /亿立方米亿立方米 1、能耗角度估计、能耗角度估计 2、水耗角度估计、水耗角度估计 工业能耗数据来自中国统计年鉴2013； 五大类高耗能工业部门能耗数据来自中国能源统计年 鉴2013；
13、五大类高耗能工业部门的低品位余热比例按照40%估计； 采暖季按照120天计算，工业生产按照330天计算。 全国全国高用水行业：火力发电、纺织印染、石油化工、造火力发电、纺织印染、石油化工、造 纸、钢铁，占比纸、钢铁，占比2/32/3。其中火力发电占。其中火力发电占3/43/4。 北方五大类高耗能工业北方五大类高耗能工业 部门用于冷却的水耗部门用于冷却的水耗 “径流量”“径流量” 3030亿亿m m3 3/ /年年 南水北调中线南水北调中线 设计输水量设计输水量 径流量径流量 9595亿亿m m3 3/ /年年 v.s. 北方地区工业余热总量约1亿吨标煤 北方城镇清洁供热途径 2+26城市跨区域
14、供热 总供热面积50亿 区域供热41.2亿平米 电厂余热 25亿平米 工业余热 3亿平米 燃煤热电联产 5亿平米 天然气调峰8.2亿平米 热源：多种热源互补，实现低品位热源的调峰 电厂及工业余热在城市外承担基础负荷 天然气在城市内分布式调峰 北方城镇清洁供热途径构建清洁供热新模式 成本 供热小时数 燃气锅炉热电联产 20 03500 热负荷 供热小时数 初投资折旧初投资折旧 调峰调峰 基础负荷基础负荷 北方城镇清洁供热途径构建清洁供热新模式 热源：以大能源的视角看清洁供热的热、电、气协同 热、电协同 由“以热定电”转变为“热电协同” 供热为电力调峰 气、热协同 区域供热需要季节性调峰 燃气适宜
15、于季节性储存 燃气调峰 降低回水温度，增大热网输送能力 减小热网尖峰供热 北方城镇清洁供热途径构建清洁供热新模式 热网：大温差长输供热管网，为余热利用 奠定基础 大规模输送热量是降低长输供热成本的条件 加大供回水温差是提高热网输送能力的途径 降低回水温度是降低热电厂供热能耗的关键 北方城镇清洁供热途径构建清洁供热新模式 三级管网大温差、低回水温度，保障长输经济性，为回收利用 低品位余热创造条件 城外长输网大温差 城区一次网低温回水 小区二次网小温差 内容提要 北方城镇清洁供热方式分析 北方城镇清洁供热途径 清洁供热发展规划思路 总结 北方城镇清洁供热发展规划思路 我国北方地区城镇未来供热面积达
16、到200亿规模考虑 利用现状电厂和其他工业余热供热，在现有热电联产基础上实现供热140亿 对现状热电厂进一步余热挖潜 距离城市较远的余热资源 供热成本低于天然气锅炉供热 热电联产及余热承担120亿 其他工业余热承担20亿 新建热电联产热源，这种供热方式发展约20亿 周边也没有其他供热资源，包括内蒙古、东三省、新疆等地区的部分城市 生物质、清洁燃煤、燃气、城市垃圾 北方城镇清洁供热方式规划思路 在热网难以覆盖的少数地区，可考虑分散清洁供热方式，共计40亿 建筑 各类热泵，供热规模20亿 拥有中深层地热资源的地区可采用中深层地源热泵,具备冬夏热平衡条件的浅层地源热泵 等,约10亿 城市污（中）水源
17、热泵和江河湖海等地表水，发展2亿 气温相对较高地区的建筑取暖，考虑采用空气源热泵，规模8亿。 小型燃气供热方式，包括燃气锅炉、燃气壁挂炉等，承担其余20亿城镇供 热面积。 大力发展城市热网,北方城镇80%以上的建筑依靠城市热网供热 无条件接入城市热网的20%建筑，可以通过土壤源热泵、空气源热泵以及分散 的燃气采暖等方式解决采暖问题 供热能耗 目前北方地区平均供热煤耗15kgce/计算，200亿平米供热需要3亿tce。 按规划方案总供热能耗约1亿tce，每年供热将节能2亿tce。供热系统平 均煤耗约5kgce/，仅为目前北方地区供暖能耗的的三分之一 回收电厂余热影响的电厂发电量和回收工业余热所需
18、的电量约1100亿kWh 热量输送所需的水泵电耗约400亿kWh 各类电热泵耗电量约800亿kWh 燃气调峰锅炉耗气量约110亿m；燃气锅炉及燃气壁挂炉耗气量约200亿m 依据十部委北方地区冬季清洁取暖规划（2017- 2021）的精神，设置参考供热规划方案 按照200亿供热规模 燃煤热电厂供热61亿 燃煤锅炉供热23亿 燃气热电联产供热15亿 燃气锅炉和燃气壁挂炉供热46亿 电直热供热12亿 空气源电热泵供热8亿 地源热泵供热11亿 工业余热供热面积2亿 生物质能清洁供热面积21亿 以及太阳能供热1亿 总供热能耗约1.9亿tce 热电厂供热影响的发电量和回收工业 余热所需的电量约1200亿k
19、Wh 热网输送水泵电耗约400亿kWh 各类电热泵耗电量约2300亿kWh 燃气锅炉及燃气壁挂炉耗气量约460 亿m 燃煤锅炉耗煤量约2300万tce 余热方案与参考方案对比 能耗 供热能耗降低约9400万tce，节能约50% 减少天然气消耗370亿m 参考方案消耗燃气760亿m 燃气热电厂采暖季耗气量300亿m 燃气锅炉和燃气壁挂炉消耗的燃气470亿m 余热方案天然气消耗390亿m 总污染物排放量 余热方案仅为参考方案的20% 余热方案与参考方案对比 经济性比较 投资 余热方案总投资比参考方案少接近3200亿元 运行费 余热方案运行成本比参考方案降低约20% 规划方案投资 (亿元) 参考方案
20、投资 (亿元) 燃气热电 0 2719 燃气锅炉 642 170 壁挂炉 232 1595 燃煤热电 4093 524 工业余热 875 126 生物质 167 618 地源热泵 815 1147 水源热泵 589 0 空气源热泵 934 918 蓄热式电直热 0 3671 合计 8346 11488 规划方案 （亿元） 参考方案 （亿元） 燃煤成本 0 162 燃气成本 827 1388 热泵耗电 1007 1790 回收电厂余热影响发电 386 0 合计 2221 3339 内容提要 北方城镇清洁供热方式分析 北方城镇清洁供热途径 清洁供热发展规划思路 总结 总结构建城市清洁供热新模式 总结构建城市清洁供热新模式 总结构建城市清洁供热新模式 汇报完毕，谢谢！
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