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低碳轉(zhuǎn)型是我國城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)綠色發(fā)展之路

2021-10-20 09:56:00

彭在美

  我國城鎮(zhèn)供熱行業(yè)屬于“三高一低”——高能耗、高排放、高投入、低效率的行業(yè)。有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示,2020年,我國建筑業(yè)運(yùn)行階段CO2排放量為21.7億噸,其中化石燃料燃燒排放6.9億噸,而城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)化石燃料排放量占到總化石燃料燃燒排放量的76%。
  我國北方城鎮(zhèn)采暖熱源主要來自熱電聯(lián)產(chǎn)和各類燃煤、燃?xì)忮仩t。其中,燃煤供熱比重達(dá)70%~80%。據(jù)有關(guān)研究部門測算,2018年,北方城鎮(zhèn)供暖能耗為2.12億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,CO2排放量為5.5億噸。
  截至2020年底,我國北方城鎮(zhèn)供熱面積約147億平方米,農(nóng)村供熱面積為70億平方米,共計(jì)217億平方米,年耗能約2.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量,CO2排放量為7.26億噸。我國南方地區(qū)供暖需求呈爆發(fā)式增長,預(yù)計(jì)到2030年,我國南方地區(qū)包括區(qū)域供暖用戶數(shù)量共計(jì)將達(dá)到9700萬戶左右,屆時(shí)將CO2排放超過7000萬噸。
  在近期召開的碳達(dá)峰、碳中和與清潔供熱綠色發(fā)展國際峰會(huì)上,有關(guān)專家指出,供熱領(lǐng)域綠色化可從4個(gè)方面入手:超前布局區(qū)域供熱管網(wǎng)規(guī)劃,并分步實(shí)施改造,適應(yīng)未來零碳供熱的形勢(shì)需求;高能耗建筑的節(jié)能改造;熱力末端減少過量供熱;深度挖掘電廠余熱、工業(yè)余熱,獲取足夠的零碳熱源。
  徹底改變能源結(jié)構(gòu)是集中供熱系統(tǒng)低碳化的根本途徑
  區(qū)域集中供暖作為節(jié)約能源、減少污染物排放的高效供熱系統(tǒng),是當(dāng)前分步實(shí)施改造的重點(diǎn)領(lǐng)域。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2020年12月份發(fā)布的《2019年城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《2019年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》,截至2019年底,我國集中供熱面積約110億平方米,較2018年增長6億平方米,增長率約5.78%。其中,北方地區(qū)城市集中供熱的平均單位面積供暖能耗為14.5千克標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米,較2015年的17.8千克標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米降低了18.5%。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國每年新增城鎮(zhèn)集中供熱面積在3億平方米~5億平方米,但新增熱源超50%與燃煤有關(guān)。
  集中供熱面積的增長有兩個(gè)方面,一個(gè)是新增長的面積。其中,全國居民社區(qū),例如重慶市渝北區(qū)投資80億元,在社區(qū)建設(shè)能源供應(yīng)站,通過管道集中供應(yīng)暖氣或冷氣,5年內(nèi)分布式覆蓋居民樓面積達(dá)1000萬平方米;全國各類工業(yè)園區(qū)從國家級(jí)到鎮(zhèn)級(jí)約1萬多家,需要新建集中供熱(冷)區(qū),例如,陜西省蒲城縣高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)投資1.6億元建設(shè)供熱項(xiàng)目,提供工業(yè)用蒸汽。另一個(gè)是老舊供熱管網(wǎng)改造。例如遼寧省沈陽市供熱管網(wǎng)總長約1萬多公里,局部存在保溫層破損、鋼管壁受腐蝕以及超期服役等問題,需要進(jìn)行改造。河北省計(jì)劃3年內(nèi)改造供熱管網(wǎng)4891公里,例如滄州市熱力有限公司和昊天熱力發(fā)展有限公司2021年將改造該市73個(gè)老舊小區(qū)供熱管網(wǎng),改造面積約277.7萬平方米。
  集中供熱系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)低碳化,有兩方面的工作要做:一是提高能效。目前我國供熱系統(tǒng)的平均能效約30%,最大挖掘潛力在于供熱管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“三零”——零節(jié)流、零過流量、零過熱量,歸根結(jié)底要提高管網(wǎng)輸送效率。二是使用清潔能源作為熱源。
  目前我國正在改變能源結(jié)構(gòu),由燃煤、燃油、燃?xì)獾臒嵩唇Y(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)變?yōu)樗L(fēng)、光、核電和生物質(zhì)能等清潔的熱源結(jié)構(gòu),擺脫對(duì)化石能源的依賴。
  尤其自2016年以來,我國清潔取暖率得以快速提升。有關(guān)研究單位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2016年,我國清潔供暖面積為69億平方米,清潔供暖率為34%;到2020年,我國清潔供暖面積已達(dá)到144億立平方米,清潔供暖率為65%。
  實(shí)現(xiàn)供熱低碳化的主要途徑:清潔電力+余熱利用
  實(shí)現(xiàn)供熱低碳化的總體思路就是要取消各類燃煤燃?xì)忮仩t,盡可能依靠清潔電力實(shí)現(xiàn)低碳供暖,同時(shí)深度挖掘各種余熱資源。從操作層面,未來國內(nèi)尤其是北方城鎮(zhèn)供暖熱源將由核電、調(diào)峰火電余熱、電驅(qū)動(dòng)熱泵等協(xié)同組成。
  清潔電力的希望寄托于新能源。有專家期望,未來40年光伏、風(fēng)電等清潔能源的整體比重從目前的10%提高到70%以上。國外對(duì)發(fā)展風(fēng)電存在爭議,目前歐洲一些國家認(rèn)為風(fēng)電會(huì)破壞生態(tài)平衡;國內(nèi)風(fēng)電、光伏的能源優(yōu)勢(shì)在西北地區(qū),而大多用戶集中在北方和東南沿海地區(qū)。因此,有專家建議將發(fā)展清潔電力的重點(diǎn)放在核電。
  根據(jù)《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》,到2020年,我國核電裝機(jī)容量達(dá)到5800萬千瓦,排在美國、法國之后,居第3位。2019年中國大陸在運(yùn)核電機(jī)組有47臺(tái),目前在建機(jī)組有11臺(tái),總裝機(jī)容量為1134萬千瓦。2019年上半年,已有福建漳州和廣東太平嶺核電站核準(zhǔn)開工,2021年5月19日江蘇省連云港田灣核電站擴(kuò)建工程開工。有資料顯示,目前各地籌建中的核電站達(dá)到25個(gè)。2030年,中國核電站的總裝機(jī)容量將達(dá)到1億千瓦以上。
  據(jù)中國工程院院士、中國城鎮(zhèn)供熱協(xié)會(huì)副理事長江億測算,若充分利用1億千瓦核電產(chǎn)生的1.5億千瓦余熱和1億千瓦調(diào)峰火電產(chǎn)生的4.5億千瓦余熱,再輔之以用燃?xì)饽┒苏{(diào)峰,即可為北方地區(qū)160億平方米建筑提供所需熱源;而其余則可采用多種電驅(qū)動(dòng)熱泵、工業(yè)低品位余熱、中水水源熱泵、垃圾焚燒爐等熱源滿足。筆者具體詮釋如下:
  所謂“調(diào)峰火電”,主要指我國600攝氏度以上蒸汽參數(shù)的超超臨界(USC)機(jī)組,占全球同類裝機(jī)的80%以上。目前我國正在對(duì)700攝氏度(USC)發(fā)電技術(shù)進(jìn)行攻關(guān),推進(jìn)60萬千瓦超超臨界CFB對(duì)發(fā)電示范應(yīng)用,已達(dá)到650攝氏度/105小時(shí)階段,逼近700攝氏度目標(biāo)值。發(fā)展方向是100萬千瓦、120萬千瓦和160萬千瓦超超臨界機(jī)組,以達(dá)到效率最高、排放為零的世界最先進(jìn)的火電水平。
  所謂“燃?xì)饽┒苏{(diào)峰”,就是燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組。2021年3月31日,哈爾濱舉行黑龍江省首例大型引用俄氣供暖工程啟動(dòng)儀式,積極推動(dòng)燃?xì)庹{(diào)峰電站項(xiàng)目建設(shè)。該工程可利用天然氣3億立方米,新增供熱能力1200萬平方米,可滿足以深哈產(chǎn)業(yè)園區(qū)為核心的環(huán)西片區(qū)供熱需求;2020年7月30日,濟(jì)南能源集團(tuán)正式掛牌成立,4家公司(濟(jì)南熱力集團(tuán)、濟(jì)南熱電公司、濟(jì)南港華燃?xì)夤尽⑸綎|濟(jì)華燃?xì)夤荆┙y(tǒng)籌供熱供氣,都起到燃?xì)饽┒苏{(diào)峰的功能。
  所謂“多種電驅(qū)動(dòng)熱泵”,如河北省任澤區(qū)地源熱泵供能項(xiàng)目、河北省邢臺(tái)市信都區(qū)新型地源熱泵清潔能源供暖項(xiàng)目等,后者室外鉆井總數(shù)量約1087個(gè)、鉆孔深度150米、鉆孔面積18600平方米,涉及供熱面積23.3萬平方米、供熱負(fù)荷9300千瓦。
  所謂“中水水源熱泵”,如河北樂亭余熱供熱和中水回用綜合管網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目,新建泵站1座,熱力管網(wǎng)DN(公稱直徑)為1200毫米,長度為21.4公里;中水一次管網(wǎng)DN為800毫米,長度1.2為公里;中水二次管網(wǎng)DN為1000毫米,長度為20.2公里。
  所謂“垃圾焚燒爐”熱源,如河南省濟(jì)源市生活垃圾焚燒發(fā)電廠項(xiàng)目;黑龍江省望奎縣鎮(zhèn)和佳木斯市撫遠(yuǎn)縣各建設(shè)的一座生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目,設(shè)計(jì)規(guī)模均為30兆瓦;山東省建設(shè)2×15兆瓦生物質(zhì)熱電項(xiàng)目,包括兩臺(tái)75噸/小時(shí)高溫高壓秸稈直燃循環(huán)流化床鍋爐,兩臺(tái)15兆瓦凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。
  這里所謂“工業(yè)多品位余熱”,是指工業(yè)余熱余壓高效回收利用,高溫?zé)煔鈨艋厥绽茫苯鹦袠I(yè)各種生產(chǎn)工序的余熱余壓能量回收等。目前,工業(yè)余熱回收的方法主要有熱交換、熱工交換,以及通過熱泵將熱能直接用于供熱,主要用于低溫余熱收集。工業(yè)余熱利用多為蒸氣發(fā)電系統(tǒng)。
  鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)煤氣、蒸汽等熱能回收利用,使得98%以上的資源得到深度開發(fā)。例如山鋼集團(tuán)實(shí)施“焦?fàn)t上升管荒煤氣梯級(jí)換熱中壓蒸汽回收關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)目;沙鋼集團(tuán)與70多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)蒸汽資源共享;河北邢臺(tái)德龍鋼鐵公司高爐沖渣水余熱供暖項(xiàng)目,可向周邊面積達(dá)200多萬平方米的居民住宅供暖;山西省呂梁市中陽鋼鐵公司充分利用高爐沖渣水、燒結(jié)、轉(zhuǎn)爐等生產(chǎn)工序的余熱,接入中陽縣城集中供熱設(shè)施,增加了集中供熱面積,淘汰了數(shù)百臺(tái)采暖燃煤小鍋爐,使企業(yè)綠色發(fā)展的效益從內(nèi)部延伸到社會(huì)。
  中國首創(chuàng)水熱聯(lián)產(chǎn)技術(shù)結(jié)合大型跨季蓄熱裝置。此前,國家電投山東核電與清華大學(xué)聯(lián)合建設(shè)的“水熱同產(chǎn)同送”科技示范工程在山東海陽投運(yùn)。其通過對(duì)核能進(jìn)行先發(fā)電、后制水、再供暖的三級(jí)高效利用,為世界“零碳”能耗供熱+“零碳”能耗制水提供了“中國方案”。
  據(jù)江億測算,水熱聯(lián)產(chǎn)技術(shù)結(jié)合大型跨季節(jié)儲(chǔ)熱,1億千瓦的核電廠可年產(chǎn)100億噸淡水,可為100億平方米建筑供熱,且成本只有“南水北調(diào)+熱電聯(lián)產(chǎn)”的50%,將為我國北方沿海地區(qū)徹底解決水資源問題、零碳供暖問題提供新思路。
  “核電供熱改造為遠(yuǎn)距離供熱”項(xiàng)目有福建福清、連云港田青、浙江秦山等。例如秦山核電核能綜合利用項(xiàng)目——核能供暖節(jié)能改造項(xiàng)目,建設(shè)地點(diǎn)位于浙江省嘉興市,建設(shè)周期為2021年~2022年,供熱水主管線長約14.5公里、管徑為DN600毫米,并配套建設(shè)有廠外熱力站等。
  供熱有季節(jié)性的特點(diǎn),因此,大量的核電、工業(yè)等余熱,都應(yīng)高效存儲(chǔ)于冬季供暖,而利用大型跨季節(jié)蓄熱裝置回收大量余熱資源,將使原本僅能運(yùn)行3個(gè)~4個(gè)月的余熱回收裝置實(shí)現(xiàn)全年運(yùn)行。
  有專家建議,一是在沿海地區(qū)建設(shè)若干大型跨季節(jié)蓄熱裝置,開發(fā)利用沿海地區(qū)核電、火電、鋼鐵企業(yè)余熱資源,理論上可為80億平方米建筑供熱;二是在北方地區(qū)建設(shè)若干大型跨季節(jié)儲(chǔ)熱裝置,開發(fā)利用現(xiàn)存的3億千瓦火電,可以得到4億千瓦熱量,也可以為80億平方米建筑供熱;三是在中西部地區(qū)建設(shè)若干中型跨季節(jié)蓄熱裝置,開發(fā)利用鋼鐵、有色、化工、機(jī)電產(chǎn)業(yè)和垃圾焚燒等余熱,有望為10億平方米建筑供熱。
  城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)碳達(dá)峰、碳中和的愿景。城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)力爭于2030年實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)分散煤爐基本清零,到2035年城鎮(zhèn)供暖累計(jì)替代煤1.1億噸,基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)無煤化,實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)供熱領(lǐng)域清潔化。因此,全國要關(guān)停的各類煤炭、燃油小鍋爐多達(dá)100萬臺(tái)。例如河北省辛集市主城區(qū)散煤替代集中供熱(含保障房)項(xiàng)目,天津市武清區(qū)燃煤供熱站改燃天然氣管網(wǎng)配套工程,陜西省延安市黃陵縣黃花溝村、虎尾村、張寨村等煤改氣供熱站項(xiàng)目等,為在全國逐步建立清潔取暖長效機(jī)制提供了有效經(jīng)驗(yàn)。
  目前,全國各類燃煤電廠達(dá)8000多家,每年將有數(shù)百家實(shí)施改造,上馬熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱供汽項(xiàng)目。“十三五”期間,我國對(duì)9.5億千瓦的燃煤發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了改造,建成全世界最大的清潔發(fā)電體系,對(duì)京津冀及周邊地區(qū)的冬季清潔取暖的散煤替代完成了2500多萬戶的相關(guān)設(shè)施改造。因此,城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)碳排放將先于建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,與電力系統(tǒng)同步實(shí)現(xiàn)碳中和,與電力系統(tǒng)同步進(jìn)入碳市場。

來源:中國冶金報(bào)-中國鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:張雨恬

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