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清华大学付林:我认为宝贵的天然气要用于更为合理的地方

国际能源网能源资讯频道  来源:中国能源报  作者:朱妍  日期:2018-05-18
   随着我国城市能源结构的调整及环保要求持续加强,以天然气为一次能源的采暖方式渐成趋势。然而,受资源紧张、成本偏高、能源转换效率不足等因素制约,这一方式也暴露出不少问题,亟待进一步完善。
 
  那是否存在更为理想的城市供热方式?在清华大学建筑节能研究中心教授付林看来,北方地区供热减排潜力巨大,可将现有大型电厂及工业余热利用起来,辅之以天然气资源调峰,构建以京津冀一体化为范本的新型清洁供热体系。
 
  清洁取暖改造留下“后遗症”
 
  中国能源报:随着清洁取暖改造的集中、持续推进,北方采暖正在发生越来越多的变化。结合该背景,您如何看待北方城镇供热现状?
 
  付林:截至2016年底,我国北方城镇供热面积约140亿平方米,其中50%以上仍在使用污染严重的燃煤锅炉,约25%为燃煤热电联产供热,另有20%左右为天然气或电供热。每年还在新增建筑的情况下,清洁热源存量缺口已有70多亿平方米,清洁供热任务艰巨而急迫。
 
  目前,国家越来越重视北方清洁取暖问题,已展开系统认识探索,以加快提高清洁取暖比重。改造初衷是好的,成效也有目共睹,但同时也应及时总结、反思推行过程中出现的问题,特别是改造留下的一些“后遗症”。
 
  中国能源报:需要反思的“后遗症”主要有哪些?
 
  付林:清洁取暖改造的重点在于究竟怎么“改”。我们常说“宜气则气、宜电则电”,到底如何因地制宜?这是值得反思的关键。
 
  例如,北方多地以天然气为燃料的热电联产,从经济性看,因其投资高于分散的小燃气锅炉,燃料成本又比燃煤电厂高,往往只有在发电上网电价较高的条件下,才能体现出优势。除导致被改造地区供热成本大幅上升外,该方式因热电比小而造成天然气消耗量特别大。仅在京津冀地区,若按北京供热模式全部改为天然气热电厂和锅炉,至少就需600亿方天然气,相当于全国总用量的1/4,由此可能带来供气安全保障、氮氧化物排放加剧等一系列后续问题。
 
  再如,热电联产虽是北方城市能源转换效率最高的供热方式,但因其普遍采用“以热定电”模式,导致大量发电根据供热需求而定,难以再为电网调峰服务。如何在清洁取暖的同时解决这一矛盾,优化电、热、燃气构成的能源系统运行,是又一重要任务。
 
  “好气用在调峰上 ”
 
  中国能源报:如何优化电、热、燃气等资源在城市供热中的运行?
 
  付林:首先要弄清楚,天然气究竟该不该用于城市采暖?我认为宝贵的天然气要用于更为合理的地方,即设置在城市热网末端承担供热调峰作用。
 
  目前不少城市直接将燃煤锅炉改为大型燃气锅炉供热,该方式并不值得推广。燃气锅炉宜分散而不宜集中,在热网难以达到的地方,可适当采用分散化的小型燃气锅炉供热。同时,城市应重视建设季节性天然气储气设施,保障冬天供气安全。
 
  此外,还可将“以热定电”转化为“热电气协同”的方式,大幅提高热电联产灵活性,实现热电解耦。在北方城市已基本覆盖热网的基础上,可加装蓄热装置和热泵。电负荷低谷期,机组减小发电量并通过热泵消耗电量而产生高温热量,该热量存入蓄热装置;用电高峰时,供热机组减少抽汽供热而多发电,采暖负荷通过蓄热装置放热承担。由此在改变机组不同时间发电量的同时,实现电力调峰优化运行。
 
  中国能源报:除调峰外,如何进一步挖掘天然气供热的潜力?
 
  付林:天然气由一个碳加四个氢组成,燃烧时氢元素转化为水蒸气,也就是我们常见的白烟,携带较大比例热量。若能将这部分热量回收利用,不仅可消除冒烟问题,还可进一步提高燃气供热效率。现有大型热电厂中,尚有超过其供热量40%的低温烟气余热有待利用。
 
  针对大型燃气热电联产,我们现可通过全热回收技术,在输入燃气量不变、输出电力基本不变的前提下,将输出热量提高40%以上。针对燃气锅炉,利用直接接触式换热技术,使烟气温度降至20摄氏度甚至更低,由此实现深度回收,再通过吸收式热泵进行加热,从而将供暖热效率提升10%以上。即可实现热回收、减排与节水一体化,还可降低烟气氮氧化物浓度10%以上。
 
  探索京津冀清洁供暖一体化
 
  中国能源报:上述回收技术的经济性如何?
 
  付林:以北京为例,如按发电小时3500小时计算,燃气电厂年用气量约75亿方,燃气锅炉采暖季消耗气量约53亿方。根据上网电价0.65元/千瓦时、天然气价2.5元/标方折算,北京因供热产生的总成本约400亿元/年,每年额外还有上百亿元运行补贴。
 
  随着四大燃气热电中心的上马,北京城区已结束燃煤供热历史。北京燃气电厂供热能力现为1.2亿平方米,如能将排放烟气全部回收,再加上调峰部分的热量,即相当于在不增加天然气用量的情况下,新增供热面积1亿平方米。北京还有超过5亿平方米的天然气锅炉供热,余热回收后可增加5000多万平米供热面积。两部分相加达1.6亿平米左右,这意味着,不仅可使北京20%的建筑实现零污染供热,每年还可节约用气16亿方。
 
  中国能源报:基于这些技术,可为城市清洁供暖带来哪些推动?
 
  付林:实际上,余热回收技术既可用于燃气电厂,也可吸收北京周边燃煤电厂及工业余热。例如,利用周边燕山石化的余热可满足北京当地超2000万平方米供热需求。随着大温差、远距离供热技术得到应用,相比于天然气锅炉供热而言,余热供热的经济半径可达300公里以上。在北京300公里半径内,仅现有电厂供热潜力就达10亿平方米,甚至可满足京津冀地区其他城市的热需求。
 
  通过“外热入京”将余热送入北京,同时利用少量天然气配合调峰,即“4座燃气热电中心+燃气分布式调峰+N处余热回收”的方式,相比现行纯靠天然气供热的模式,不仅减少污染排放,还可减少能耗80%以上、降低供热成本1/3。
 
  在此基础上,我们还设想了一种以供热、天然气和电力为核心的京津冀清洁供热一体化模式。统筹考虑京津冀地区的能源资源,例如除“外热入京”,还可将北京的天然气资源分出一部分给津、冀等地,通过“热电协同”技术解决该地区乃至邻省的火电深度调峰和可再生能源消纳问题。统筹考虑京津冀地区的供热、天然气和电力资源,继而进一步实现能源一体化,推动供热、天然气、可再生能源及电力的协同发展、协同运行。
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