蓄能技術(shù)在高寒地區(qū)熱網(wǎng)中的應(yīng)用

奚守譜

【摘 要】城市供熱是以保證人們生產(chǎn)生活用熱為目的的。生活用熱主要包括供暖和生活用熱水，隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，夏季集中供冷（空調(diào)）也劃為城市供熱的范圍。城市供熱設(shè)施的主要特征是熱源集中，并以不同規(guī)模的熱網(wǎng)向熱用戶輸送熱能。中國(guó)城市供熱絕大多數(shù)以保證城市供暖為主，用于生活熱水供應(yīng)僅是很少一部分，為保證供熱質(zhì)量，蓄能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，特別是在高寒地區(qū)蓄能系統(tǒng)還肩負(fù)著調(diào)峰供熱的重任。

【關(guān)鍵詞】蓄能技術(shù) 高寒地區(qū) 熱網(wǎng)

隨著中國(guó)城市化速度加快，人民生活水平不斷提高，在國(guó)家對(duì)于環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源采取了一系列政策措施的推動(dòng)下，城市供熱得到迅速發(fā)展，形成了以熱電聯(lián)產(chǎn)為主，熱電聯(lián)產(chǎn)占62.9%，區(qū)域鍋爐房占35.75%，其他占1.35%。集中供熱是城市能源建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，是城市現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志，也是國(guó)家能源合理分配和利用的一項(xiàng)重要措施。我國(guó)北部邊疆高寒地區(qū)，年供熱期長(zhǎng)達(dá)230天以上。自開(kāi)展高寒地區(qū)集中供熱以來(lái)，通過(guò)集中供熱方式極大改觀了城市面貌，在促進(jìn)城市建設(shè)與發(fā)展，改善生產(chǎn)、生活和招商引資環(huán)境，節(jié)約能源，減少污染等方面發(fā)揮出了極其重要的作用。

1 高寒地區(qū)開(kāi)展城市集中供熱的必要性

高寒地區(qū)供熱機(jī)組的熱電聯(lián)產(chǎn)綜合熱效率可達(dá)80%，而大型汽輪機(jī)組的發(fā)電熱效率一般為 50 %左右。區(qū)域大型供熱鍋爐的熱效率可達(dá)80%以上，而分散的小型鍋爐的熱效率只有30%左右；熱電聯(lián)產(chǎn)有條件安裝高煙囪和煙氣凈化裝置，便于消除煙塵，減輕大氣污染，改善環(huán)境衛(wèi)生，還可以實(shí)現(xiàn)低質(zhì)燃料和垃圾的利用；同時(shí)，集中供熱可以騰出大批分散的小鍋爐房及燃料 、灰渣堆放的占地，用于綠化，改善市容；可以減少司爐人員及燃料、灰渣的運(yùn)輸量和散落量，降低運(yùn)行費(fèi)用，改善環(huán)境衛(wèi)生；易于實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理，提高供熱質(zhì)量。為此大力開(kāi)展城市集中供熱是符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的，是必要的。

2 蓄能技術(shù)的應(yīng)用

2.1 集中供熱系統(tǒng)的組成

集中供熱系統(tǒng)包括熱源、熱網(wǎng)和熱用戶三部分。熱力系統(tǒng)中的初始水經(jīng)汽輪機(jī)抽汽加熱，一般為三級(jí)加熱器，經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵和電動(dòng)濾水器至換熱站。換熱站是熱電廠和用戶的一個(gè)紐帶，是供熱質(zhì)量的一個(gè)延伸和傳遞，換熱站能否高效運(yùn)行對(duì)改善整個(gè)熱網(wǎng)的熱力不足、提高供熱的品質(zhì)起著重要作用。換熱站熱力系統(tǒng)由一次網(wǎng)供回水系統(tǒng)、二次網(wǎng)供回水系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)、熱計(jì)量系統(tǒng)組成，各部分之間相互關(guān)聯(lián)相互作用。熱源經(jīng)過(guò)一次網(wǎng)供水管路進(jìn)入熱交換器，經(jīng)過(guò)充分的熱交換后，再由一次網(wǎng)回水管路流回?zé)嵩?。而二次網(wǎng)中的水在熱交換器中充分受熱后經(jīng)二次網(wǎng)供水管路進(jìn)入熱用戶，用戶取得熱量后，二次網(wǎng)循環(huán)泵將水通過(guò)二次網(wǎng)回水管路再進(jìn)入熱交換器，如此循環(huán)供熱給用戶。在蓄能系統(tǒng)中蓄熱罐是最重要的組成部分，它是蓄能系統(tǒng)的核心。

2.2 蓄熱罐工作原理

蓄熱罐內(nèi)部?jī)?chǔ)存熱水，因?yàn)楣ぷ鲏毫槌海罡吖ぷ鳒囟炔桓哂?8℃。水溫不同，水的密度不同，在一個(gè)足夠大容器中，熱水在上，冷水在下，中間為過(guò)渡層，這就是蓄熱罐內(nèi)水的分層原理。蓄熱罐就是根據(jù)水的分層原理設(shè)計(jì)和工作的，并使其工作保持在高效率。蓄熱時(shí)，熱水從上部水管進(jìn)入，冷水從下部水管排出，過(guò)渡層下移；放熱時(shí)，熱水從上部水管排出，冷水從下部水管進(jìn)入，過(guò)渡層上移。

蓄熱罐工作過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是其蓄熱放熱過(guò)程，在用戶低負(fù)荷時(shí)，將多余的熱能吸收儲(chǔ)存，等負(fù)荷上升時(shí)再放出使用。蓄熱罐工作時(shí)，應(yīng)保證其進(jìn)出口水量平衡，保持其液面穩(wěn)定，使其處于最大工作能力。另外，為避免蓄熱罐內(nèi)的水溶解氧而被帶入熱網(wǎng)，降低熱網(wǎng)水質(zhì)，蓄熱罐內(nèi)的液面上通常充入蒸汽（或氮?dú)猓?，保持微正壓，使蓄熱罐?nèi)的水和空氣隔離。

3 調(diào)峰蓄熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析

調(diào)峰蓄熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分為為政府給予的政策補(bǔ)償金額扣除系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本組成。

現(xiàn)行電力調(diào)峰補(bǔ)償政策：

按照國(guó)家能源局輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制工作總體部署，東北能源監(jiān)管局由2014年起草了《東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)監(jiān)管（征求意見(jiàn)稿）》。根據(jù)東北電網(wǎng)的實(shí)際情況，經(jīng)商電力調(diào)度機(jī)構(gòu)，決定于2014年8月1日啟動(dòng)?xùn)|北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)模擬運(yùn)行。自啟動(dòng)試運(yùn)行以來(lái)，東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)取得了顯著成效，深入挖掘了東北調(diào)峰潛力，提升了東北電力系統(tǒng)和熱網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。為了進(jìn)一步做好東北電力調(diào)峰市場(chǎng)工作，經(jīng)充分征求電力企業(yè)意見(jiàn)，東北監(jiān)管局由2015年2月28日再次下發(fā)了《<東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)監(jiān)管辦法（試行）>補(bǔ)充規(guī)定》。

調(diào)峰輔助服務(wù)是指并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組能夠隨時(shí)按照電力調(diào)度機(jī)構(gòu)的指令，滿足一定調(diào)節(jié)速率的要求，有計(jì)劃的按照電網(wǎng)負(fù)荷變化需求，平滑、穩(wěn)定調(diào)整機(jī)組出力或改變機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)所提供的調(diào)峰服務(wù)。間歇性電源不具備調(diào)峰輔助服務(wù)能力。

東北全網(wǎng)總裝機(jī)容量1.2億千瓦，其中：風(fēng)電裝機(jī)2347萬(wàn)千瓦，風(fēng)電占比19.6%，比例為全國(guó)六大區(qū)域最高；水電裝機(jī)803萬(wàn)千瓦，比例較低；核電裝機(jī)336萬(wàn)千瓦，發(fā)展較快。2015年調(diào)峰缺口達(dá)到800萬(wàn)千瓦，且仍呈上升趨勢(shì)，調(diào)峰資源在近幾年將成為稀缺資源，見(jiàn)表1調(diào)峰深度將和補(bǔ)償金額成正比。

為提高調(diào)度的靈活性，提升東北電力系統(tǒng)和區(qū)域熱網(wǎng)的安全運(yùn)行水平，使得峰谷電力得以充分利用，2016年3月25日，東北能源監(jiān)管局下發(fā)《<東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)監(jiān)管辦法（試行）>補(bǔ)充規(guī)定》，對(duì)調(diào)峰輔助服務(wù)分?jǐn)偨痤~的計(jì)算方法進(jìn)行了規(guī)定，表2對(duì)純火電和熱電機(jī)組分別進(jìn)行了調(diào)峰補(bǔ)償規(guī)定。

4 高寒地區(qū)供熱系統(tǒng)面臨的問(wèn)題

4.1 集中供熱企業(yè)多年來(lái)持續(xù)虧損

（1）近年來(lái)隨著煤炭等原材料價(jià)格大幅上漲，引起供熱成本不斷升高，而供熱價(jià)格調(diào)整幅度相對(duì)較小。

（2）集中供熱配套設(shè)施投資巨大，而熱網(wǎng)配套費(fèi)收取標(biāo)準(zhǔn)偏低，且減免范圍較大，建設(shè)資金缺口大，巨大的財(cái)務(wù)費(fèi)用給企業(yè)帶來(lái)了巨大壓力。

供熱屬公益性產(chǎn)業(yè)，但由于歷史原因，熱源、熱網(wǎng)均由供熱企業(yè)出資建設(shè)，投資巨大，現(xiàn)行城市建設(shè)配套費(fèi)收取標(biāo)準(zhǔn)較低，難以彌補(bǔ)熱網(wǎng)建設(shè)投資。

4.2 集中供熱企業(yè)為改善環(huán)境做出貢獻(xiàn)，但未從環(huán)保政策上受到優(yōu)惠

分散供熱的小鍋爐容量小，煙囪低（一般在40米以下），熱效率低（采暖小鍋爐在30%以下），除塵效果差（有的小鍋爐尚無(wú)正式的除塵設(shè)備）。而熱電廠的容量大、熱效率高、煙囪高、除塵效率高，脫硫設(shè)施齊備，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)還有利于灰渣綜合利用和節(jié)省寶貴的城市建設(shè)占地。然而由于多方面原因，環(huán)保部門(mén)并未認(rèn)識(shí)熱電廠對(duì)改善環(huán)境的積極作用。如在熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目申請(qǐng)批復(fù)過(guò)程中，在污染物排放指標(biāo)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面，環(huán)保部門(mén)不重視因建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)而減少的分散小鍋爐的污染物排放和環(huán)境污染問(wèn)題，而只認(rèn)為熱電廠是耗能大戶，是個(gè)污染源。供熱企業(yè)為環(huán)境和社會(huì)做出公益性貢獻(xiàn)，但卻未得到而應(yīng)得的優(yōu)惠政策。給供熱企業(yè)發(fā)展帶來(lái)了困難。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要以高寒地區(qū)熱力系統(tǒng)企業(yè)面臨的問(wèn)題為思考，分析高寒地區(qū)熱網(wǎng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，蓄能技術(shù)的工作原理、結(jié)合蓄能技術(shù)的調(diào)峰經(jīng)濟(jì)效益，論述了蓄能技術(shù)在高寒地區(qū)的應(yīng)用。