耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)

高智溥，萬逵芳，劉 巖，趙文波，鄧愛祥

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 石景山 100040)

耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)

高智溥，萬逵芳，劉 巖，趙文波，鄧愛祥

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 石景山 100040)

為探索經(jīng)濟(jì)、高效的利用棄風(fēng)供熱和熱電廠循環(huán)水余熱的深度利用，實現(xiàn)節(jié)能減排效益最大化，依據(jù)能量梯級利用原理，提出一種耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)以壓縮式熱泵為核心，將電網(wǎng)與熱網(wǎng)兩大能量輸送通道有機(jī)結(jié)合起來，以熱泵消耗的電能和回收的循環(huán)水余熱替代城鎮(zhèn)熱網(wǎng)中的燃煤鍋爐供熱，同時壓縮式熱泵耗電也為風(fēng)電上網(wǎng)騰出等量的電能輸送空間。模擬分析結(jié)果表明：該供熱系統(tǒng)可以實現(xiàn)熱電廠循環(huán)水余熱100%回收利用，提高熱電廠供熱能力30%，實現(xiàn)風(fēng)電棄風(fēng)遠(yuǎn)距離、大面積、集中供熱；該系統(tǒng)每消納1 MW·h棄風(fēng)電量可節(jié)約標(biāo)煤約0.7 t，是蓄熱電鍋爐棄風(fēng)供熱方案節(jié)能量的4倍左右，同時可節(jié)約水資源3.64 t；供熱電費成本為常規(guī)方案的20%～30%，是一種較為理想的利用棄風(fēng)供熱方式。

棄風(fēng)電量；供熱；熱電聯(lián)產(chǎn)；循環(huán)水余熱

0 引言

近年來，我國風(fēng)電棄風(fēng)現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，全國年棄風(fēng)電量均在100億 kW·h[1-2]以上，2016年更是達(dá)到497億 kW·h的歷史新高。煤電調(diào)峰靈活性不足[3]是風(fēng)電棄風(fēng)的主要原因之一，而冬季熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組“以熱定電”模式運行，被認(rèn)為進(jìn)一步加重了風(fēng)電棄風(fēng)[4-5]。

為促進(jìn)風(fēng)電消納，國家能源局近年來多次下文推進(jìn)風(fēng)電清潔供熱工作，國內(nèi)出現(xiàn)少數(shù)采用蓄熱電鍋爐的棄風(fēng)供熱示范項目，多以綁定風(fēng)電場不棄風(fēng)或少棄風(fēng)為條件[6]。雖然替代小型燃煤鍋爐供熱，取得較好節(jié)能減排效果，但經(jīng)濟(jì)性差[6-7]。許夢瑩等[8]對多種風(fēng)電供熱技術(shù)方案的能源利用率和經(jīng)濟(jì)性研究表明，風(fēng)電-地源熱泵組合方案能效最高、運行費用最低，但需要有穩(wěn)定的地?zé)豳Y源。

作為電網(wǎng)與熱網(wǎng)銜接的紐帶，熱電廠參與風(fēng)電調(diào)峰是火電靈活性改造的重點。呂泉等[9-11]提出熱電廠通過“熱電解耦”技術(shù)參與風(fēng)電消納的設(shè)想，并對旁路補(bǔ)償供熱、電加熱補(bǔ)償供熱、儲熱補(bǔ)償供熱[12-13]以及電加熱+儲熱補(bǔ)償供熱這4種可行方案的原理、調(diào)峰幅度和效益等進(jìn)行了研究。認(rèn)為儲熱裝置補(bǔ)償供熱方案在排擠純凝機(jī)組發(fā)電的情況下每消納1 MW·h棄風(fēng)電量節(jié)能效果最好，可達(dá)0.315 t標(biāo)煤，電鍋爐和旁路方案節(jié)煤僅0.167 t[10-11]。姜浩[14]對基于電鍋爐的熱電廠棄風(fēng)消納方案進(jìn)行了研究。徐飛等[15]認(rèn)為包含大容量儲熱的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可簡單經(jīng)濟(jì)地解決可再生能源大規(guī)模消納問題。

上述所有熱電解耦方案本質(zhì)上都可視為是棄風(fēng)供熱，只是棄風(fēng)代替了效率高、污染較少的熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐。其存在以下不足： (1)消納棄風(fēng)的同時并不增加熱電廠供熱能力，無法取代用戶側(cè)效率低、污染重的燃煤供熱鍋爐以取得更好的節(jié)能減排效果。(2)旁路及電鍋爐補(bǔ)償供熱用能不合理，做功能力損失大，消納棄風(fēng)時由熱電聯(lián)產(chǎn)向熱電分產(chǎn)傾斜。(3)熱電廠仍有大量循環(huán)水余熱通過冷卻塔散失到大氣中，造成不必要的能源和水資源浪費。

根據(jù)各汽機(jī)廠商提供的熱平衡圖，1臺300 MW供熱機(jī)組，在500 t/h抽汽供熱工況下，通過水塔丟棄的余熱約為100 MW，折合每個供熱季節(jié)丟棄4億 kW·h左右的能量。全國熱電機(jī)組冬季丟棄的循環(huán)水余熱總量恐不低于全年棄風(fēng)電量。而吸收式熱泵和雙背壓雙轉(zhuǎn)子等技術(shù)只能回收全廠循環(huán)水余熱的50%以下[16]。

針對上述問題，本文將電網(wǎng)和熱網(wǎng)有機(jī)結(jié)合，提出耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的熱電廠供熱方案，在為風(fēng)電上網(wǎng)讓出相應(yīng)通道的同時，回收循環(huán)水余熱，大幅度增加熱電廠供熱能力以取代燃煤鍋爐供熱，節(jié)能減排效益翻番。同時，克服了吸收式熱泵、雙背壓雙轉(zhuǎn)子等技術(shù)回收循環(huán)水余熱能力小且無助于棄風(fēng)消納的不足。為風(fēng)電消納和熱電機(jī)組循環(huán)水余熱全面回收提供新的解決方案。

1 耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)原理

1.1 方案及工作原理

圖1 方案示意圖Fig.1 Schematic diagram of scheme

耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的熱電廠供熱方案如圖1所示，熱電機(jī)組所發(fā)電能一部分用于驅(qū)動壓縮式熱泵回收循環(huán)水余熱，為風(fēng)電上網(wǎng)騰出相應(yīng)輸送空間，減少棄風(fēng)，用戶電負(fù)荷總量不變但風(fēng)電占比增加；壓縮式熱泵將原本丟棄到大氣中的循環(huán)水余熱回收，形成穩(wěn)定的供熱熱源，從而可以通過一次管網(wǎng)取代用戶側(cè)小型燃煤鍋爐供熱；從整體效果看，棄風(fēng)減少、循環(huán)水余熱取代小型鍋爐供熱，燃煤減少，該方案的社會節(jié)能減排效益比較明顯。在沒有棄風(fēng)時段，熱泵耗電源于燃煤發(fā)電機(jī)組，確保棄風(fēng)供熱可靠性。

本方案另一個優(yōu)勢在于，供熱初末期，熱泵仍可以滿負(fù)荷消納棄風(fēng)，制熱負(fù)荷超過新增熱負(fù)荷需求時，可以用于替代部分熱電機(jī)組抽汽供熱。

1.2 系統(tǒng)描述

1.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的熱電廠供熱方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)設(shè)置于熱電廠內(nèi)或毗鄰熱電廠，可分為壓縮式熱泵、熱網(wǎng)水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和抽汽系統(tǒng)幾個部分。以2×300 MW裝機(jī)熱電廠為例，說明如下。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of system structure

壓縮式熱泵為電動機(jī)驅(qū)動，電源來自熱電廠發(fā)電機(jī)組出力。

循環(huán)水系統(tǒng)： 2臺汽輪機(jī)凝汽器出口循環(huán)水進(jìn)入壓縮式熱泵被提取熱量冷卻后，接入循環(huán)水泵入口，經(jīng)循環(huán)水泵升壓后進(jìn)入凝汽器吸收乏汽余熱，而后再進(jìn)入熱泵，循環(huán)往復(fù)，在余熱可以完全回收時，冷卻塔停用。需要調(diào)節(jié)冷端熱平衡時，可以使部分循環(huán)水進(jìn)入冷卻塔，保證凝汽器出口循環(huán)水溫度恒定。

熱網(wǎng)水系統(tǒng)： 棄風(fēng)供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)回水與熱電廠原有熱網(wǎng)回水均進(jìn)入壓縮式熱泵，提取循環(huán)水余熱后進(jìn)入各自熱網(wǎng)加熱器，被抽汽加熱至合格溫度后經(jīng)各自一次管網(wǎng)供給熱用戶。若棄風(fēng)供熱區(qū)域毗鄰熱電廠原有負(fù)荷區(qū)域且原一次管網(wǎng)輸送能力裕度足夠，可以不再新建一次管網(wǎng)。

抽汽系統(tǒng)：2臺機(jī)組采暖抽汽除按原有管道進(jìn)入原熱網(wǎng)加熱器外，分別引出1根管道接入棄風(fēng)供熱系統(tǒng)新增熱網(wǎng)加熱器。熱網(wǎng)加熱器疏水仍按原方案回歸熱力系統(tǒng)。

1.2.2 系統(tǒng)典型參數(shù)

以某2×300 MW機(jī)組配置熱電廠為例，耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)典型參數(shù)如表1所示?？梢姡厥杖垦h(huán)水余熱后全廠供熱能力增加550萬 m2。據(jù)統(tǒng)計，我國“三北”地區(qū)至少有58億 m2建筑物仍采用燃煤鍋爐供熱，這為熱電廠余熱供熱提供了足夠的消納空間。

表1 系統(tǒng)典型參數(shù)

1.3 系統(tǒng)運行方式及蓄放熱過程

與帶蓄熱裝置方案不同，耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)具有蓄熱能力無窮大和蓄熱能量零損失的特點。與常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組余熱利用技術(shù)僅能回收1臺機(jī)組余熱不同，本系統(tǒng)方案可回收全部2臺機(jī)組余熱。

在棄風(fēng)較大時，壓縮式熱泵全負(fù)荷吸納棄風(fēng)電量，制熱量(吸納的風(fēng)電量和循環(huán)水余熱量之和)除用于自身新增面積供熱外，多出部分補(bǔ)充熱電機(jī)組原有供熱面積的供熱負(fù)荷，減少熱電機(jī)組供熱抽汽量。在電負(fù)荷不變的情況下，電廠燃煤量減少；此過程相當(dāng)于間接蓄熱，將風(fēng)電棄風(fēng)電量和循環(huán)水余熱量間接儲存在燃煤中。與蓄熱裝置相比，其優(yōu)勢在于，蓄熱容量無限，而且蓄熱過程沒有能量損失，無論連續(xù)大風(fēng)天氣持續(xù)多久，上述間接蓄熱過程都可持續(xù)進(jìn)行。

在棄風(fēng)電負(fù)荷較小或無棄風(fēng)時，有多種運行方式，可通過經(jīng)濟(jì)性比較選擇最優(yōu)運行方式： (1)利用熱電機(jī)組部分電負(fù)荷或從電網(wǎng)購電補(bǔ)充熱泵用電，回收全部循環(huán)水余熱；(2)根據(jù)風(fēng)電棄風(fēng)電負(fù)荷選擇熱泵部分負(fù)荷運行，回收機(jī)組部分余熱，或者停止運行；(3)供熱初末期和中期，在棄風(fēng)電負(fù)荷低或無棄風(fēng)期間，壓縮式熱泵在夜間低谷時段滿負(fù)荷運行，白天停運。但從簡化操作的角度考慮，不建議系統(tǒng)停止運行。

在熱泵系統(tǒng)低負(fù)荷或停止運行期間，新增供熱面積熱負(fù)荷需求由熱電機(jī)組抽汽滿足。此時機(jī)組抽汽量增加、燃煤量增加，相當(dāng)于將原先儲存的棄風(fēng)電量和余熱量重新釋放出來。

2 節(jié)能與節(jié)水分析

從社會角度看，本系統(tǒng)的作用是利用棄風(fēng)電量驅(qū)動壓縮式熱泵回收循環(huán)水余熱替代燃煤鍋爐供熱，故其節(jié)能量為燃煤鍋爐所消耗的燃煤量扣除循環(huán)水余熱回收過程中熱電機(jī)組增加的耗煤量。

2.1 節(jié)煤量

熱泵系統(tǒng)消納棄風(fēng)電量的節(jié)能量可用以下公式計算：

(1)

(2)

(3)

實際運行中，因風(fēng)電的不穩(wěn)定性，在棄風(fēng)電量較小甚至無棄風(fēng)電量時，熱泵運行耗電可視為源于熱電機(jī)組燃煤發(fā)電，節(jié)能量應(yīng)扣除此部分電量對應(yīng)的燃煤量。

以表1方案為例，假定燃煤供熱鍋爐效率為0.80、熱泵性能系數(shù)為5.0、一次管網(wǎng)效率為0.95、為回收循環(huán)水余熱提高背壓導(dǎo)致機(jī)組發(fā)電煤耗率增加3 g/(kW·h)。此時壓縮式熱泵回收循環(huán)水余熱系統(tǒng)每消納1 MW·h棄風(fēng)電量、消耗1 MW·h燃煤電量與傳統(tǒng)蓄熱電鍋爐棄風(fēng)供熱等方案的節(jié)能量見圖3。

圖3 不同方案節(jié)能量比較Fig.3 Energy saving in different schemes

可見，壓縮式熱泵回收循環(huán)水余熱方案的節(jié)能量可達(dá)0.72 t/(MW·h)，為蓄熱電鍋爐棄風(fēng)供熱方案節(jié)能量的4倍左右；即便以熱電機(jī)組發(fā)電驅(qū)動熱泵回收余熱，節(jié)能量仍可達(dá)0.45 t/(MW·h)，高于靈活性改造方案的節(jié)能量至少50%以上。若全國因此消納150億 kW·h風(fēng)電棄風(fēng)(約為全年棄風(fēng)電量的30%～40%)，則年節(jié)約標(biāo)煤將超過1 000萬 t。

2.2 節(jié)水分析

無余熱回收時，循環(huán)水通過冷卻塔將熱量散失到大氣中去，必然伴隨著循環(huán)水的蒸發(fā)損失和風(fēng)吹損失。冷卻塔的蒸發(fā)損失率為

(4)

式中：P1為蒸發(fā)損失水率；Kzf為系數(shù)(1/℃)，按表2選?。沪為循環(huán)水溫升，℃。

表2 系數(shù)Kzf取值

1臺300 MW熱電機(jī)組，冬季循環(huán)水流量15 000 t/h，余熱110 MW，可得Δt=6.31 ℃。按全天平均溫度-5 ℃取系數(shù)Kzf=0.000 9，則蒸發(fā)損失率為0.568%，風(fēng)吹損失按0.1%選取，循環(huán)水損失100 t/h(不含排污)。

采用熱泵回收機(jī)組全部余熱后，2臺機(jī)循環(huán)水不需冷卻塔冷卻，可節(jié)約循環(huán)水補(bǔ)水200 t/h，即每消納1 MW·h風(fēng)電棄風(fēng)用于余熱回收供熱，可節(jié)約循環(huán)水補(bǔ)水3.64 t(λCOP=5.0)。若全國由此消納50億 kW·h棄風(fēng)電量，則年節(jié)水約1 800萬 t。

2.3 棄風(fēng)電量消納能力

由于該系統(tǒng)不受蓄熱能力限制，所以只要可以為熱泵提高滿負(fù)荷運行的棄風(fēng)電量，熱泵可以完全消納，故其熱泵系統(tǒng)消納棄風(fēng)電量的能力僅取決于電廠可回收余熱量和當(dāng)?shù)氐臈夛L(fēng)率。

3 運營模式及經(jīng)濟(jì)性

3.1 運營模式探討

從管理角度看，棄風(fēng)供熱運營模式可以分為風(fēng)電企業(yè)主導(dǎo)、熱電廠主導(dǎo)以及多方共贏等模式；從供熱用能角度看，分為風(fēng)電完全供熱、風(fēng)電完全消納和風(fēng)電適度消納等模式。耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)與熱電廠系統(tǒng)緊密相連，互為補(bǔ)充，故建議以熱電廠主導(dǎo)，結(jié)合靈活性改造，盡可能多利用棄風(fēng)供熱的運行模式。

棄風(fēng)供熱涉及到風(fēng)電、電網(wǎng)、熱電、熱泵和熱網(wǎng)等環(huán)節(jié)，收益主要由風(fēng)電企業(yè)新增上網(wǎng)電量收入、供熱收費以及可能的調(diào)峰服務(wù)費。該收益在各環(huán)節(jié)的分配關(guān)系隨經(jīng)營模式的變化而不同。電網(wǎng)公司不參與到運營的環(huán)節(jié)，但通過電價、熱泵用電量認(rèn)定等政策影響總效益和自身的分享比例。風(fēng)電、熱源及熱網(wǎng)企業(yè)可能存在的幾種運營模式見表3。

表3 可能的經(jīng)營模式

至于熱泵脫離熱電廠獨立運營，可視為模式Ⅳ的特例，只是此時需從電網(wǎng)購電取代熱電廠部分發(fā)電負(fù)荷驅(qū)動熱泵，除電費支出發(fā)生變化外，其他與模式Ⅳ基本相同。

3.2 供熱電費成本

按照電廠發(fā)電成本0.25元/(kW·h)、蓄熱電鍋爐效率為0.95、熱泵性能系數(shù)為4.0～5.0，蓄熱電鍋爐供熱電費成本為73元/GJ、熱泵方案供熱電費成本約為13.9～17.4元/GJ。可見，熱泵方案供熱電費成本約是常規(guī)棄風(fēng)供熱方案(蓄熱電鍋爐)供熱成本的20%～30%(圖4)。

圖4 熱泵方案和電鍋爐方案供熱電費成本比較Fig.4 Electricity cost comparison between heat pump and electric boiler scheme.

目前熱電廠建筑采暖供熱價格大多在30元/GJ左右，居民采暖費在20～30元/m2左右，單純的電供暖根本沒有經(jīng)濟(jì)性可言。而本熱泵方案的供熱成本甚至低于熱電聯(lián)產(chǎn)抽汽供熱成本，具有很大優(yōu)勢。

3.3 效益分析

在不考慮投資成本時，耦合循環(huán)水余熱利用的棄風(fēng)供熱系統(tǒng)，其經(jīng)濟(jì)效益為

(5)

式中：E為項目收益，元；M1、M2、M3、M4分別為供熱、風(fēng)電新增發(fā)電、余熱排擠抽汽節(jié)煤及節(jié)水收入，元；M5、M6、M7分別為熱泵電費、熱網(wǎng)運維費和電網(wǎng)收費，元。

上述各項費用與運營模式相關(guān)，當(dāng)熱泵項目與熱網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營時，M1為采暖費與供熱面積的乘積，同時M6存在；若熱泵項目脫離熱網(wǎng)而向熱網(wǎng)躉售熱量時，M1為售熱單價與躉售熱量的乘積，同時M6為0；若熱泵項目與風(fēng)電廠獨立經(jīng)營，則風(fēng)電新增上網(wǎng)電量收益與熱泵項目無關(guān)，M2為0，但可以通過相關(guān)政策爭取較為便宜的電價補(bǔ)貼；而熱泵電費支出M5，取決于電網(wǎng)政策，以廠用電計量和上網(wǎng)電量計量帶來的差別很大。

仍以表1數(shù)據(jù)為例，對不同經(jīng)營模式的收支情況進(jìn)行分析，相關(guān)數(shù)據(jù)取值見表4；以上網(wǎng)電價結(jié)算熱泵用電支出的模式Ⅰ和以廠用電成本結(jié)算的模式Ⅱ的各項收支情況如圖5所示。

表4 經(jīng)濟(jì)性計算參數(shù)取值

圖5 模式Ⅰ和模式Ⅱ的各項收支情況Fig.5 Balance of payments in mode Ⅰ and Ⅱ

模式Ⅰ中，總收入有采暖費、節(jié)煤節(jié)水和風(fēng)電新增上網(wǎng)電量收入構(gòu)成，供熱收入為主，隨著熱泵消納棄風(fēng)電量占比增加，風(fēng)電廠新增上網(wǎng)電量收入占比越來越高；各項支出中以熱泵用電費用支出為主，占60%以上，其次為熱網(wǎng)運行維護(hù)費用支出。而隨著熱泵消納棄風(fēng)電量占比增加，電網(wǎng)收取的費用逐漸增加，但總體比例較小。模式Ⅱ與模式Ⅰ相比的供熱收入下降近50%，但也省去了熱網(wǎng)運行維護(hù)。此外，因熱泵耗電以常用電成本結(jié)算，故模式Ⅱ與模式Ⅰ相比，電費支出降低30%左右；若無法實現(xiàn)以廠用電結(jié)算熱泵電費，模式II的經(jīng)濟(jì)性要明顯低于模式Ⅰ。模式Ⅲ和模式Ⅳ各項收支情況，可分別對應(yīng)圖5中風(fēng)電棄風(fēng)電量占比為0的情況。在所有模式中二者收益情況最差。

圖5表明，在棄風(fēng)電量占比一定時，無論何種經(jīng)營模式，從風(fēng)電到熱網(wǎng)的總收益基本一致，只是隨著經(jīng)營主體和模式的不同，總收益在各主體之間的分配比例不同。

若以單位上網(wǎng)電量收入為基準(zhǔn)，則熱泵回收循環(huán)水余熱供熱每消納單位電量新增收入隨其消納的棄風(fēng)電量占比變化關(guān)系見圖6(a)(模式Ⅰ)和圖6(b)(模式Ⅱ)。模式Ⅲ和模式Ⅳ的上述對應(yīng)關(guān)系可分別見圖6中棄風(fēng)電量占比為0的情況。

圖6 模式Ⅰ和模式Ⅱ的收益與棄風(fēng)占比關(guān)系Fig.6 Relationship between income and wind curtailment ratio in mode Ⅰ and Ⅱ

不考慮投資等財務(wù)成本假設(shè)下，模式Ⅰ，即便不消納任何棄風(fēng)電量時(棄風(fēng)占比為0，相當(dāng)于模式Ⅲ)，1 MW·h電能用于余熱回收供熱仍比上網(wǎng)售電多收益321元；若消納的棄風(fēng)電量占比達(dá)到50%，則熱泵消耗1 MW·h電能帶來的收益達(dá)585元。模式Ⅱ中，當(dāng)躉售熱價提高40%后，熱泵消耗單位電能的收益方可接近模式Ⅰ的收益。但此時，熱網(wǎng)收益受損，最好爭取用電價格或采暖費用補(bǔ)貼。而對于模式Ⅳ，熱泵消耗1 MW·h電能的收益只有150元左右，考慮到熱泵投資較高，投資回收期恐將較長，應(yīng)爭取相應(yīng)的補(bǔ)償政策，畢竟熱泵的投資給風(fēng)電帶來豐厚收益，也給社會節(jié)能減排帶來了顯著貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論及建議

本文根據(jù)我國熱電機(jī)組冬季循環(huán)水余熱可用總量規(guī)模，提出了利用風(fēng)電棄風(fēng)驅(qū)動壓縮式熱泵回收熱電機(jī)組循環(huán)水余熱供熱的技術(shù)方案，并對其節(jié)能節(jié)水指標(biāo)及運營模式對效益影響進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

(1) 我國熱電機(jī)組循環(huán)水余熱可用總量不亞于年棄風(fēng)電量，且易于利用，應(yīng)予以足夠的重視，結(jié)合棄風(fēng)問題一并解決。

(2) 耦合循環(huán)水余熱利用的棄風(fēng)供熱技術(shù)，將電網(wǎng)和熱網(wǎng)兩大能量輸送通道有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)了棄風(fēng)遠(yuǎn)距離大面積集中供熱，不僅克服了以往棄風(fēng)供熱電能輸送桎梏或熱負(fù)荷受限等問題，也便于電網(wǎng)集中調(diào)度消納棄風(fēng)。耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)，以成熟可靠的壓縮式熱泵為核心設(shè)備，在現(xiàn)有熱網(wǎng)水條件下，可回收全部循環(huán)水余熱，汽機(jī)側(cè)無冷源損失，全廠能源綜合利用效率高達(dá)90%以上。蓄熱容量無限制、蓄熱過程無能量損失。在解決風(fēng)電棄風(fēng)的同時，節(jié)能量可達(dá)0.7 t/(MW·h)，節(jié)能量為蓄熱電鍋爐棄風(fēng)供熱的4倍左右。

(3) 耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)，在利用棄風(fēng)和余熱的同時，可節(jié)水3.64 t/(MW·h)。若全國充分利用，年節(jié)水有望達(dá)2 000萬 t。

(4) 耦合棄風(fēng)和循環(huán)水余熱的供熱系統(tǒng)，節(jié)能、節(jié)水和減排效益顯著，但投資較高，最好采用風(fēng)電-熱電-熱泵-熱網(wǎng)一體化經(jīng)營模式，確保投資盡快回收。

(5) 建議國家、政府、電網(wǎng)公司等出臺包括投資補(bǔ)貼、電價、電量結(jié)算、熱價或采暖費補(bǔ)貼等相關(guān)優(yōu)惠和扶持政策，以吸引更多社會投資，保證不同經(jīng)營模式的可持續(xù)發(fā)展。

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高智溥

(編輯 蔣毅恒)

Heat Supply System Coupling Wind Curtailment with Waste Energy in Cooling Water

GAO Zhipu, WAN Kuifang, LIU Yan, ZHAO Wenbo, DENG Aixiang

(China Datang Corporation Science and Technology Research Institute Co., Ltd., Shijingshan District, Beijing 100040, China)

To explore effective and economic scheme of heat supply with wind curtailment and deep recovery of waste energy in cooling water to achieve the most effectiveness for energy conservation and emission reduction, this paper proposes a heat supply system coupling wind curtailment with waste energy recovered from cooling water according to the principle of energy cascade utilization. This system is cored on compressing heat pump and combines the grid together with the heating network, replaces the coal-fired boiler in urban heating network as heat source with the electricity consumed and waste energy recovered by the heat pump. Meanwhile, the electricity consumed by heat pump also gives ways for equal wind curtailment connecting into the grid. The simulation results show that this heating system can recover 100 percent of the waste energy in cooling water, improves the heating ability of thermal power plant about 30 percent and realizes the long distance, large area, central heating of wind curtailment. It is estimated that 3.64 tons of water and 0.7 tons standard coal, about 4 times of that of the storage-electric boiler, can be saved if 1 MW·h wind curtailment is consumed. Also, this is an ideal scheme for wind curtailment consumption whose electricity cost is only 20～30 percent of that of conventional scheme.

wind curtailment; heat supply; heat-power cogeneration; waste energy in cooling water

TK 01

A

2096-2185(2017)03-0001-07

10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2017.03.001

中國大唐集團(tuán)公司重大科技項目子課題《熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電負(fù)荷解耦技術(shù)研究》。

2017-05-19

高智溥(1962—),男,本科，高級工程師,主要研究方向為電源優(yōu)化設(shè)計、優(yōu)化運行、節(jié)能減排、安全生產(chǎn)管理等；

萬逵芳(1969—)，男，博士，副教授，主要從事熱力系統(tǒng)節(jié)能、能源清潔高效利用及分布式能源等方面的研究，wankuifang@cdt-kxjs.com；

劉 巖(1987—)，男，博士，工程師，主要從事能源清潔高效利用及火電廠先進(jìn)測量技術(shù)研究；

趙文波(1962—)，男，學(xué)士，高級工程師，主要從事汽輪機(jī)及熱力系統(tǒng)能耗診斷及節(jié)能技術(shù)研究；

鄧愛祥(1969—)，男，高級工程師，主要從事電站熱力系統(tǒng)節(jié)能、故障診斷等方面的研究。