煤-氣聯(lián)合促進(jìn)供熱規(guī)模效益雙提升

0 引言

2018年前，河北集中供熱的主要熱源均為燃煤機(jī)組，少數(shù)天然氣供熱公司一般規(guī)模較小，只能靠壓縮供熱時(shí)段、爭(zhēng)取政府補(bǔ)貼勉強(qiáng)維持。2018年初，石家莊裕華熱電由于供熱能力飽和，新增5臺(tái)天然氣熱水爐作為備用熱源。然而，由于氣價(jià)過(guò)高，很難盈利，只能長(zhǎng)期停備，境遇很無(wú)奈。從供熱角度看，隨著城市范圍的迅速擴(kuò)張，人民對(duì)藍(lán)天白云、清潔供暖的呼聲愈發(fā)高漲，供熱市場(chǎng)需求日益增加，供熱企業(yè)遇到前所未有的挑戰(zhàn)。

1 面臨的問(wèn)題

作為省會(huì)石家莊城區(qū)集中供熱主要熱源之一的華電河北公司，擁有1家獨(dú)立熱網(wǎng)、3個(gè)熱源廠、上萬(wàn)家用戶，3個(gè)熱源廠分布于主城區(qū)東北部、西部、南部三個(gè)方向，通過(guò)管網(wǎng)向中心城區(qū)供熱。近年來(lái)受環(huán)保、地理位置等局限，同時(shí)受“無(wú)煤化”、解決“火電圍城”等地方政策的影響，致使熱源建設(shè)進(jìn)度遠(yuǎn)不能滿足供熱需求，供熱能力增速明顯滯后于市場(chǎng)需求增速。2019年新投產(chǎn)的燃機(jī)因收益與成本倒掛無(wú)法正常運(yùn)行，新增的供熱能力無(wú)法轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力，供熱市場(chǎng)占比逐年下降。

2 煤-氣聯(lián)合供熱思路

供熱企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力，唯有擴(kuò)大規(guī)模、提高市場(chǎng)占有率。新增的燃?xì)夤崮軌蛱嵘崮芰?，為新開用戶創(chuàng)造了條件，但燃?xì)鉄嵩磫为?dú)供熱依然會(huì)增加虧損，于是創(chuàng)新提出煤-氣聯(lián)合供熱思路。即增量市場(chǎng)由煤機(jī)、燃?xì)鉄嵩垂餐袚?dān)，由煤機(jī)承擔(dān)基荷與腰荷、燃?xì)鉄嵩闯袚?dān)尖峰負(fù)荷，只要綜合熱價(jià)低于長(zhǎng)輸供熱，熱源熱網(wǎng)企業(yè)都能夠隨供熱量的增加而增加供熱邊際效益，在整體實(shí)現(xiàn)盈利的前提下，促進(jìn)供熱量與供熱效益“雙提升”。

3 供熱“雙提升”數(shù)據(jù)分析

通過(guò)煤-氣聯(lián)合供熱實(shí)現(xiàn)供熱量與供熱效益“雙提升”的關(guān)鍵，在于如何確定止損平衡點(diǎn)，即市場(chǎng)開發(fā)如何定量、煤機(jī)與燃機(jī)負(fù)荷如何分配，必須進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)算。以熱源熱網(wǎng)間貿(mào)易結(jié)算關(guān)口智能熱量表存儲(chǔ)的海量歷史供熱數(shù)據(jù)為依據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析機(jī)理，找出整個(gè)采暖期供熱負(fù)荷變化規(guī)律，為有序開發(fā)供熱市場(chǎng)、最大釋放供熱機(jī)組潛力、實(shí)現(xiàn)區(qū)域效益最大化提供明確的方向指導(dǎo)和詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持。

3.1 通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，合理調(diào)整負(fù)荷分配

3.1.1 對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選與提取

以熱源熱網(wǎng)間貿(mào)易結(jié)算關(guān)口智能熱量表存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)為分析對(duì)象，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)將采暖期整點(diǎn)熱負(fù)荷導(dǎo)出，并對(duì)數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，修正不合理數(shù)據(jù)、補(bǔ)齊缺少的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的精度和可靠性。如表1所示。

表1 2017-2018年采暖期裕華供熱關(guān)口熱負(fù)荷數(shù)據(jù) 單位：kJ/s、吉焦、MW

3.1.2 找出歷史數(shù)據(jù)變化規(guī)律

根據(jù)供熱關(guān)口熱負(fù)荷海量數(shù)據(jù)，選取標(biāo)準(zhǔn)采暖期120天2880個(gè)整點(diǎn)負(fù)荷為代表，由大到小進(jìn)行排序，繪制出最大熱負(fù)荷持續(xù)曲線，完整說(shuō)明整個(gè)采暖期情況。如表2、圖1所示。

表2 2017-2018年采暖期裕華供熱關(guān)口熱負(fù)荷排序表 單位：MW

圖1 2017-2018年采暖期裕華供熱關(guān)口最大熱負(fù)荷持續(xù)曲線

根據(jù)暖期熱負(fù)荷代表數(shù)據(jù)和最大熱負(fù)荷持續(xù)曲線，分析得出熱負(fù)荷變化規(guī)律數(shù)據(jù)。如表3所示。

表3 歷史熱負(fù)荷主要指標(biāo)表

3.1.3 利用歷史數(shù)據(jù)變化規(guī)律推算熱負(fù)荷最佳分配

設(shè)定新開發(fā)熱負(fù)荷與同區(qū)域既有熱負(fù)荷變化規(guī)律基本一致，最大熱負(fù)荷利用小時(shí)基本相當(dāng)，既有最大熱負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到燃煤熱源最大供熱能力。在此基礎(chǔ)上，以調(diào)增100MW熱負(fù)荷為起點(diǎn)、以10MW為級(jí)差，增加的負(fù)荷通過(guò)燃?xì)鉄嵩聪麥p高于燃煤熱源供熱能力的峰值。試算調(diào)增負(fù)荷后增加熱量中燃?xì)鉄嵩凑{(diào)峰所供的熱量占比，只要滿足熱網(wǎng)購(gòu)熱價(jià)格低于長(zhǎng)輸熱價(jià)的條件，即為最佳分配要求。計(jì)算公式如下：

式中，P為第i時(shí)刻煤、氣熱源總熱負(fù)荷，P為調(diào)整之前最大熱負(fù)荷，n為燃?xì)鉄嵩催\(yùn)行小時(shí)數(shù)。結(jié)論如表4所示。

表4 燃?xì)庹{(diào)峰熱量占比情況表 單位：MW、萬(wàn)吉焦、%、元/吉焦

根據(jù)試算結(jié)論，調(diào)增200MW熱負(fù)荷后綜合熱價(jià)達(dá)到41.45元/吉焦、接近長(zhǎng)輸熱價(jià)，燃?xì)庹{(diào)峰熱量占比24.21%、在20%～30%之間，可選定為最佳開發(fā)目標(biāo)。

3.1.4 對(duì)熱負(fù)荷分配結(jié)論進(jìn)行校核

以調(diào)增200MW熱負(fù)荷為分析對(duì)象，對(duì)調(diào)整前、調(diào)整后、調(diào)增量及燃?xì)鉄嵩凑{(diào)峰量列表對(duì)比。如表5所示。

表5 燃?xì)庹{(diào)峰熱量占比情況表 單位：MW

將調(diào)整前最大熱負(fù)荷持續(xù)曲線、調(diào)增后熱負(fù)荷曲線、以及通過(guò)燃?xì)鉄嵩聪麥p調(diào)增后熱負(fù)荷峰值情況在同一坐標(biāo)系中列示。如圖2所示。

圖2 調(diào)增后采暖期最大熱負(fù)荷持續(xù)曲線

根據(jù)調(diào)增后熱負(fù)荷代表數(shù)據(jù)和最大熱負(fù)荷持續(xù)曲線，分析得出以下調(diào)增后供熱主要指標(biāo)。如表6所示。

表6 調(diào)增后供熱主要指標(biāo)表

煤機(jī)調(diào)增后與調(diào)增前熱負(fù)荷代表數(shù)據(jù)持續(xù)曲線對(duì)比，調(diào)增后峰、谷負(fù)荷均明顯提升。如圖3所示。

圖3 調(diào)增前后煤機(jī)熱負(fù)荷持續(xù)曲線對(duì)比

3.2 精準(zhǔn)測(cè)算成本，重新平衡效益分配

石熱燃機(jī)為河北省投運(yùn)的首臺(tái)燃機(jī)，天然氣供熱也屬全省首例，沒(méi)有可借鑒的歷史資料，結(jié)合內(nèi)外部情況，本著成本均攤的思路，河北公司臨時(shí)出臺(tái)了66.36元/吉焦的網(wǎng)廠結(jié)算熱價(jià)。根據(jù)長(zhǎng)輸供熱價(jià)格43.67元/吉焦、天然氣內(nèi)部?jī)r(jià)格66.36元/吉焦、燃煤居民供熱價(jià)格32元/吉焦的比價(jià)關(guān)系，提升供熱負(fù)荷、納入新增的燃?xì)夤?，只要新增熱量中燃?xì)夤嵴急瓤刂圃?0%～30%之間，綜合熱價(jià)就能保持在38.8～42.3元/吉焦之間。這一價(jià)格區(qū)間低于長(zhǎng)輸熱價(jià)，熱源熱網(wǎng)均可隨供熱量的增加而增加供熱邊際效益。

若增加200MW熱負(fù)荷，熱源側(cè)發(fā)電、供熱合計(jì)產(chǎn)生效益約2595萬(wàn)元，熱網(wǎng)側(cè)直接效益約3303萬(wàn)元。區(qū)域共增效益約5898萬(wàn)元。

4 供熱“雙提升”實(shí)施效果

4.1 挖掘煤機(jī)供熱潛力，發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組優(yōu)勢(shì)

河北區(qū)域3家熱源廠的煤機(jī)供熱達(dá)產(chǎn)率基本維持在70%左右，供熱初、末期輸出裕度約30%-50%，極寒天氣則輸出明顯不足。燃煤供熱機(jī)組只有在熱負(fù)荷達(dá)到額定工況運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)，既能增加收益、又可保證能耗水平最低。因此，盡可能延長(zhǎng)煤機(jī)最大熱負(fù)荷運(yùn)行時(shí)段，即可提升煤機(jī)初、末期供熱負(fù)荷，進(jìn)一步發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的優(yōu)勢(shì)。這就需要增加用戶側(cè)需求，根據(jù)2017-2018年采暖期裕華區(qū)域計(jì)費(fèi)面積1769.68萬(wàn)平方米測(cè)算，當(dāng)熱源最大供熱能力736.86MW時(shí)，按照單位面積熱耗41.64瓦/平方米、對(duì)應(yīng)調(diào)增200MW熱負(fù)荷計(jì)算，供熱計(jì)費(fèi)面積可增加480萬(wàn)平方米。2019年，河北區(qū)域新增開戶面積324萬(wàn)平米，終于突破了近年0開戶的瓶頸。

4.2 利用燃機(jī)調(diào)峰，發(fā)揮新增供熱能力的提效作用

根據(jù)大數(shù)據(jù)分析，按照煤機(jī)承擔(dān)基荷與腰荷、燃?xì)夤岢袚?dān)尖峰負(fù)荷的原則，在保證區(qū)域盈利范圍內(nèi)，提升煤機(jī)整體負(fù)荷水平，適時(shí)啟動(dòng)燃?xì)夤?、增加頂峰?fù)荷，使得面臨投產(chǎn)即擱置風(fēng)險(xiǎn)的新增燃機(jī)在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮提效作用。2019-2020采暖季，裕華燃?xì)鉄崴疇t供熱量同比增加19.91萬(wàn)吉焦。

4.3 開啟“靈活供熱”新模式，內(nèi)外互動(dòng)占市場(chǎng)

基于區(qū)域內(nèi)供熱面積有限，供熱初、末期煤機(jī)仍有余度的現(xiàn)狀，本著互利共贏的目標(biāo)，大膽提出與其他中、小天然氣供熱公司合作的設(shè)想，開啟“靈活供熱”新模式，即河北公司的煤機(jī)熱源向外延伸替代其他供熱公司承擔(dān)初末期低谷負(fù)荷、高峰時(shí)收回向外提供的能力增補(bǔ)內(nèi)部需求，其他供熱公司熱源低谷時(shí)停備、高峰時(shí)自己承擔(dān)自身尖峰負(fù)荷。河北公司主動(dòng)接洽市區(qū)內(nèi)燃煤爐供熱等具有環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)的小型供熱企業(yè)以及燃?xì)鉅t供熱等成本較高的小型供熱企業(yè)，積極分享靈活供熱理念，開發(fā)低谷富裕熱量躉售業(yè)務(wù)，利用外部因素帶動(dòng)內(nèi)部煤機(jī)熱源負(fù)荷在低谷時(shí)段增長(zhǎng)，最大限度釋放區(qū)域熱源供熱潛能。2019年與7家天然氣供熱公司簽訂“靈活供熱”框架協(xié)議，面積達(dá)119萬(wàn)平米。

4.4 試點(diǎn)區(qū)域總體實(shí)施效果

2019年，河北公司以裕華供熱區(qū)域?yàn)橹饕圏c(diǎn)實(shí)施供熱“雙提升”管理，一方面燃煤機(jī)組平均熱負(fù)荷得到提升、供熱能力進(jìn)一步釋放，解決了供熱初、末期機(jī)組能力富余、而嚴(yán)寒期機(jī)組能力吃緊的問(wèn)題，供熱量實(shí)現(xiàn)同比增長(zhǎng)；另一方面燃?xì)夤嵬度?，將高成本的燃?xì)鉄嵩崔D(zhuǎn)化成為新的效益增長(zhǎng)點(diǎn)，突破市場(chǎng)開拓瓶頸，解決了丟失終端市場(chǎng)的問(wèn)題，供熱效益實(shí)現(xiàn)同比增長(zhǎng)。

2019-2020采暖季，以2019年11月16日-2020年3月14日（120天）為可比統(tǒng)計(jì)期，熱網(wǎng)側(cè)新增供熱面積267萬(wàn)平米、靈活供熱面積119萬(wàn)平米，增加管建費(fèi)收入8587萬(wàn)元，增加熱費(fèi)收入5769萬(wàn)元，效益增加2748萬(wàn)元。試點(diǎn)熱源側(cè)增加供熱量104萬(wàn)吉焦，裕華供電煤耗同比降低12.03克/千瓦時(shí)，效益增加1556萬(wàn)元。河北公司整體增加效益4304萬(wàn)元。

河北公司供熱“雙提升”舉措得到集團(tuán)公司高度認(rèn)可，華電集團(tuán)決定在全集團(tuán)系統(tǒng)開展為期三年的供熱“雙提升”活動(dòng)，號(hào)召全集團(tuán)學(xué)習(xí)推廣河北公司經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)論

華電河北公司2019年實(shí)施煤-氣聯(lián)合促進(jìn)供熱“雙提升”管理，效果顯著，值得推廣。

經(jīng)濟(jì)效益方面，燃機(jī)熱源得到有效利用，煤機(jī)熱源供熱能力得到充分釋放，熱網(wǎng)供熱規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，網(wǎng)源經(jīng)濟(jì)效益均得到提升。

管理效益方面，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析實(shí)施供熱“雙提升”管理，利用歷史數(shù)據(jù)創(chuàng)造更大的價(jià)值，盤活了數(shù)據(jù)資源，為供熱大數(shù)據(jù)參與輔助決策開辟了新路徑；同時(shí)煤-氣聯(lián)合供熱理念為供熱事業(yè)闖出新方向，供熱市場(chǎng)開拓空間得到進(jìn)一步擴(kuò)大與深化。

社會(huì)效益方面，供熱企業(yè)市場(chǎng)占有率實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)，更多居民享受到高標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)供熱服務(wù)；同時(shí)開啟了重型燃機(jī)清潔供暖的新時(shí)代，為政府打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)、提高人民福祉提供了強(qiáng)有力的支撐；另外，推行“靈活供熱”商業(yè)模式，帶動(dòng)供熱產(chǎn)業(yè)向靈活發(fā)展新方向前進(jìn)，不僅幫助小規(guī)模供熱公司降低經(jīng)營(yíng)成本、實(shí)現(xiàn)互利共贏，而且緩解了政府天然氣財(cái)政補(bǔ)貼壓力，為改善民生做出了重大貢獻(xiàn)。