如何解决大城市中心高效集-华南理工大学.docVIP

如何解决大城市区域集中供暖难题？ 华贲1 熊永强1、2 罗向龙1、3 李亚军1 1华南理工大学天然气利用研究中心，2暨南大学化学系，3 广东工业大学 大城市中心供暖面临的高污染、低能效的严峻挑战 近十多年来我国经济增长突飞猛进，另世人瞩目。但与主要发达国家不同，支撑中国经济快速增长所耗用的一次能源70%是煤。近年来几乎每年净增燃煤2--3亿吨。中国的煤碳消耗已超过全世界耗量的一半；致使碳排放过快增加。按最近bp公司发布的2012年CO2排放数据，中国已达92亿吨，几乎等于占世界第二、第三、第四位的美国（57亿吨）俄罗斯（18亿吨）印度（17亿吨）排放总量之和。另方面，工业和供暖锅炉以燃煤为主所导致的PM2.5的排放已到了严重危害人民健康，难以容忍的地步。国家环保总局数据显示，600多个城市之中只有少部分PM2.5 达标。华北地区许多城市大气质量达标的日数只占1/3。这使得我国北方大城市以燃煤为主的供暖格局面临终结。各个城市纷纷提出并实施了各种替代燃煤供暖的方案。这个历史性的趋势已不可避免。 按照住建部统计，北方供暖需求总面积为400亿m2, 2011年底全国城镇和部分乡镇集中供暖面积供57.57亿m2。其中热电联产供暖只占37%。 “十二五”规划到2015年全国CHP装机达到2.5亿kW，集中供暖普及率达到65%，其中CHP占50%。也就是说，CHP供暖仍只占总供暖负荷的三成左右；其余的分散或集中供暖还是依靠热水锅炉 即使达到了“十二五”规划的上述目标，问题依然存在。按照科学用能的“高能高用、低能低用，温度对口、梯级利用”原则，保障18-20°C的室内环境温度，用60-45°C（散热片）或45-30的循环水（辐射供暖）已经足够。完全可以利用一次能源转换、利用最末端、“低级”温位的热量作为热源。而目前的CHP供暖从汽轮机抽出约0.5—1.0 MPa、饱和温度约150--180°C的蒸汽，通过130—65°C的循环热媒水加热80-50°C不等的采暖循环水，保障18-20°C的室内环境温度；这其实也是“高能低用”。而热水锅炉用燃烧温度可达1400°C的天然气直接加热热水，更是极端的“高能低用”。这是中国能源利用效率比世界平均低13个百分点的重要原因之一。 目前的天然气替代燃煤供暖模式面临的能效和经济性问题 北京、沈阳、大连等城市为解决PM2.5问题已经着手天然气替代燃煤供暖的改造。以北京市为例，方案的主旨是1）、迁出六环路以内的所有燃煤电站，2）、建设4个大型天然气热电联产机组集中供暖，3）、不足部分辅以天然气热水锅炉。其它城市以天然气为主的供暖方案也大同小异。 这种供暖方案存在着三个致命的问题： 1）、天然气机组的热电产出与实际需求比率严重不匹配。根据住建部的统计，我国建筑物终端耗能中空调和供暖占65%，热水占15%，电占14%，炊事占6%，即热电比约为80/14，大于5。而大型天然气联合循环机组发电效率已达50%，抽汽供暖模式的热负荷即使达到燃料热值的20%，热电产出比都不到0.5。既不能满足供热需求而必须大量依靠锅炉供暖；大量多余电力上网又严重亏损。 2）、我国终端消费的天然气与燃煤的等热值比价高于2，天然气发电成本比煤电高近一倍，大多数亏损。抽汽供热的成本也远远高于燃煤供暖。为避免增加居民负担，地方政府需支付数十到数百亿元计的补贴。仍占多数的天然气热水锅炉辅助供暖，不仅能源利用效率更低，亏损更多。 3）、由于能效低，单位供暖耗天然气量过大，致使城市天然气耗量冬夏季节差高达10倍以上，给天然气上、中游生产、运输和贮存系统运行带来极大的冲击和负担。导致冬季北方天然气价格上涨，进一步加剧了供暖的经济负担。 其它替代方案和先进供暖模式的探索和分析评价 迄今各地对解决供暖热源问题做出了许多努力和探索。北方许多地方采用了地源热泵，即利用大面积浅层土壤和地下水的蓄热能力，冬季用作热源取热并采用热泵升温供暖，地（水）温有所降低；夏季制冷用作热阱把热量回传，再使其温度回升。成功的案例系统投资约为400元/m2，但热泵的COP可达4左右；总体的供暖成本与燃煤机组抽汽供暖差不多。不过这种模式受到地质条件，城市中心可供打井的面积和成本的很大限制，并不是到处可用。特别是大城市打井更难。而且有冬夏供/取热不平衡，埋管传热系数衰减等问题。 沿海有的城市也学习瑞典经验，采用海水源热泵。冬季北方海岸附近水温3-4°C。即使采用50多°C的循环水温，因提升温度差高达50°C，热泵的功耗也很大，COP只有2-3左右。大连等地的试点项目表明，供暖费用十分昂贵。 利用汽轮机乏汽冷凝潜热的尝试和创新不的涌现。早在20年前，北方电厂小机组就已经有“破坏真空”供暖的部分推广。即藉降低冷凝器的真空度（也就是适当提高背压到50kPa左右）提高凝气温度到70--75°C左