熱電聯產源網一體化協同智能供熱關鍵技術開發及應用檢視原始碼討論檢視歷史

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熱電聯產源網一體化協同智能供熱關鍵技術開發及應用近年來，隨着節能減排的嚴格要求，分散供熱鍋爐越來越多的被拆除，以及居民對生活質量要求逐漸提高，使得居民集中供熱面積急劇增長，清潔燃煤熱電聯產作為最佳的供熱方式之一，越來越多地被採用。外界熱負荷的急劇增長，導致了現有熱電機組的存量供熱能力嚴重不足，如何深度挖掘現有熱電機組的供熱能力，則是當前所需解決的關鍵問題。

一、背景

當前，傳統熱力企業仍採用分散控制、人工調網的粗放管理模式。集中供熱系統智能化水平低、供熱方式粗放、能耗高，同時存在管網跑冒滴漏、水力失衡等嚴重現象。我國集中供熱系統一次能源消耗水平高出歐洲同緯度甚至更高維度國家的一倍，主要是由於集中供熱系統中熱源、換熱站、熱用戶之間供熱信息相對孤立，只能採用傳統的「首站定流量、換熱站分攤」單向信息流調節方式，供熱調節信息關聯度差，無法按需供熱，過量供熱現象十分普遍。

另外，隨着國家能源消費結構轉型，新能源快速發展，電力產能過剩日益突出，受電網電源分布不均勻及結構限制的影響，新能源棄風、棄光問題十分普遍，此時火電機組作為電網靈活性調峰的主力電源，則至關重要。然而在供熱期，熱電機組為保證供熱，不能深度調峰，調峰能力僅為10%~20%，主要是由於基於傳統方法設計，使得熱電機組受制於熱電比，無法靈活調峰，這限制了純凝機組供熱改造或供熱機組供熱擴容，也給發展集中供熱、尋找穩定熱源廠帶來了嚴峻的挑戰。

本項目主要針對上述問題，結合國家的戰略發展需求，致力於解決熱電聯產集中供熱系統熱源側供熱能力不足、火電靈活性調節差以及熱源與熱網間信息孤立導致無法按需供熱等問題，提出了熱電聯產源網一體化協同智能供熱關鍵技術開發項目。

二、應用案例

項目概述

成果已應用于丹東金山熱電、大唐哈爾濱一熱、華電福源熱電、新疆華電哈密熱電等20餘家熱電企業，年節煤總量達到了62.2萬噸，節能效益顯著。部分主要工程應用情況如下：

（1）丹東金山熱電廠「源-儲-網」一體化協同智能供熱改造：應用後實現了熱源側汽輪機的冷端餘熱近零損失和電力零上網，提升了供熱系統的智能化水平。一個採暖季節煤7.49萬噸，年節煤收益達5842萬元；2台300MW機組新增供熱面積達670萬m2，極大保障了民生採暖需求；上一採暖季完成調峰電量1.87億KWh，獲調峰收益9076萬元，有力促進了電網對新能源電力的消納。

（2）新疆華電哈密熱電廠新型凝抽背供熱改造：應用後實現了低壓缸不進汽做功的長期穩定運行，全年煤耗率下降10.7g/kWh，2台135MW機組新增供熱面積達380萬m2，新增年售熱收益6083萬元；在滿足外界供熱需求的同時，使得機組出力降至30%，實現了機組供熱和電力調峰的協同。

（3）華電鄒城熱力公司智能供熱改造：應用後實現單位面積採暖熱耗下降15%以上，通過節熱、節水、節電，一個採暖季共獲經濟收益達774.2萬元。

（4）瀋陽金山熱電分公司200MW熱電機組新型凝抽背供熱改造：應用後實現新增對外供熱能力97MW，相比於分散供熱鍋爐，一個採暖季節煤為5.05萬噸，節煤收益達3939萬元/年；在保證一定供熱負荷時，還可使得機組電負荷率降低至25%，由此獲得十分可觀的調峰收益（參照丹東金山應用項目）。

（5）華電包頭髮電分公司600MW熱電機組吸收式熱泵供熱改造：應用後實現新增對外供熱能力148MW，滿足了新增供熱面積300萬m2的熱負荷需求，回收餘熱量折算成標煤為一個採暖季節約標煤7.13萬噸，節煤收益5561萬元。效益十分明顯。

本項目通過在20餘家熱電企業實施工程應用，實現年節煤總量達62.2萬噸，按煤價780元/噸計算，節能收益總共達4.85億元，經濟效益顯著。另外，本項目還充分挖掘了熱電機組的電力調峰能力，調峰收益顯著，以東北為例，僅一個採暖期，丹東金山熱電廠可獲調峰收益達9076萬元。

本項目通過節約煤炭資源消耗，實現每年減少排放：155萬噸CO2、9974噸NOX、9433噸SO2、12091噸粉塵，減排效益十分顯著。同時有力提升了機組的對外供熱能力，共新增供熱面積達4600萬m2，極大保障了民生採暖需求。並且通過熱電機組的電力調峰挖掘，有力提升了電網中新能源電力的消納比例，間接產生了良好的減排效益。

主要效益

直接經濟效益

通過在20餘家熱電企業實施工程應用，實現年節煤總量達62.2萬噸，按煤價780元/噸計算，節能收益總共達4.85億元。另外，本項目還充分挖掘了熱電機組的電力調峰能力，以東北為例，僅一個採暖期，丹東金山熱電廠可獲調峰收益達9076萬元。

社會效益與間接經濟效益

社會效益情況：

（1）推動行業進步與轉型：項目推進了集中供熱系統的「互聯網+」智慧能源建設，利用互聯網思維，改變「首站給定流量、換熱站分攤」的傳統調節方式，實現集中供熱系統的供熱方式由「以能量生產為導向」向「以負荷需求為導向」的轉變，創新了集中供熱系統的能量生產運營模式，推進城市供熱產業升級。

（2）提升節能減排效益：將工程應用的整體節煤效果折算成減排效果，得出減排為每年減少：155萬噸CO2、9974噸NOX、9433噸SO2、12091噸粉塵，減排效益顯著。

（3）保障居民生活基礎設施：本項目有力提升了機組供熱能力，通過一系列措施共新增供熱面積達4600萬m2，極大保障了民生採暖需求。

（4）改善居民生活質量：通過智能供熱系統，實現了企業對用戶反饋信息的及時處理，提升了客服效率與服務質量；解決用戶側過量供熱、冷熱不均等問題，提升了居民採暖的舒適度。

（5）提升新能源消納：通過挖掘熱電機組的電力調峰，有力提升了電網中新能源電力的消納比例，提高用電能的清潔效果，間接產生了良好的減排效益。

間接經濟效益情況

（1）通過節煤產生的減排效果，間接節省大量的排污成本，根據排污費徵收標準及計算方法等指標計算，每年共節省：碳交易成本6414萬元，NOX排污成本651萬元，SO2排污成本616萬元。

（2）本項目不僅極大地減少環保設備設施的成本投入，還節省可觀的環保設備運營成本，參照單位運營成本指標計算，每年共節省：脫硝運營成本5075萬元、脫硫運營成本3056萬元、除塵運營成本102萬元。

三、技術要點

1、針對國內集中供熱系統熱源與熱網間信息孤立的問題，從源網一體化的角度，提出了熱電聯產「熱源-儲熱-熱網」協同調節技術，建立了一種耦合熱電機組、餘熱回收系統、蓄熱系統、熱網系統等一體化智能供熱模型，制定了源網一體化經濟性調控策略，實現了熱源側和用戶側負荷智能匹配的協同調節和高效節能供熱。

2、針對當前換熱站單一變量調節曲線引起調節粗放而致使過量供熱嚴重的問題，提出了一種「一站一優化曲線」的智能調節方法，根據在線測量室外溫度、太陽輻射、室外風速等參數，制定特定的智能調節曲線，高效調節各換熱站的供熱量，實現了熱網和用戶負荷的智能調控。

3、針對熱電機組供熱能力不足、電力調峰低下等問題，自主研發了低壓缸不進汽做功及凝抽背工況間在線切換的新型凝抽背供熱技術和首站疏水換熱與吸收式熱泵集成的餘熱回收梯級供熱技術，形成了熱電機組耦合吸收式熱泵、新型凝抽背供熱等技術的智能供熱系統，實現熱電機組的深度餘熱利用和熱電解耦運行。

四、應用前景

依據「十三五」規劃，「十三五」期間，3.5億千瓦火電裝機將改造為熱電機組，至2020年，熱電機組裝機比重將增為40%。依據《熱電聯產管理辦法》，力爭實現北方大中型以上城市熱電聯產集中供熱率達到60%以上，20萬人口以上縣城熱電聯產全覆蓋。依據《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017-2020）》，要求大力發展清潔燃煤集中供暖等清潔供供熱方式，到2021年，北方地區清潔取暖率達到70%，替代散燒煤1.5億噸，供熱系統能耗降至15 kg標煤/平方米以下、能耗指標下降30%以上。「十三五」期間，我剛剛提出了熱電機組和常規煤電靈活性改造規模分別達到1.33億千瓦和8600萬千瓦左右。由此可見，熱電聯產集中供熱在未來將會得到快速的發展，本項目技術成果具有着十分廣闊的應用市場。

本項目在借鑑國外先進經驗的基礎上，結合國內基本情況，以當前社會進一步向前發展所面臨的技術問題，進行自主開發，形成了熱電聯產「源-儲-網」一體化協同智能供熱技術體系，取得了重大技術創新，符合國家政策導向與市場發展需求。