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大氣污染防治與碳達峰碳中和發展要求下，我國實施嚴控新增煤電的發展戰略。在此背景下，一方面，火電廠正逐漸轉型為調峰電站，為可再生能源發電讓路或提供必要保障，也使得供熱電氣化成為未來發展大勢；另一方面，近年來各地紛紛加大了火電純凝機組和熱電聯產機組技術改造力度，將純凝火電改造為熱電聯產并回收余熱熱量成為未來熱電聯產的主要發展模式。

但在熱(re)電聯產機組“以熱(re)定電”的運(yun)行模式(shi)下，尤(you)其是在冬(dong)季用電高(gao)峰時期，電、熱(re)矛盾愈發(fa)凸顯。熱(re)電機組若發(fa)揮最大供熱(re)能(neng)力(li)，發(fa)電出(chu)力(li)不可(ke)調(diao)節；若為了滿足電力(li)調(diao)峰需求而降(jiang)低發(fa)電出(chu)力(li)，供熱(re)能(neng)力(li)則隨之下降(jiang)。

有沒有既滿(man)足電(dian)力調峰(feng)(feng)需求，又能(neng)有效保障熱(re)網供暖的(de)(de)方法？談及這一(yi)話題，近日(ri)，清華大學建(jian)筑節能(neng)研究中心(xin)付林教(jiao)授在接受本報(bao)記者專訪時“開(kai)”出了發展熱(re)電(dian)協同集中供熱(re)新模(mo)(mo)式(shi)的(de)(de)“藥方”。“熱(re)電(dian)廠(chang)必須(xu)改變(bian)現有運行模(mo)(mo)式(shi)，走熱(re)電(dian)協同之路，如此既可以(yi)按照改造前純凝電(dian)廠(chang)的(de)(de)方式(shi)承擔原有的(de)(de)發電(dian)調峰(feng)(feng)職責，又不降低電(dian)廠(chang)的(de)(de)供熱(re)能(neng)力，可謂一(yi)舉(ju)兩得。”

電廠既供熱又調峰難兼顧，現行改造手段高能低用弊端明顯

火(huo)(huo)力(li)(li)發電(dian)(dian)目(mu)前仍是我國發電(dian)(dian)的主(zhu)體，且(qie)短(duan)期(qi)內地(di)位難以(yi)改(gai)變。我國火(huo)(huo)力(li)(li)發電(dian)(dian)廠(chang)(chang)(chang)約一半(ban)以(yi)上(shang)集中(zhong)在北方地(di)區，其中(zhong)80%以(yi)上(shang)的火(huo)(huo)力(li)(li)發電(dian)(dian)廠(chang)(chang)(chang)屬(shu)于熱(re)電(dian)(dian)聯(lian)產(chan)廠(chang)(chang)(chang)，發電(dian)(dian)的同(tong)時兼具保障供熱(re)功(gong)能，熱(re)電(dian)(dian)廠(chang)(chang)(chang)其實是火(huo)(huo)力(li)(li)發電(dian)(dian)廠(chang)(chang)(chang)靈活(huo)性(xing)調節的主(zhu)力(li)(li)。

“火電(dian)未來的(de)定位(wei)是同時滿足北方地區供熱(re)和為可(ke)再生能(neng)源調峰，然而熱(re)電(dian)聯產‘以熱(re)定電(dian)’運行(xing)模式，熱(re)電(dian)輸(shu)出(chu)(chu)相互耦(ou)合、相互制約(yue)。因此(ci)需要找到一種解耦(ou)熱(re)電(dian)聯產的(de)熱(re)電(dian)輸(shu)出(chu)(chu)，使得熱(re)電(dian)機(ji)組在滿足供熱(re)負荷時，發(fa)電(dian)還能(neng)在大范圍內(nei)進行(xing)調節的(de)方式。”付(fu)林指出(chu)(chu)。

目前，不少熱電(dian)聯(lian)產(chan)廠正(zheng)在研(yan)究、實(shi)施靈活(huo)性改造，通過“熱電(dian)解耦”給電(dian)網調(diao)峰(feng)。但(dan)在付(fu)林看來(lai)，現行主要熱電(dian)聯(lian)產(chan)調(diao)峰(feng)手段(duan)在實(shi)際(ji)操作中存在諸多制約，或影響總供(gong)熱能力(li)，或存在不可逆損(sun)失(shi)，在提高電(dian)廠靈活(huo)性的同時會(hui)降低能源利用效率。

如(ru)通(tong)過電(dian)熱(re)(re)鍋(guo)(guo)爐解耦，需要在熱(re)(re)源側設置電(dian)熱(re)(re)鍋(guo)(guo)爐，電(dian)負(fu)荷低(di)谷期時消耗(hao)過剩電(dian)力(li)供(gong)熱(re)(re)。此方法對(dui)原系(xi)統改造小(xiao)，熱(re)(re)電(dian)解耦能力(li)強，甚至可以實現機組零(ling)上網或(huo)負(fu)上網，但高能低(di)用、系(xi)統低(di)效的缺點也十(shi)分明顯。

而在(zai)汽輪機(ji)旁(pang)通主蒸汽對外供熱(re)(re)解耦這一(yi)方式(shi)雖然改造簡單，熱(re)(re)電解耦能(neng)力(li)強，不降低(di)電廠供熱(re)(re)出力(li)，但與電鍋爐類似，都(dou)是將低(di)谷期的電直(zhi)接轉化為熱(re)(re)，系統能(neng)效低(di)下。

“以電(dian)(dian)熱(re)(re)(re)(re)鍋(guo)爐為(wei)(wei)例，雖然1度(du)電(dian)(dian)可(ke)轉(zhuan)變成1份熱(re)(re)(re)(re)，但1份熱(re)(re)(re)(re)只能轉(zhuan)換為(wei)(wei)0.4度(du)電(dian)(dian)，能量(liang)轉(zhuan)化效率非常低。”付林對記(ji)者直言，用(yong)電(dian)(dian)熱(re)(re)(re)(re)鍋(guo)爐為(wei)(wei)熱(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)解耦，整個(ge)過程(cheng)相當于先將之(zhi)(zhi)前的1份熱(re)(re)(re)(re)轉(zhuan)變為(wei)(wei)0.4度(du)電(dian)(dian)，之(zhi)(zhi)后又將這0.4度(du)電(dian)(dian)轉(zhuan)化為(wei)(wei)0.4份熱(re)(re)(re)(re)，換言之(zhi)(zhi)最終是(shi)(shi)將1份熱(re)(re)(re)(re)降低為(wei)(wei)了(le)0.4份熱(re)(re)(re)(re)，無疑是(shi)(shi)一(yi)種能源(yuan)資源(yuan)的極(ji)大浪費。

熱電協同為北方地區提供大型“儲能寶”，每年可釋放2億千瓦調峰能力

“熱電(dian)廠(chang)(chang)必須改(gai)變現行‘以(yi)熱定電(dian)’的(de)(de)運(yun)行方式。為(wei)解決這(zhe)一問題，我們提出了熱電(dian)協(xie)同(tong)的(de)(de)集(ji)中供熱系統新模(mo)式，基(ji)于電(dian)廠(chang)(chang)余熱回收(shou)集(ji)中供熱，可兼顧提高(gao)熱電(dian)聯產(chan)的(de)(de)能(neng)源利用效(xiao)率(lv)與靈活性。”付(fu)林(lin)強調(diao)，通過熱電(dian)協(xie)同(tong)，熱電(dian)廠(chang)(chang)仍可按照(zhao)改(gai)造前(qian)純凝電(dian)廠(chang)(chang)的(de)(de)方式承擔(dan)原有發電(dian)調(diao)峰職責，且(qie)不降(jiang)低(di)電(dian)廠(chang)(chang)的(de)(de)供熱能(neng)力。

付(fu)林(lin)介紹，在熱(re)(re)(re)電(dian)協同模式下，電(dian)負荷高(gao)(gao)峰(feng)期(qi)時，熱(re)(re)(re)電(dian)廠需要發更多(duo)電(dian)量(liang)，此時可在系統設置(zhi)一個低溫蓄(xu)熱(re)(re)(re)罐，用(yong)系統無法回收的(de)余(yu)熱(re)(re)(re)加熱(re)(re)(re)蓄(xu)熱(re)(re)(re)罐里(li)的(de)低溫水(shui)，將熱(re)(re)(re)儲存(cun)起來，并將高(gao)(gao)溫蓄(xu)熱(re)(re)(re)罐已(yi)儲存(cun)好的(de)的(de)熱(re)(re)(re)水(shui)置(zhi)換出來，以維(wei)持系統供熱(re)(re)(re)能力(li)(li)；而(er)電(dian)力(li)(li)負荷低谷期(qi)，則少發電(dian)多(duo)供熱(re)(re)(re)，或(huo)者用(yong)熱(re)(re)(re)泵制(zhi)備熱(re)(re)(re)水(shui)，并儲存(cun)在高(gao)(gao)溫儲罐里(li)用(yong)于電(dian)力(li)(li)高(gao)(gao)峰(feng)期(qi)供熱(re)(re)(re)。

這樣一來，在電(dian)力(li)負荷高(gao)峰期，熱電(dian)廠也能(neng)(neng)多發電(dian)，熱網供熱能(neng)(neng)力(li)卻(que)不會(hui)降低，從而(er)突破了(le)電(dian)廠余熱回(hui)收(shou)系統的發電(dian)功(gong)率調節范(fan)圍(wei)限制，實現了(le)熱電(dian)協(xie)同，大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)系統能(neng)(neng)效。

“與熱電聯產電廠相比，該(gai)模式相當于是一個儲(chu)電廠、抽水蓄能電站，或(huo)者說是超大號的儲(chu)電池，而且效率高、成本低(di)。”付林說，若該(gai)系統作為調峰(feng)使用，并在全國(guo)推廣，估計(ji)每年可為北方地(di)區釋放約2億千(qian)瓦(wa)的調峰(feng)能力(li)，這相當于2億千(qian)瓦(wa)的電力(li)儲(chu)能。

經濟技術可行，建議政府主導啟動試點示范

在付林看來，未來北方地區冬(dong)季(ji)清潔取(qu)暖“煤改電”規模持續(xu)擴大(da)，以及熱力行業(ye)整體電氣化逐步推進，冬(dong)季(ji)電力負荷無疑將逐年增長，這意味著冬(dong)季(ji)熱、電需求將同(tong)步迎來高(gao)峰。

以北京為(wei)例，隨著(zhu)農村地區大范圍推進煤改電，導致(zhi)當(dang)地電力(li)負荷冬夏基本一(yi)致(zhi)。不僅如此，未來，隨著(zhu)可再生能源發電高比例增(zeng)長，系統(tong)不穩(wen)定性增(zeng)加(jia)，也會讓原本缺電的(de)冬季(ji)“雪(xue)上加(jia)霜”。

“如果采(cai)用固(gu)有(you)方式，則需要多建火(huo)力(li)發電廠(chang)，但(dan)這(zhe)一模(mo)式雖然可以(yi)滿(man)足(zu)冬季(ji)需求，在夏季(ji)卻造(zao)成浪(lang)費，從(cong)而推(tui)高成本。”付林坦言，對(dui)熱(re)電聯產廠(chang)進行熱(re)電協同改造(zao)是能解決燃眉(mei)之(zhi)急的(de)方法。

以(yi)北方地區(qu)某熱(re)(re)電(dian)廠(chang)2×300MW濕冷(leng)機組組成的供(gong)(gong)熱(re)(re)系(xi)統為例，對電(dian)廠(chang)進行熱(re)(re)電(dian)協同改造，實現供(gong)(gong)暖期發電(dian)負(fu)荷調節范圍(wei)14%—91%，所需(xu)(xu)核心(xin)設(she)備為400MW熱(re)(re)泵(beng)和10萬(wan)立方米蓄熱(re)(re)罐，共約需(xu)(xu)投(tou)資4億元。

“電(dian)(dian)廠(chang)采用(yong)熱(re)(re)電(dian)(dian)協同系統(tong)后，可增(zeng)加供暖季(ji)低谷(gu)期(qi)機組供熱(re)(re)量和高(gao)峰期(qi)機組發電(dian)(dian)量，每個采暖季(ji)可獲(huo)得收益(yi)約0.5億(yi)元，熱(re)(re)電(dian)(dian)協同系統(tong)投(tou)資(zi)回(hui)收期(qi)約為8年。”付(fu)林指出。

“熱電(dian)協(xie)同系(xi)統推廣應(ying)用(yong)已(yi)經具備(bei)技術可(ke)行性，從長遠(yuan)看社(she)會、經濟、環境(jing)效(xiao)益(yi)兼具。但因(yin)其畢竟屬于新興事物(wu)，初(chu)期所需投資相(xiang)對較(jiao)高，目前遺(yi)憾還沒有找(zhao)到落地(di)場景。”付林坦言，因(yin)為現行上(shang)網(wang)電(dian)價機制，并不(bu)鼓(gu)勵高峰期多(duo)發電(dian)，反而(er)鼓(gu)勵了(le)不(bu)少地(di)方(fang)更多(duo)采(cai)用(yong)低效(xiao)消耗低谷電(dian)的(de)方(fang)式(shi)，從而(er)導致了(le)能源浪費，也不(bu)能解決高峰期電(dian)力短缺(que)的(de)問題(ti)。

“但(dan)如(ru)果(guo)可以(yi)享(xiang)受與抽水蓄能(neng)電(dian)(dian)(dian)站相同(tong)的(de)電(dian)(dian)(dian)價，熱電(dian)(dian)(dian)協同(tong)系(xi)統比(bi)抽水蓄能(neng)電(dian)(dian)(dian)站的(de)投資更小、成本更低(di)。在保持總發電(dian)(dian)(dian)量(liang)不減(jian)小的(de)情況下，如(ru)果(guo)將低(di)谷期上(shang)網(wang)(wang)電(dian)(dian)(dian)價降低(di)50%，而(er)高峰(feng)上(shang)網(wang)(wang)電(dian)(dian)(dian)價提高50%，上(shang)述熱電(dian)(dian)(dian)協同(tong)系(xi)統的(de)增量(liang)回收期降可低(di)至4.9年，經(jing)濟性進(jin)一步大幅提升，如(ru)此電(dian)(dian)(dian)熱協同(tong)才有望(wang)真正實現。”付(fu)林進(jin)一步建(jian)議，政府有關部(bu)門積極牽頭開(kai)展試點(dian)示范，取得一定經(jing)驗成效后再適時(shi)鼓勵推廣(guang)應用。