大氣污染防治與碳達(dá)峰碳中和發(fā)展要求下，我國實施嚴(yán)控新增煤電的發(fā)展戰(zhàn)略。在此背景下，一方面，火電廠正逐漸轉(zhuǎn)型為調(diào)峰電站，為可再生能源發(fā)電讓路或提供必要保障，也使得供熱電氣化成為未來發(fā)展大勢；另一方面，近年來各地紛紛加大了火電純凝機(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組技術(shù)改造力度，將純凝火電改造為熱電聯(lián)產(chǎn)并回收余熱熱量成為未來熱電聯(lián)產(chǎn)的主要發(fā)展模式。
但在熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組“以熱定電”的運行模式下，尤其是在冬季用電高峰時期，電、熱矛盾愈發(fā)凸顯。熱電機(jī)組若發(fā)揮最大供熱能力，發(fā)電出力不可調(diào)節(jié)；若為了滿足電力調(diào)峰需求而降低發(fā)電出力，供熱能力則隨之下降。
有沒有既滿足電力調(diào)峰需求，又能有效保障熱網(wǎng)供暖的方法？談及這一話題，近日，清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心付林教授在接受本報記者專訪時“開”出了發(fā)展熱電協(xié)同集中供熱新模式的“藥方”。“熱電廠必須改變現(xiàn)有運行模式，走熱電協(xié)同之路，如此既可以按照改造前純凝電廠的方式承擔(dān)原有的發(fā)電調(diào)峰職責(zé)，又不降低電廠的供熱能力，可謂一舉兩得。”
電廠既供熱又調(diào)峰難兼顧
現(xiàn)行改造手段高能低用弊端明顯
火力發(fā)電目前仍是我國發(fā)電的主體，且短期內(nèi)地位難以改變。我國火力發(fā)電廠約一半以上集中在北方地區(qū)，其中80%以上的火力發(fā)電廠屬于熱電聯(lián)產(chǎn)廠，發(fā)電的同時兼具保障供熱功能，熱電廠其實是火力發(fā)電廠靈活性調(diào)節(jié)的主力。
“火電未來的定位是同時滿足北方地區(qū)供熱和為可再生能源調(diào)峰，然而熱電聯(lián)產(chǎn)‘以熱定電’運行模式，熱電輸出相互耦合、相互制約。因此需要找到一種解耦熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電輸出，使得熱電機(jī)組在滿足供熱負(fù)荷時，發(fā)電還能在大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式。”付林指出。
目前，不少熱電聯(lián)產(chǎn)廠正在研究、實施靈活性改造，通過“熱電解耦”給電網(wǎng)調(diào)峰。但在付林看來，現(xiàn)行主要熱電聯(lián)產(chǎn)調(diào)峰手段在實際操作中存在諸多制約，或影響總供熱能力，或存在不可逆損失，在提高電廠靈活性的同時會降低能源利用效率。
如通過電熱鍋爐解耦，需要在熱源側(cè)設(shè)置電熱鍋爐，電負(fù)荷低谷期時消耗過剩電力供熱。此方法對原系統(tǒng)改造小，熱電解耦能力強(qiáng)，甚至可以實現(xiàn)機(jī)組零上網(wǎng)或負(fù)上網(wǎng)，但高能低用、系統(tǒng)低效的缺點也十分明顯。
而在汽輪機(jī)旁通主蒸汽對外供熱解耦這一方式雖然改造簡單，熱電解耦能力強(qiáng)，不降低電廠供熱出力，但與電鍋爐類似，都是將低谷期的電直接轉(zhuǎn)化為熱，系統(tǒng)能效低下。
“以電熱鍋爐為例，雖然1度電可轉(zhuǎn)變成1份熱，但1份熱只能轉(zhuǎn)換為0.4度電，能量轉(zhuǎn)化效率非常低。”付林對記者直言，用電熱鍋爐為熱電解耦，整個過程相當(dāng)于先將之前的1份熱轉(zhuǎn)變?yōu)?.4度電，之后又將這0.4度電轉(zhuǎn)化為0.4份熱，換言之最終是將1份熱降低為了0.4份熱，無疑是一種能源資源的極大浪費。
熱電協(xié)同為北方地區(qū)提供大型“儲能寶”
每年可釋放2億千瓦調(diào)峰能力
“熱電廠必須改變現(xiàn)行‘以熱定電’的運行方式。為解決這一問題，我們提出了熱電協(xié)同的集中供熱系統(tǒng)新模式，基于電廠余熱回收集中供熱，可兼顧提高熱電聯(lián)產(chǎn)的能源利用效率與靈活性。”付林強(qiáng)調(diào)，通過熱電協(xié)同，熱電廠仍可按照改造前純凝電廠的方式承擔(dān)原有發(fā)電調(diào)峰職責(zé)，且不降低電廠的供熱能力。
付林介紹，在熱電協(xié)同模式下，電負(fù)荷高峰期時，熱電廠需要發(fā)更多電量，此時可在系統(tǒng)設(shè)置一個低溫蓄熱罐，用系統(tǒng)無法回收的余熱加熱蓄熱罐里的低溫水，將熱儲存起來，并將高溫蓄熱罐已儲存好的的熱水置換出來，以維持系統(tǒng)供熱能力；而電力負(fù)荷低谷期，則少發(fā)電多供熱，或者用熱泵制備熱水，并儲存在高溫儲罐里用于電力高峰期供熱。
這樣一來，在電力負(fù)荷高峰期，熱電廠也能多發(fā)電，熱網(wǎng)供熱能力卻不會降低，從而突破了電廠余熱回收系統(tǒng)的發(fā)電功率調(diào)節(jié)范圍限制，實現(xiàn)了熱電協(xié)同，大大提高了系統(tǒng)能效。
“與熱電聯(lián)產(chǎn)電廠相比，該模式相當(dāng)于是一個儲電廠、抽水蓄能電站，或者說是超大號的儲電池，而且效率高、成本低。”付林說，若該系統(tǒng)作為調(diào)峰使用，并在全國推廣，估計每年可為北方地區(qū)釋放約2億千瓦的調(diào)峰能力，這相當(dāng)于2億千瓦的電力儲能。
經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行
建議政府主導(dǎo)啟動試點示范
在付林看來，未來北方地區(qū)冬季清潔取暖“煤改電”規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，以及熱力行業(yè)整體電氣化逐步推進(jìn)，冬季電力負(fù)荷無疑將逐年增長，這意味著冬季熱、電需求將同步迎來高峰。
以北京為例，隨著農(nóng)村地區(qū)大范圍推進(jìn)煤改電，導(dǎo)致當(dāng)?shù)仉娏ω?fù)荷冬夏基本一致。不僅如此，未來，隨著可再生能源發(fā)電高比例增長，系統(tǒng)不穩(wěn)定性增加，也會讓原本缺電的冬季“雪上加霜”。
“如果采用固有方式，則需要多建火力發(fā)電廠，但這一模式雖然可以滿足冬季需求，在夏季卻造成浪費，從而推高成本。”付林坦言，對熱電聯(lián)產(chǎn)廠進(jìn)行熱電協(xié)同改造是能解決燃眉之急的方法。
以北方地區(qū)某熱電廠2×300MW濕冷機(jī)組組成的供熱系統(tǒng)為例，對電廠進(jìn)行熱電協(xié)同改造，實現(xiàn)供暖期發(fā)電負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍14%—91%，所需核心設(shè)備為400MW熱泵和10萬立方米蓄熱罐，共約需投資4億元。
“電廠采用熱電協(xié)同系統(tǒng)后，可增加供暖季低谷期機(jī)組供熱量和高峰期機(jī)組發(fā)電量，每個采暖季可獲得收益約0.5億元，熱電協(xié)同系統(tǒng)投資回收期約為8年。”付林指出。
“熱電協(xié)同系統(tǒng)推廣應(yīng)用已經(jīng)具備技術(shù)可行性，從長遠(yuǎn)看社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益兼具。但因其畢竟屬于新興事物，初期所需投資相對較高，目前遺憾還沒有找到落地場景。”付林坦言，因為現(xiàn)行上網(wǎng)電價機(jī)制，并不鼓勵高峰期多發(fā)電，反而鼓勵了不少地方更多采用低效消耗低谷電的方式，從而導(dǎo)致了能源浪費，也不能解決高峰期電力短缺的問題。
“但如果可以享受與抽水蓄能電站相同的電價，熱電協(xié)同系統(tǒng)比抽水蓄能電站的投資更小、成本更低。在保持總發(fā)電量不減小的情況下，如果將低谷期上網(wǎng)電價降低50%，而高峰上網(wǎng)電價提高50%，上述熱電協(xié)同系統(tǒng)的增量回收期降可低至4.9年，經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步大幅提升，如此電熱協(xié)同才有望真正實現(xiàn)。”付林進(jìn)一步建議，政府有關(guān)部門積極牽頭開展試點示范，取得一定經(jīng)驗成效后再適時鼓勵推廣應(yīng)用。
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