多位院士认可这项技术!穿山涉水,只为温暖你
2018-12-28 10:32  · 来源:中国能源报  · 作者:朱妍  · 责编:王长尧

  “看过不少供热管道,专门凿出这么长的隧道用于供热还是头一次见。”

  “热源离这几十公里远,损耗大吗?经济性怎么样?”

  “又是穿山又要过河,花这么大代价引热真的值吗?”

  12月中旬,北方正值寒冬,气温已降至零下十几摄氏度。在山西省太古高速交通隧道的一个入口处,4根巨型管道由西向东穿山而过,吸引来自全国各地主要供热企业的100多名从业者争相提问、取经。这里是太古大温差长输供热项目(下称“太古项目”)一角,也是施工难度最大的一段主管道。

  管道这头是7600万平方米采暖需求,另一头则是近70公里开外的古交兴能电厂。太古项目将清洁热源从“远方”引入太原主城区,一举满足全市约1/3的集中供暖需求,由此成为世界首个成功实施的大规模、长距离清洁供暖项目。

  “煤都”遭遇供热难题

  煤炭资源丰富的“煤都”太原,为何反要从别处引热?“一煤独大”的资源禀赋带来经济效益,同时也给太原埋下了环境隐患。

  时隔6年,太古项目技术牵头人、清华大学建筑节能研究中心教授付林仍清楚记得当时的困境。“截至2012年,太原供热总面积已达1.46亿平方米,其中各类燃煤锅炉供热量超过50%,污染大、效率低,给空气带来极大负担。但按照发展规划,就算把全市所有清洁热源加起来,也只能供热约5000万平方米。缺口巨大的情况下,供暖面积仍在以每年800万—1000万平方米的增速扩容,进一步加大了太原保供压力。主管负责人无奈找到我们,希望寻求一条可行路线。”

  “起初不是没有考虑其他方案。”太原市热力集团有限责任公司(下称“太原热力”)相关负责人向记者坦言,早在2013年,“气代煤”“电代煤”等措施尚未在北方大面积推广,“气化太原”等方案就已纳入考量。“出于气源供应、供暖成本等因素考虑,这些方案均未成形,可以说从古交电厂长途引热是被‘逼’出来的。”

  为何选择古交电厂?“首先是资源诱人,从客观上保证了热源稳定。”付林说,除已建成一期2台300兆瓦、二期2台600兆瓦的燃煤机组外,该厂还计划再建三期2台660兆瓦机组。

  “在达标排放的情况下,电厂排放着大量余热,但因温度多在30—40摄氏度,不能直接用于供热而常被视作‘废热’。通过乏汽梯级加热,原被浪费的余热就成了有价值的清洁热源,只需配合约20%燃气调峰,即可用于集中供暖。”付林表示,待三期全部建成后,古交电厂的余热足以满足近1亿平方米采暖需求。

  成本比燃气低五成

  热源有了,如何稳定而经济地送出?上述太原热力负责人告诉记者,考验输送效率的主要指标在于温度。“途中每降低1摄氏度,供热面积相应减少56万平方米;温降达到10摄氏度,热损失将高达10%。太古项目不仅距离长,热源电厂与终点之间还有180米的地形高差,因此‘保温’难度极大。”

  以4条37.8公里长的主管道为例,中国市政工程华北设计研究总院有限公司高级工程师陈泓透露,仅此一项工程就6次越过汾河、3次穿过铁路及高速公路,多处开山架管、穿越隧道。“为何非要凿出隧道,而不是避着走?如果避开,要么绕远路、要么加大高差,建设环节轻松了,无形中却增加运行阻碍。正是这些穿山隧道,让输送路程大大缩短,自然高差也减少300米,由此确保了工程的可实施性。”

  而首次应用的大温差技术则是运行关键。“一套完整热循环主要由‘一供一回’两根管网组成。在常规供热中,供水温度为120—130摄氏度,回水降至50—60摄氏度,二者温差越大,意味着热网输送效率越高、温度损失越少。”付林介绍,通过大温差技术,可在供水条件不变的情况下,将回水温度降至20—30摄氏度,由此拉大温差,将输送能力提高60%以上,项目在实际运行工况下的平均降温控制在0.9摄氏度。

  “回水温度降低,反过来又为电厂余热回收创造有利条件。”付林进一步称,在此推动下,古交电厂的余热资源得到充分挖掘,现已占到总供热量的70%以上,“相当于七成的热由‘原被排掉的热’提供。包括热源、输送工程、系统改造等成本在内,整个项目初投资为48亿元,相当于每平米投入不超过100元,在同等条件下远低于其他清洁取暖方式。尤其相比以燃气为主的采暖方式,前者不仅大大节约天然气用量,还可减少供暖成本50%左右。”

  可满足北方城镇供暖

  太古项目的环保效益同样不可忽视。统计显示,项目运行以来已替代太原254台分散燃煤锅炉,减少城市用煤400万吨,年节约标煤100万吨左右。

  近日在住建部科技与产业化发展中心与中国城镇供热协会主办的评估会上,以中国工程院院士倪维斗、肖绪文、闻雪友为首的12位评审专家,进一步肯定太古项目的价值——该工程为北方地区供热开辟了新途径,余热利用应作为城镇清洁供暖的主流方式。专家组认为,若能全面挖掘燃煤机组的余热潜力,未来每年将为北方地区节约标煤1亿吨以上。

  该观点也得到中国工程院院士江亿的赞同。“屋内通常只需维持在20度左右,就可满足冬季采暖需求。因此我们常说供热是‘吃粗粮’,任何高于20度的热源均可使用。为防止天然气等宝贵‘细粮’被高能低用,电厂余热应成为未来主流热源之一。”

  如何用好这些“主流”热源?付林指出,燃煤电厂目前仍在我国电力系统占据主导地位,仅以单机容量300兆瓦以上的机组计算,北方火电装机就达6亿千瓦,对应供热能力超9亿千瓦。“凡是城市周边200公里半径内的火电厂,均可实现长距离经济输送。因此将北方60%的余热用起来,再加上不到总热量5%的天然气在严寒期调峰,就可满足约200亿平方米供热,足以覆盖目前141亿平方米城镇供热需求。”

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