蓄能技術在高寒地區熱網中的應用

奚守譜

【摘 要】城市供熱是以保證人們生產生活用熱為目的的。生活用熱主要包括供暖和生活用熱水，隨著社會的發展和科學技術的進步，夏季集中供冷（空調）也劃為城市供熱的范圍。城市供熱設施的主要特征是熱源集中，并以不同規模的熱網向熱用戶輸送熱能。中國城市供熱絕大多數以保證城市供暖為主，用于生活熱水供應僅是很少一部分，為保證供熱質量，蓄能技術應運而生，特別是在高寒地區蓄能系統還肩負著調峰供熱的重任。

【關鍵詞】蓄能技術 高寒地區 熱網

隨著中國城市化速度加快，人民生活水平不斷提高，在國家對于環境保護和節約能源采取了一系列政策措施的推動下，城市供熱得到迅速發展，形成了以熱電聯產為主，熱電聯產占62.9%，區域鍋爐房占35.75%，其他占1.35%。集中供熱是城市能源建設的一項基礎設施，是城市現代化的一個重要標志，也是國家能源合理分配和利用的一項重要措施。我國北部邊疆高寒地區，年供熱期長達230天以上。自開展高寒地區集中供熱以來，通過集中供熱方式極大改觀了城市面貌，在促進城市建設與發展，改善生產、生活和招商引資環境，節約能源，減少污染等方面發揮出了極其重要的作用。

1 高寒地區開展城市集中供熱的必要性

高寒地區供熱機組的熱電聯產綜合熱效率可達80%，而大型汽輪機組的發電熱效率一般為 50 %左右。區域大型供熱鍋爐的熱效率可達80%以上，而分散的小型鍋爐的熱效率只有30%左右；熱電聯產有條件安裝高煙囪和煙氣凈化裝置，便于消除煙塵，減輕大氣污染，改善環境衛生，還可以實現低質燃料和垃圾的利用；同時，集中供熱可以騰出大批分散的小鍋爐房及燃料 、灰渣堆放的占地，用于綠化，改善市容；可以減少司爐人員及燃料、灰渣的運輸量和散落量，降低運行費用，改善環境衛生；易于實現科學管理，提高供熱質量。為此大力開展城市集中供熱是符合國家產業政策的，是必要的。

2 蓄能技術的應用

2.1 集中供熱系統的組成

集中供熱系統包括熱源、熱網和熱用戶三部分。熱力系統中的初始水經汽輪機抽汽加熱，一般為三級加熱器，經熱網循環水泵和電動濾水器至換熱站。換熱站是熱電廠和用戶的一個紐帶，是供熱質量的一個延伸和傳遞，換熱站能否高效運行對改善整個熱網的熱力不足、提高供熱的品質起著重要作用。換熱站熱力系統由一次網供回水系統、二次網供回水系統、補水系統、熱計量系統組成，各部分之間相互關聯相互作用。熱源經過一次網供水管路進入熱交換器，經過充分的熱交換后，再由一次網回水管路流回熱源。而二次網中的水在熱交換器中充分受熱后經二次網供水管路進入熱用戶，用戶取得熱量后，二次網循環泵將水通過二次網回水管路再進入熱交換器，如此循環供熱給用戶。在蓄能系統中蓄熱罐是最重要的組成部分，它是蓄能系統的核心。

2.2 蓄熱罐工作原理

蓄熱罐內部儲存熱水，因為工作壓力為常壓，最高工作溫度不高于98℃。水溫不同，水的密度不同，在一個足夠大容器中，熱水在上，冷水在下，中間為過渡層，這就是蓄熱罐內水的分層原理。蓄熱罐就是根據水的分層原理設計和工作的，并使其工作保持在高效率。蓄熱時，熱水從上部水管進入，冷水從下部水管排出，過渡層下移；放熱時，熱水從上部水管排出，冷水從下部水管進入，過渡層上移。

蓄熱罐工作過程的實質就是其蓄熱放熱過程，在用戶低負荷時，將多余的熱能吸收儲存，等負荷上升時再放出使用。蓄熱罐工作時，應保證其進出口水量平衡，保持其液面穩定，使其處于最大工作能力。另外，為避免蓄熱罐內的水溶解氧而被帶入熱網，降低熱網水質，蓄熱罐內的液面上通常充入蒸汽（或氮氣），保持微正壓，使蓄熱罐內的水和空氣隔離。

3 調峰蓄熱系統經濟效益分析

調峰蓄熱系統經濟效益分為為政府給予的政策補償金額扣除系統的運營成本組成。

現行電力調峰補償政策：

按照國家能源局輔助服務補償機制工作總體部署，東北能源監管局由2014年起草了《東北電力調峰輔助服務市場監管（征求意見稿）》。根據東北電網的實際情況，經商電力調度機構，決定于2014年8月1日啟動東北電力調峰輔助服務市場模擬運行。自啟動試運行以來，東北電力調峰輔助服務市場取得了顯著成效，深入挖掘了東北調峰潛力，提升了東北電力系統和熱網的安全運行水平。為了進一步做好東北電力調峰市場工作，經充分征求電力企業意見，東北監管局由2015年2月28日再次下發了《<東北電力調峰輔助服務市場監管辦法（試行）>補充規定》。

調峰輔助服務是指并網發電機組能夠隨時按照電力調度機構的指令，滿足一定調節速率的要求，有計劃的按照電網負荷變化需求，平滑、穩定調整機組出力或改變機組運行狀態所提供的調峰服務。間歇性電源不具備調峰輔助服務能力。

東北全網總裝機容量1.2億千瓦，其中：風電裝機2347萬千瓦，風電占比19.6%，比例為全國六大區域最高；水電裝機803萬千瓦，比例較低；核電裝機336萬千瓦，發展較快。2015年調峰缺口達到800萬千瓦，且仍呈上升趨勢，調峰資源在近幾年將成為稀缺資源，見表1調峰深度將和補償金額成正比。

為提高調度的靈活性，提升東北電力系統和區域熱網的安全運行水平，使得峰谷電力得以充分利用，2016年3月25日，東北能源監管局下發《<東北電力調峰輔助服務市場監管辦法（試行）>補充規定》，對調峰輔助服務分攤金額的計算方法進行了規定，表2對純火電和熱電機組分別進行了調峰補償規定。

4 高寒地區供熱系統面臨的問題

4.1 集中供熱企業多年來持續虧損

（1）近年來隨著煤炭等原材料價格大幅上漲，引起供熱成本不斷升高，而供熱價格調整幅度相對較小。

（2）集中供熱配套設施投資巨大，而熱網配套費收取標準偏低，且減免范圍較大，建設資金缺口大，巨大的財務費用給企業帶來了巨大壓力。

供熱屬公益性產業，但由于歷史原因，熱源、熱網均由供熱企業出資建設，投資巨大，現行城市建設配套費收取標準較低，難以彌補熱網建設投資。

4.2 集中供熱企業為改善環境做出貢獻，但未從環保政策上受到優惠

分散供熱的小鍋爐容量小，煙囪低（一般在40米以下），熱效率低（采暖小鍋爐在30%以下），除塵效果差（有的小鍋爐尚無正式的除塵設備）。而熱電廠的容量大、熱效率高、煙囪高、除塵效率高，脫硫設施齊備，實現熱電聯產還有利于灰渣綜合利用和節省寶貴的城市建設占地。然而由于多方面原因，環保部門并未認識熱電廠對改善環境的積極作用。如在熱電聯產項目申請批復過程中，在污染物排放指標和環境影響評價方面，環保部門不重視因建設熱電聯產而減少的分散小鍋爐的污染物排放和環境污染問題，而只認為熱電廠是耗能大戶，是個污染源。供熱企業為環境和社會做出公益性貢獻，但卻未得到而應得的優惠政策。給供熱企業發展帶來了困難。

5 結語

本文主要以高寒地區熱力系統企業面臨的問題為思考，分析高寒地區熱網的運行現狀，蓄能技術的工作原理、結合蓄能技術的調峰經濟效益，論述了蓄能技術在高寒地區的應用。