青島新舊動能轉化背景下清潔能源供熱設計研究

蘇若海

（新地能源工程技術有限公司設計分公司，山東 青島 266400）

0 引言

緊跟新舊動能轉換的時代步伐，對促進和加快我國經濟社會轉型發展具有重要意義。伴隨著新舊動能轉化的持續推進，新技術、新產業層出不窮。能源行業率先低碳轉型、優化升級，是新舊動能轉換的具體體現，也是行業發展的必然之路。因此，如何在保證穩定可靠的能源供應的基礎上，實現清潔能源供熱成為當前研究的重點。

青島位于山東半島東南部，東臨黃海，具有明顯的北方海濱城市氣候特色，初冬到晚春溫度一直較低。青島地區供熱季是從每年的11 月中旬到次年4 月初，供熱周期比較長，集中供熱是最經濟的方法。與北方城市一樣，青島居民目前對冬季熱源的需求較高，對舒適溫暖的居住環境的質量要求也越來越高。青島現有27 家供熱單位，50 個熱源點，3054 個換熱站，供熱管網總長度達到了1.27 萬km，集中供熱面積3.1 億m2。

1 現階段清潔能源供熱技術手段

（1）天然氣供熱：天然氣供熱主要有天然氣鍋爐、熱電聯產系統和天然氣熱泵等方式。天然氣鍋爐以天然氣為燃料供熱；熱電聯產系統利用煤炭燃燒發電過程中產生的熱量，加熱循環水，并通過供熱循環系統實現熱力輸送，充分利用能源，從而實現遠遠高于燃氣鍋爐的能源梯級利用率。天燃氣熱泵通過燃燒天然氣，利用四通閥門收集環境熱量，通過循環水系統實現熱量供給。

（2）電鍋爐供熱：電鍋爐通過電熱之間的相互轉化供熱，直接釋放熱量或通過管道中的熱介質進行熱量循環。電鍋爐供熱具備環保、清潔、方便的優勢，其供熱應用歷史悠久，種類繁多。因電能來源廣泛，以及電鍋爐的環保優勢，得到我國政府的政策扶持，進而加速了電鍋爐的技術迭代與更新。

（3）多源熱泵供熱：多源熱泵通過壓縮機將熱量傳遞到熱介質中，以提高熱能水平，滿足供熱需求。近年來，中國在這一領域取得了極大進步。然而，與其他國家相比，我國核心機械部件的工藝水平有待提高，業內相關核心組件也往往采用進口的形式，這些問題限制了該技術在我國的廣泛應用。

（4）廢熱供熱：工業生產過程中產生的余熱、廢熱也可以作為清潔能源供熱的熱源。廢熱供熱往往采用在空壓機等設備產生廢熱部分加裝散熱與水循環裝置等手段，實現熱量梯級供給，對廢熱的利用也成為相關行業的研究熱點。

2 新舊動能轉化背景下清潔能源供熱存在問題

隨著信息技術的快速發展與環保標準的不斷完善，城市供熱呈現分布式發展趨勢，許多清潔能源如空氣源熱泵、地源熱泵、電蓄熱、電加熱瓦等。熱量和能量儲存技術層出不窮，見表1。

表1 供熱方式初始投資與成本對比

雖然清潔能源具有其自身優勢，但是由于相比較傳統供熱方式，清潔能源存在初始投資高、綜合供熱成本高等問題。此外，受制于相關研究不夠深入，清潔能源利用技術不夠成熟等問題，往往存在供熱效果不好，設備維護成本高等現象，極大地影響了清潔能源的推廣。

表3 供熱方式污染排放及綜合能效比對比

表2 青島市典型供熱單位信息表（數據來源于青島市城市管理局）

表2 為青島市比較典型的供熱單位，可以看出，現階段青島的主要能源仍為煤炭。作為典型的北方供熱地區，青島目前的供熱方式主要是中小型熱源廠熱電聯產，清潔能源占比嚴重不足。現有的熱源主要依靠50 個火力發電廠和熱源廠；另外，伴隨著青島市經濟社會條件的高速發展，居民冬季對供熱要求也呈現逐年遞增的趨勢，供熱量與供熱能效比急待提升。為實現新舊動能轉換目標，引入清潔能源供熱技術，提高供熱能效比，降低污染排放量，成為青島供熱系統急需解決的問題。

3 清潔能源供熱設計研究

3.1 大型機組改造熱電聯產與天然氣供熱技術

可酌情分析青島現有鍋爐站點與換熱站點，篩選出附近具有天然氣資源，或便于天然氣接入的場地，通過利用現有鍋爐廠房等輔助設施，合理安裝水泵、風機等設備，實現大型機組改造熱電聯產，還可將燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐。經實踐，該項改造技術成熟，改造項目較少，不僅安全可靠，而且不會造成二次污染。此外，鍋爐煤改氣，還具有投資少的特點。

3.2 電鍋爐供熱技術

通過改造現有鍋爐房、廠房輔助設施等資源，建設電阻鍋爐、電磁鍋爐及電極鍋爐等。因鍋爐設備改造投資大，資金回收周期長，實際操作工程中，可因地制宜，分片實施。另外，由于電鍋爐供熱技術大量采用電氣化設備，應用過程中可引入先進自動控制系統，通過計算機自動調節相關參數，減少人工干預，從而降低系統運營成本。

3.3 多源熱泵供熱技術

可將現有鍋爐并聯空氣源熱泵。實踐發現，初冬時節空氣源熱泵的效率較高。而當室外溫度低于0℃時，則應采用燃氣鍋爐供暖，煙氣余熱回收系統應與燃氣鍋爐聯合使用。結合運營數據，整個供暖季空氣源熱泵提供六成的熱量，燃氣鍋爐提供四成熱量，可獲得3～5 倍于輸入功率的節能回報，提高了鍋爐熱效率。另外，根據中國地質調查局調查資料，青島地區地熱資源豐富，若能充分利用深井地熱，將極大地緩解青島地區供熱壓力。

3.4 其他余熱利用

工業生產過程中，考慮電廠冷卻設備、空壓機等大型機械產生廢熱部位增設換熱器，安裝水泵，利用工業廢熱加熱循環水，實現將空壓機余熱通過循環水供熱。

除上述技術外，還可結合青島供熱季風能充足等特點，探索風能發電供熱、對建筑進行節能改造、利用高效儲能系統實現太陽能—電能—熱能轉換、開發清潔煤和酒精基燃料等方式，積極拓展能源資源，利用各類高新技術，切實貫徹新舊動能轉換思路，滿足居民供熱需求與環保要求

4 結語

新舊動能轉換這一時代命題為供熱行業轉型升級提供新思路、提出新要求。傳統供熱方式能耗高、污染嚴重，青島作為北方典型的集中供熱城市，如何結合新舊動能轉換的背景，發展高效、清潔、環保的供熱方式，值得進一步探索。