节能减排背景下天津市供热热源的研究

节能减排背景下天津市供热热源的研究 节能减排背景下天津市供热热源的研究 方 琦 王晓东 李 鸿 【摘要】近年来，随着我国城市能源供应结构调整、采暖制度改变、建筑节能和居住环境热舒适度要求不断提高，出现了多种多样的住宅采暖方式。天津市为保障“十二五”期间的国民经济可持续发展，减少大气环境污染，改善城市居民生活环境，也在积极开发多种环保低碳的热源形式。本文针对天津市节能减排政策，提出了天津市供热热源的选择原则，并给出了多种适合天津市的热源形式及各热源在天津市的适用区域，如天津市中心城区、环城四区和滨海新区适合采用热电联产为主、其它热源为辅的供热形式；区域锅炉房主要应用于热电厂调峰及天津市周边镇区的供热；对热电联产管网不能覆盖且无可再生能源资源的地区，应使用燃气供热；有条件发展可再生能源的区域，应积极采用可再生能源供热等。本文旨在为优化天津市供热热源选择、降低建筑供热能耗提供理论依据。 【关键词】节能减排政策 城市热源选择 热源适用性 热源适用区域 1.引言 随着经济的迅速发展，能源生产与消费、能源建设与环境生态建设的矛盾越来越突出。供热能耗在能源消耗中占有着较大比重，依靠技术进步推进供热节能减排，挖掘现有供热资源潜力，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可接受的措施来更有效地利用能源、资源，是实现可持续发展的必由之路，也是落实科学发展观，建设资源节约型、环境友好型社会的重要举措。目前，随着城市能源供应结构调整、采暖制度改变、建筑节能和居住环境热舒适度要求不断提高，出现了多种多样的住宅采暖方式，供热行业中的热源也已经从过去较为单一的形式发展为多种热源形式并存，如热电联产、区域锅炉房、燃油锅炉房、燃气锅炉房、户式燃气炉、地源热泵、水源热泵等。因此城市供热行业正在不断开发可利用的热源，寻求以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的供暖系统。 另一方面，随着我国对环境保护的重视，以煤为主要燃料的供热方式受到了挑战。目前人们在积极寻找以清洁能源代替煤炭，这样可以减少污染物的排放量，达到国家要求的环境标准。因此，在燃气气源相对有保障的城市，燃气供热得到了迅速发展。目前，北京市已经启动大型燃煤锅炉房改燃工程[1]，预计2015年前，北京市59座大型燃煤锅炉房将全部改用燃气。对于1 节能减排背景下天津市供热热源的研究 新建锅炉房，则优先采用燃气为燃料[2]。 天津市为保障“十二五”期间的国民经济可持续发展，减少大气环境污染，改善城市居民生活环境，也在积极开发多种环保低碳的热源形式。本文针对天津市节能减排政策，结合天津市实际情况，提出了天津市供热热源的选择原则，并给出了多种适合天津市的热源形式及各热源在天津市的适用区域。旨在为优化天津市供热热源选择、降低建筑供热能耗提供理论依据。 2.天津市节能减排政策分析 2.1节能减排总体要求和主要目标 天津市节能减排工作要求牢牢把握主题主线主攻方向，坚持降低能源消耗强度，减少主要污染物排放总量、合理控制能源消费总量，到2015年，全市国内生产总值能耗下降到0.677吨标准煤（按2005年价格计算），比2010年的0.826吨标准煤下降18%。到2015年，全市化学需氧量和氨氮排放总量分别控制在21.8万吨、2.5万吨，比2010年的23.8万吨、2.79万吨分别削减8.6%（其中工业和生活排放量减少9.2%）、10.5%（其中工业和生活排放量减少10.4%）；全市二氧化硫和氮氧化物排放总量分别控制在21.6万吨、28.8万吨，比2010年的23.8万吨、34万吨分别削减9.4%、15.2%。这也为供热热源的选择提出了总体发展目标。 2.2节能减排政策对热源的要求 《天津市“十二五”节能减排综合性工作实施方案》提出调整能源结构，加快调整优化能源消费结构，进一步控制煤炭消费量，“十二五”期间燃煤增量控制在1500万吨以内，提高天然气使用比重。提高外购电比例，减少我市电厂燃煤。优化热源结构，集中供热燃煤锅炉房改燃或由热电联产替代，实施中心城区及滨海新区核心区燃煤锅炉改燃并网，中心城区电厂搬迁，实施国电天津第一热电厂、滨海新区永利供电公司等小火电机组关停和天津陈塘庄热电厂煤改气搬迁工程。重点发展绿色电池、光伏电池、风能、核电、生物质能等可再生能源技术和产品。出台激励政策，推动可再生能源在建筑中的应用。到2015年，天然气占一次能源比例达到8%以上，可再生能源比重达到3%以上。因此，天津市热源结构的优化和调整都应该以此为依据，围绕此目标展开。 2 节能减排背景下天津市供热热源的研究 2.3节能减排近期重点工程的实施 天津市政府拟从治理污染大、见效快的燃煤供热锅炉房入手，计划在“十二五”期间淘汰中心城区及滨海核心区燃煤供热锅炉房，为天津市的工业发展预留出更多的环境容量。根据天津市政府《关于研究天津市“十二五”主要污染物总量控制有关问题的会议纪要》要求，天津市计划在“十二五”期间淘汰中心城区及滨海核心区的163座燃煤供热锅炉房，总供热面积11685万平方米。 3.天津市现状热源结构分析 3.1现状热源 过去几年是天津市供热事业发展的重要阶段，集中供热作为天津市重要的基础设施之一，在环境治理和保证居民正常生活方面发挥着越来越重要的作用。“十一五”期间，天津市热源结构得到进一步优化，初步形成了以燃煤环保节能锅炉房为主，热电联产供热为辅，多种能源、多种供热方式相结合的供热格局。截止至2011年底，天津市现有集中热源仍是以燃煤锅炉房为主，占全部供热面积的67.2％，其次为热电联产热源，占全部供热面积的27.5％，可再生能源和燃气供热仅占其中很少一部分，分别占全部供热面积的4.9%和0.3%。 3.2存在问题 （1）燃煤锅炉房供热比例偏高 截止至2011年底，天津市燃煤锅炉房占全部供热面积的67.2%。燃煤锅炉房的高比例供热增加了对大气的碳排放及二氧化硫、氮氧化物排放，影响大气环境质量，与国家及天津市节能减排政策相违背，与天津市建设生态城市相悖。 （2）热电联产比例偏低 截止至2011年底，天津市热电联产供热比例仅占27.5%，热电联产集中供热不仅能为城市提供稳定、可靠的热源，而且与传统的分散供热相比，具有节约能源、改善环境、提高供热质量和增加电力供应等综合效益。因此，在具备一定负荷规模的条件下，应大力发展热电联产供热，提高热电联产供热比例。 如图1，对比北京、沈阳、石家庄供热热源结构，天津市热电联产基本与沈阳、北京持平，3 节能减排背景下天津市供热热源的研究 还远不及石家庄。 图1 各城市热源结构对比 （3）可再生能源比例偏低 截止至2011年底，天津市可再生能源供热比例仅占4.9%，优质能源利用率低下，现状可再生能源利用不足，如地热尾水排放温度较高，回灌率偏低，造成地热资源利用率较低，城市污水蕴含的热量利用不足等，与国家及天津市提倡的能源产业政策不相符。 4.天津市供热热源选择的原则及模式 根据天津市节能减排政策，天津市供热热源选择的原则为：(1) 坚持以热电联产和大型高效集中供热锅炉房为主的原则，发挥热电厂在节能、环保、效益等方面的优势和锅炉房调峰的灵活性，将热负荷尖峰与基础负荷的比例控制在合理范围。(2)以安全、可靠为要旨，应注重城市的能源供应安全和对大型突发供热事件的应对能力。(3) 结合环境要求和天津市燃气专项规划，合理确定天然气与燃煤比例，对环境要求较高区域优先采用燃气供热，满足供热需求。(4)以天津市目前的供热需求和技术标准为原则，协调满足好各个供热集团的利益。(5)推进建筑节能，鼓励采用太阳能、地热及尾水、水源热泵、地源热泵等绿色能源，达到节能、降耗、减排的目的，实现可持续发展。 结合天津市供热现状和存在的问题，各地区供热模式为： (1)中心城区及环城四区 以热电联产及燃气供热为主，其他清洁能源供热为辅，规划不再新、扩建燃煤锅炉房。 (2)滨海新区 以热电联产供热为主，清洁能源供热为辅，其中近期对滨海新区核心区内的16座燃煤锅炉房实施并网，其他地区可保留部分大型环保锅炉房，规划都不再新、扩建燃煤锅炉房。 (3)两区三县（新城、中心镇、建制镇） 以环保节能锅炉房集中供热为主，热电联产供热为辅，重点发展可再生能源、燃气等清洁4 节能减排背景下天津市供热热源的研究 能源供热方式。 5.适用于天津市的热源形式及其适用范围 天津市供热热源的选择应以天津市节能减排政策为指导，结合各区域的现状情况和建设发展目标，调整现状供热热源结构，改善目前的供热方式，实现城市供热与经济社会协调发展。 5.1热电联产 热电联产分为大型热电联产、分布式燃气热电冷联产等形式。大型热电联产意味著大容量与高参数，能够进一步提高能源利用效率，目前，300MW级亚临界进气参数的凝汽采暖两用机组已成为新、扩、改建工程采用机组的主流。在城市的核心区这种热负荷需求较大的区域，应大力建设300 MW 及以上的大型凝汽采暖两用热电联产机组。就天津市而言，在中心城区、环城四区和滨海新区适合采用以热电联产集中供热为主，其它供热形式为辅的供热模式，参见图2。 分布式燃气热电冷联产系统只有应用于一些热负荷占主导地位的区域，如以供热为主体的商业建筑以及游泳池、浴室等，其节能效果才较好。在这些区域采用小型燃气热电冷联产系统，可在一定程度上缓解夏季电力负荷高峰。对于一些重要场合，如大学、医院、机场、高档酒店等一般都有备用的发电系统，考虑到这些系统高昂的造价，采用热电联产系统也比较合理。一些区域需要非常高的电力供应安全性，但是现有的电力线路难以满足这一要求，这时安装分布式能源系统也有一定的优势。 图2 天津市大型热电联产供热范围图 5 节能减排背景下天津市供热热源的研究 5.2区域锅炉房 区域锅炉房是指供两个及以上工厂（单位）热用户用热的锅炉房，包括城市分区供热、住宅区和公用设施供热和两个或若干个热用户的联合供热等。区域锅炉房是我国传统的供热方式，它的主要优点是：（1）热效率较高，可达75%；（2）占地小，投资低，建设快，见效快；（3）区域锅炉房也可作为大型热电厂集中供热的调峰热源，可使热电厂运行达到最佳的经济效益；（4）由于我国现阶段能源构成中煤仍占主导地位，区域锅炉房现在仍是我国供热的主要热源存在形式，并将长期存在。它的主要缺点是：区域锅炉房能耗大，消耗常规高品位能源，环境污染严重[3]。 基于区域锅炉房的上述特点，结合天津市城市总体规划、空间布局和天津市供热“十二五”规划及节能减排政策，考虑现有锅炉房的设备运行情况，本文建议： （1）逐步将中心城区、滨海新区核心区燃煤锅炉房改为燃气锅炉房。确定对中心城区147座燃煤供热锅炉房中的125座予以保留实施改燃，其余22座由热电或集中供热锅炉房并网。对滨海新区核心区内的16座燃煤锅炉房进行并网。使中心城区燃煤锅炉房中规模在160t/h以上的有18座，80～160t/h的有34座，40～80t/h的有37座，40t/h以下的有42座，如图3。 图3 天津市中心城区改燃锅炉房 （2）设置热电联产的调峰锅炉房。调峰锅炉房优先选择在管网主干线附近和现有供热管网运行不利的位置[4]。在天津市中心城区，建议选择部分容量较大，设备运行较好的锅炉房作为调峰热源；在环外地区，建议设置在近期负荷增长区域，远期属于热电厂服务范围的区域，解决近远期热源过渡问题[5]。 （3）天津市周边的中心镇及一般建制镇适合建设区域锅炉房。天津市两区三县（中心镇及6 节能减排背景下天津市供热热源的研究 一般建制镇）的热负荷较低，均在100MW以下，中心镇的热负荷最大为武清区王庆坨镇84MW，最小为宁河县的宁河镇仅为27MW。在热负荷低于145MW时，区域锅炉房的节能效果反倒优于热电联产。因此，天津市的这些地区，建议不上热电联产，而是选择投资低，建设周期短，厂址选择容易的区域锅炉房。 5.3燃气锅炉房 近年来，燃气供热发展迅速，其供热方式多种多样。从燃气锅炉房在天津市的应用情况来看，燃气锅炉房在投资、占地、能源利用率和环境影响等方面都优于燃煤锅炉房。通过分析天津市现有的工程实例，燃气锅炉房供热（含锅炉房、燃气供应系统）投资约42～52万元/兆瓦，比单位供热量的燃煤锅炉房投资节省1/3左右。此外，燃气锅炉房占地面积与燃煤锅炉房相比节省约50～100%；能耗低约1/3；烟尘、SO2和氮氧化物排放量更是大大降低。按目前天津市燃料价格水平，燃气锅炉房燃料消耗成本略高，但考虑工资福利、维修、管理费用、固定资产折旧等因素后，燃气供热不会比燃煤供热高。燃气锅炉房又分为集中燃气锅炉房和分散燃气锅炉房[6]，它们的适用条件不同，应根据具体工程进行综合分析比较，确定合适的燃气锅炉房形式。 一般说来，对热电联产管网不能覆盖且无可再生能源资源的地区，应使用燃气供热[7]。在天津市的新建住宅小区及其配套公建，可采取适度规模的燃气分散供热，有条件的燃气锅炉房可与附近的热力网联合供热。在天津市有气源保障、且已形成市区热网的地方，可充分发挥已有集中供热的潜力，采用集中燃气锅炉房。换句话说，集中燃气锅炉房适合建成区将燃煤锅炉房改建，而不适合在供热空白区新建。天津市燃气锅炉房适宜建设区域如图4。 图4 集中燃气锅炉房适宜建设区域图 7 节能减排背景下天津市供热热源的研究 5.4户式燃气炉 户式燃气炉一般是一户或几户居民使用来达到供暖及供生活热水的目的，它也是可以在天津市应用的一种供热形式。这种燃气分散供热装置的热效率比煤炉高（>90%），且没有热网损失，同时，这种装置多采用自控节能设计（可节能10%~30%），能依据室温情况自行调节燃气使用，使能源利用效率可以维持在较高水平[8]。根据天津市2009至2010年度采暖季129天日平均气温变化的资料， 天津市冬季日平均气温在5摄氏度以上的有28天， 经估算此期间可以降低供暖温度或停止供暖，再考虑到设备的自控恒温功能，在家中无人时，可将室温控制在10℃左右， 这样估算整个系统当可节能30%左右。这种系统适用于用户对于热舒适性要求较高的住宅，用户可以根据自己的需求选择调节室内温度和供暖时间，也便于分户式热计量收费。 户式燃气炉适用于集中供热管网不能到达的区域，因此适用于天津市如蓟县山区等景区；对于天津市对热舒适性要求较高的住宅如别墅类居住建筑适用；另外，对于天津市小型公建，如小区配套的托儿所、幼儿园、派出所等等，可以采用大型壁挂炉解决采暖问题[9]。 5.5可再生能源 （1）太阳能：目前适合天津市的太阳能利用形式主要为太阳能热水器。可针对医院、学校、旅馆、饭店、游泳池、公共浴室等热水需求量大的公共建筑积极推广安装太阳能集中热水系统。 （2）地热：深层地热资源被广泛用于建筑供暖、居民生活热水、康复理疗、温泉度假、农业种植养殖等领域。目前天津市可利用的地热田有王兰庄地热田、山岭子地热田、滨海地区地热田、武清地热田、万家码头地热田等。其周边区域可采用深层地热能作为供热热源。浅层地热主要适用于有冷热需求的公建如学校、医院、酒店、商场等项目。 （3）污水源热泵：天津市距离污水处理厂或污水干渠3km以内的热用户，且污水温度和流量满足上述条件的区域，可考虑使用污水源热泵。 5.6其它方式 （1）太阳能与传统能源联合供热：用太阳能与传统的能源联合供热是目前研究比较深入的课题，如太阳能空气源热泵，目前在天津市的蓟县村镇已有应用，但目前此类技术初期投资较高，技术较其他供热方式不成熟，局限性较大。 （2）利用工业余热供热：利用工业余热供暖适用于周边存在产生大量工业余热、废热厂站8 节能减排背景下天津市供热热源的研究 的区域。在天津市的环城四区及两区三县存在大量的工业企业，工业余热不能白白浪费，应和集中供热互相补充，给工厂区域周边的配套公建、宿舍予以供热，能达到节能减排的双重效果。 （3）利用生活垃圾焚烧供热：在天津市有多个生活垃圾焚烧厂，例如北辰的青光垃圾焚烧厂，目前能够为周边用户提供近200万平米的负荷，节能效果显著。因此，天津市有条件的垃圾焚烧厂，应逐步改造、更新设备，使其具备供热能力，发挥其综合利用价值。 6.结论 本文通过分析天津市节能减排政策，结合天津市现状热源结构和存在的主要问题，对天津市供热热源选择和利用高效、清洁热源的可能性进行了分析研究，得出以下结论： （1）在天津市的中心城区、环城四区和滨海新区适合采用以热电联产集中供热为主、其它供热形式为辅的供热模式。 （2）天津市对于区域锅炉房的应用主要包括三种形式：一是对现有锅炉房进行改燃；二是利用区域锅炉房作为热电厂的调峰；三是在周边的中心镇及一般建制镇采用区域锅炉房供热。 （3）在天津市的新建住宅小区及其配套公建，可采取适度规模的燃气分散供热；在天津市有气源保障且已形成市区热网的地方，可充分发挥已有集中供热的潜力，采用集中燃气锅炉房。 （4）户式燃气炉适用于热网达不到的区域，如天津市周边景区，也适用于天津市对热舒适性要求较高的住宅如别墅类居住建筑；另外，对于市内小型公建，如小区配套的托儿所、幼儿园、派出所等等，可以采用大型壁挂炉解决采暖问题。 （5）在天津市有条件的区域，应积极发展可再生能源供热。 9 节能减排背景下天津市供热热源的研究 参考文献: ［1］王海超，焦文玲等，燃气锅炉房调峰供热的大气环境影响模拟，土木建筑与环境工程，2009,31（2）：132-137 ［2］李先瑞, 刘笑，燃气供热的现状与展望，北京节能,2002(2):8-11 ［3］林宗虎，我国能源政策的调整对工业锅炉发展的影响，工业锅炉,2002(3):4-7 ［4］李鹏鹏，蔡觉先，区域锅炉房作为调峰热源的可行性分析，洛阳理工学院学报，2010,20（4）：13-16 ［5］黄娇，赵静野，集中锅炉房调峰供暖系统的分析，北京建筑工程学院学报，2008,24（4）：46-49 ［6］中小型燃气锅炉房编写组，中小型燃气锅炉房，北京: 中国建筑工业出版社，2005 ［7］王振涛，浅议燃气锅炉采暖方式，民营科技，2007,13(5):18-18 ［8］邓波，俞颐秦，燃气单元采暖方式的技术经济分析，建筑热能通风空调，2002，21(2):20-23 ［9］李先瑞，韩有朋，赵正农，住宅区采暖方式的选择，建筑热能通风空调，2000，19(2):18-21 作者简介：方 琦(1987— )，女，硕士研究生，天津城市规划设计研究院，助理工程师。 10