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大氣污染防治與碳達峰碳中和發展要求下，我國實施嚴控新增煤電的發展戰略。在此背景下，一方面，火電廠正逐漸轉型為調峰電站，為可再生能源發電讓路或提供必要保障，也使得供熱電氣化成為未來發展大勢；另一方面，近年來各地紛紛加大了火電純凝機組和熱電聯產機組技術改造力度，將純凝火電改造為熱電聯產并回收余熱熱量成為未來熱電聯產的主要發展模式。

但在(zai)熱(re)(re)電(dian)(dian)(dian)聯(lian)產機(ji)組“以熱(re)(re)定電(dian)(dian)(dian)”的運行(xing)模(mo)式下，尤(you)其是(shi)在(zai)冬季用電(dian)(dian)(dian)高峰時期，電(dian)(dian)(dian)、熱(re)(re)矛盾(dun)愈發(fa)凸顯。熱(re)(re)電(dian)(dian)(dian)機(ji)組若(ruo)發(fa)揮最大(da)供熱(re)(re)能力，發(fa)電(dian)(dian)(dian)出(chu)力不可調節；若(ruo)為了(le)滿足(zu)電(dian)(dian)(dian)力調峰需求而(er)降低發(fa)電(dian)(dian)(dian)出(chu)力，供熱(re)(re)能力則隨之下降。

有(you)(you)沒(mei)有(you)(you)既滿足電力調峰需(xu)求，又能有(you)(you)效保障熱(re)網供暖的(de)(de)方法？談(tan)及這一(yi)話題，近日(ri)，清(qing)華(hua)大學建筑節(jie)能研究中心(xin)付林教授(shou)在接受本(ben)報記者專(zhuan)訪時“開”出了發展熱(re)電協同集(ji)中供熱(re)新(xin)模式(shi)的(de)(de)“藥方”。“熱(re)電廠(chang)必須(xu)改變現(xian)有(you)(you)運行(xing)模式(shi)，走熱(re)電協同之路，如此既可以按照改造前純凝電廠(chang)的(de)(de)方式(shi)承擔原(yuan)有(you)(you)的(de)(de)發電調峰職責，又不降低電廠(chang)的(de)(de)供熱(re)能力，可謂一(yi)舉兩(liang)得(de)。”

電廠既供熱又調峰難兼顧，現行改造手段高能低用弊端明顯

火(huo)(huo)力發(fa)電(dian)(dian)目前仍是我國發(fa)電(dian)(dian)的(de)主體，且短期內地位難(nan)以改變。我國火(huo)(huo)力發(fa)電(dian)(dian)廠(chang)約一半以上集中(zhong)在北方(fang)地區(qu)，其(qi)中(zhong)80%以上的(de)火(huo)(huo)力發(fa)電(dian)(dian)廠(chang)屬于(yu)熱電(dian)(dian)聯(lian)產廠(chang)，發(fa)電(dian)(dian)的(de)同時兼(jian)具保障(zhang)供(gong)熱功能，熱電(dian)(dian)廠(chang)其(qi)實是火(huo)(huo)力發(fa)電(dian)(dian)廠(chang)靈(ling)活性(xing)調節的(de)主力。

“火電(dian)未來的定(ding)位是同(tong)時滿足(zu)北方(fang)地區(qu)供熱(re)和為可(ke)再生能源調峰，然而熱(re)電(dian)聯產(chan)‘以熱(re)定(ding)電(dian)’運行模式(shi)，熱(re)電(dian)輸(shu)出相(xiang)互耦合、相(xiang)互制約。因此需要找到一種解耦熱(re)電(dian)聯產(chan)的熱(re)電(dian)輸(shu)出，使得熱(re)電(dian)機組在滿足(zu)供熱(re)負荷時，發電(dian)還能在大范(fan)圍內進行調節的方(fang)式(shi)。”付林指出。

目(mu)前(qian)，不少(shao)熱(re)電聯產廠(chang)正在(zai)研究、實施靈(ling)活性改造，通過“熱(re)電解(jie)耦(ou)”給電網調峰(feng)。但在(zai)付林看來，現行主(zhu)要熱(re)電聯產調峰(feng)手段(duan)在(zai)實際操(cao)作中(zhong)存在(zai)諸多制約，或影響總(zong)供熱(re)能力(li)，或存在(zai)不可逆損失，在(zai)提高電廠(chang)靈(ling)活性的同(tong)時會降(jiang)低能源利用效率。

如通過(guo)電(dian)熱鍋(guo)爐(lu)(lu)解(jie)耦(ou)，需要在熱源側設置電(dian)熱鍋(guo)爐(lu)(lu)，電(dian)負(fu)荷低谷期時消耗過(guo)剩電(dian)力供熱。此方法對(dui)原系(xi)統(tong)改造(zao)小(xiao)，熱電(dian)解(jie)耦(ou)能(neng)力強，甚(shen)至可以實現機組零(ling)上(shang)網或負(fu)上(shang)網，但高能(neng)低用、系(xi)統(tong)低效的缺點也十(shi)分明(ming)顯。

而(er)在汽(qi)輪機旁通(tong)主蒸汽(qi)對(dui)外供熱解耦這一(yi)方式雖然(ran)改造簡單，熱電(dian)(dian)解耦能力強，不降低電(dian)(dian)廠供熱出力，但與電(dian)(dian)鍋(guo)爐類似，都是將低谷期的電(dian)(dian)直接轉化(hua)為熱，系統(tong)能效低下。

“以電(dian)(dian)(dian)熱鍋(guo)爐為例，雖然1度(du)電(dian)(dian)(dian)可轉變成(cheng)1份(fen)(fen)(fen)熱，但1份(fen)(fen)(fen)熱只(zhi)能(neng)(neng)轉換(huan)為0.4度(du)電(dian)(dian)(dian)，能(neng)(neng)量轉化(hua)效率非(fei)常(chang)低。”付林(lin)對記者直言，用電(dian)(dian)(dian)熱鍋(guo)爐為熱電(dian)(dian)(dian)解耦，整個過程(cheng)相(xiang)當于先將(jiang)之前的(de)1份(fen)(fen)(fen)熱轉變為0.4度(du)電(dian)(dian)(dian)，之后又將(jiang)這0.4度(du)電(dian)(dian)(dian)轉化(hua)為0.4份(fen)(fen)(fen)熱，換(huan)言之最終是(shi)將(jiang)1份(fen)(fen)(fen)熱降低為了0.4份(fen)(fen)(fen)熱，無(wu)疑是(shi)一種能(neng)(neng)源資源的(de)極大浪費(fei)。

熱電協同為北方地區提供大型“儲能寶”，每年可釋放2億千瓦調峰能力

“熱(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)廠必須(xu)改變(bian)現行‘以熱(re)(re)(re)(re)定電(dian)(dian)’的(de)運行方(fang)式。為解決(jue)這(zhe)一問題，我們提(ti)(ti)出了熱(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)協同的(de)集中(zhong)供熱(re)(re)(re)(re)系統(tong)新模(mo)式，基于電(dian)(dian)廠余熱(re)(re)(re)(re)回收集中(zhong)供熱(re)(re)(re)(re)，可兼顧(gu)提(ti)(ti)高(gao)熱(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)聯產的(de)能(neng)(neng)源利用效率(lv)與靈活性。”付林強調，通(tong)過(guo)熱(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)協同，熱(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)廠仍可按(an)照改造前純凝電(dian)(dian)廠的(de)方(fang)式承擔原(yuan)有發電(dian)(dian)調峰職責，且不降低電(dian)(dian)廠的(de)供熱(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)力。

付林(lin)介紹，在熱(re)電(dian)協同模式(shi)下，電(dian)負(fu)荷高峰期時，熱(re)電(dian)廠需要發更多電(dian)量，此時可在系統(tong)設置(zhi)(zhi)一個低(di)(di)溫(wen)蓄熱(re)罐，用系統(tong)無(wu)法回(hui)收的(de)余熱(re)加(jia)熱(re)蓄熱(re)罐里的(de)低(di)(di)溫(wen)水，將熱(re)儲(chu)(chu)存(cun)起來，并將高溫(wen)蓄熱(re)罐已儲(chu)(chu)存(cun)好的(de)的(de)熱(re)水置(zhi)(zhi)換出來，以維持系統(tong)供熱(re)能力；而電(dian)力負(fu)荷低(di)(di)谷(gu)期，則少發電(dian)多供熱(re)，或(huo)者用熱(re)泵制(zhi)備熱(re)水，并儲(chu)(chu)存(cun)在高溫(wen)儲(chu)(chu)罐里用于(yu)電(dian)力高峰期供熱(re)。

這(zhe)樣一來(lai)，在電(dian)(dian)(dian)力負荷高(gao)峰期，熱(re)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)也能多(duo)發電(dian)(dian)(dian)，熱(re)網供(gong)熱(re)能力卻不會降低，從而突破了(le)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)余熱(re)回(hui)收系統(tong)的發電(dian)(dian)(dian)功率調節范圍限制，實現了(le)熱(re)電(dian)(dian)(dian)協(xie)同，大大提高(gao)了(le)系統(tong)能效。

“與(yu)熱電聯產電廠相比，該(gai)模式相當(dang)(dang)于是一個儲(chu)電廠、抽水蓄能(neng)(neng)電站，或者說是超大號的儲(chu)電池，而且效率高、成(cheng)本(ben)低。”付林說，若該(gai)系統作為(wei)調峰(feng)使用，并在全(quan)國推廣，估(gu)計每年可為(wei)北(bei)方地區釋放約2億千瓦的調峰(feng)能(neng)(neng)力，這(zhe)相當(dang)(dang)于2億千瓦的電力儲(chu)能(neng)(neng)。

經濟技術可行，建議政府主導啟動試點示范

在付林(lin)看來(lai)，未來(lai)北方地區冬(dong)季(ji)清潔取暖“煤改(gai)電”規模持續擴大，以(yi)及熱(re)力(li)行業整體電氣(qi)化逐步推進，冬(dong)季(ji)電力(li)負荷無疑將逐年增(zeng)長，這(zhe)意味(wei)著冬(dong)季(ji)熱(re)、電需求將同步迎來(lai)高峰。

以北京為(wei)例(li)，隨(sui)著農村地(di)區(qu)大范圍推進煤改電，導致(zhi)(zhi)當(dang)地(di)電力負荷(he)冬(dong)夏基(ji)本一致(zhi)(zhi)。不僅如此，未來，隨(sui)著可再(zai)生能源發電高比例(li)增長(chang)，系統不穩定性增加(jia)(jia)，也會讓原本缺電的冬(dong)季“雪上加(jia)(jia)霜”。

“如果采用固有方式(shi)，則需(xu)要(yao)多建火力發電(dian)廠，但(dan)這(zhe)一(yi)模式(shi)雖然可以(yi)滿足冬季(ji)需(xu)求，在夏季(ji)卻造成浪費，從而推高(gao)成本。”付(fu)林(lin)坦(tan)言，對(dui)熱電(dian)聯產廠進行(xing)熱電(dian)協同(tong)改造是(shi)能解決燃眉之急的方法。

以北方地區某(mou)熱電廠2×300MW濕冷機(ji)組(zu)組(zu)成的供(gong)熱系(xi)統為例，對電廠進行熱電協同改造，實(shi)現供(gong)暖期發電負荷調節范圍14%—91%，所需(xu)核心設備為400MW熱泵和(he)10萬(wan)立方米蓄熱罐，共約需(xu)投資(zi)4億元。

“電廠采用熱(re)電協(xie)同(tong)系(xi)統(tong)后，可增加供(gong)(gong)暖(nuan)(nuan)季(ji)(ji)低谷期(qi)機組供(gong)(gong)熱(re)量和(he)高峰期(qi)機組發電量，每(mei)個(ge)采暖(nuan)(nuan)季(ji)(ji)可獲得(de)收(shou)益約0.5億(yi)元，熱(re)電協(xie)同(tong)系(xi)統(tong)投資回收(shou)期(qi)約為8年。”付林指出。

“熱電(dian)協同系統(tong)推廣(guang)應用(yong)已經具(ju)備(bei)技術可行(xing)性，從(cong)長遠看社(she)會、經濟(ji)、環境效益兼具(ju)。但(dan)因其畢(bi)竟屬于(yu)新興事物，初期(qi)所需投資相對較高(gao)(gao)，目前遺憾還(huan)沒有找(zhao)到(dao)落地場景(jing)。”付林(lin)坦言(yan)，因為(wei)現(xian)行(xing)上網(wang)電(dian)價機制，并不鼓勵高(gao)(gao)峰(feng)期(qi)多發電(dian)，反而鼓勵了不少(shao)地方更(geng)多采用(yong)低(di)效消(xiao)耗低(di)谷電(dian)的(de)方式，從(cong)而導致了能源浪費，也不能解決高(gao)(gao)峰(feng)期(qi)電(dian)力短缺(que)的(de)問題。

“但如果可以(yi)享受(shou)與(yu)抽(chou)水蓄(xu)能(neng)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)相同(tong)的(de)電(dian)(dian)價，熱電(dian)(dian)協同(tong)系(xi)統比抽(chou)水蓄(xu)能(neng)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)的(de)投資更小、成(cheng)本(ben)更低。在保(bao)持總發電(dian)(dian)量(liang)不(bu)減(jian)小的(de)情況(kuang)下，如果將低谷期上網電(dian)(dian)價降(jiang)(jiang)低50%，而高峰(feng)上網電(dian)(dian)價提(ti)高50%，上述熱電(dian)(dian)協同(tong)系(xi)統的(de)增量(liang)回收期降(jiang)(jiang)可低至4.9年(nian)，經濟性(xing)進(jin)一(yi)步大幅(fu)提(ti)升(sheng)，如此電(dian)(dian)熱協同(tong)才有(you)(you)望真正實現(xian)。”付林進(jin)一(yi)步建議，政府有(you)(you)關部門積極牽(qian)頭開展試點示范，取得一(yi)定經驗成(cheng)效后(hou)再(zai)適時鼓勵推(tui)廣應用。