基于能源条件的青岛市清洁供热发展策略.pdf

第43卷第9 期2023年9 月热源与冷源煤气与热力GAS&HEATVol.43No.9Sep.2023基于能源条件的青岛市清洁供热发展策略王伟，李琳红，林晓红，郑淑晶（青岛市城市规划设计研究院，山东青岛2 6 6 0 2 2）摘要：分析青岛市的清洁供热能源条件，对清洁供热发展策略进行探讨，对推进清洁供热发展提出建议。青岛市清洁供热能源条件良好，大型热电联产、工业余热、城市污水热能、垃圾楚烧发电余热、核热电联产等形成的清洁热源可作为清洁供热的基础热源。天然气适合作为清洁供热转型过程中的过渡能源，远期以调峰功能为主。对于氢能，应积极探索应用，发展试点，以点带面。关键词：清洁供热；热电联产；余热利用中图分类号：TU995.71概述青岛市于2 0 14年发布实施青岛市清洁能源供热专项规划（2 0 142 0 2 0 年），是国内较早全面推动清洁供热的城市。通过挖掘大型热电联产供热潜力、渐进式煤改气、推广可再生能源供热等措施，积极推动城市供热能源转型，在控制供热燃煤增量、减少大气污染物排放方面取得了显著成效。双碳目标下，传统的以污染物减排为主要目标的清洁供热向低碳化清洁供热演进 。在既有集中供热体系基础上，进一步整合优质供热资源 2 ，发展“资源有保障、经济可承受”的清洁供热，是青岛城市供热实现可持续发展的必由之路。本文分析青岛的清洁供热能源条件，对青岛清洁供热发展策略进行探讨，对推进青岛清洁供热发展提出建议。2清洁供热探索与实践2013年9 月，环境保护部（现生态环境部）等部委印发京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则，对包括山东省在内的京津冀及周边地区的大气污染防治提出明确目标和任务。2 0 13年7 月，山东省人民政府印发山东省2 0 132 0 2 0年大气污染防治规划和山东省2 0 13一2 0 2 0 年大气污染防治规划一期（2 0 13一2 0 15年）行动计划，提出用8 年左右时间，分3期实现全省环境空气质文献标志码：B量基本达标。为切实改善大气环境质量，落实国家和山东省相关政策文件关于控制煤炭消费总量、大力发展清洁能源的要求，青岛市人民政府在2 0 14年12月发布实施青岛市清洁能源供热专项规划（2 0 14一2 0 2 0 年），全面推进实施清洁供热，并同时发布青岛市加快清洁能源供热发展的若干政策，从特许经营、财政补贴、税收优惠等方面提供支持。2023年1月，为适应双碳目标下清洁供热面临的新形势、新任务，青岛市人民政府印发新版青岛市加快清洁能源供热发展的若干政策，进一步明确青岛清洁供热类型、范围，规范规划建设流程，加大建设资金支持力度，优化运行管理。经过多年努力，青岛清洁供热得到长足发展。截至2 0 2 2 年底，市区清洁供热面积约2 7 9 9 310 4m，其中清洁燃煤集中供热面积约19 448 10*m、天然气供热面积6 30 310 4m、电供热（主要为各类热泵）面积136 510 4m、生物质供热面积8 7 7 10*。本文涉及的供热对象主要为青岛市区：市南区、市北区、李沧区、崂山区、城阳区、黄岛区、即墨区。3清洁供热能源条件清洁供热能源通常包括清洁化燃煤（以大型热电联产利用为主）、余热、核能（以核热电联供利用文章编号：10 0 0-4416(2 0 2 3)0 9-0 A01-05第一作者简介：王伟,男，高级工程师,硕士，主要从事市政、能源和生态规划。收稿日期：2 0 2 3-0 2-14；修回日期：2 0 2 3-0 3-17A01第43卷第9 期为主）、天然气、电、地热、生物质能、太阳能等 3。现阶段，青岛供热能源结构以燃煤为主体，供热行业在寻求替代燃煤的清洁能源时，需要充分考虑资源支撑能力 4。3.1 大型热电联产山东省人民政府办公厅关于严格控制煤炭消费总量推进清洁高效利用的指导意见提出，到2 0 2 5年底，青岛将淘汰全部30 10*kW以下抽凝机组及中温中压机组。届时，青岛中小型燃煤热电联产热源将全部转型发展，仅保留华电青岛电厂、大唐黄岛电厂、华能董家口热电厂3家大型热电厂的30 10 4kW及以上机组。2 0 2 5年3家大型热电厂装机规模、供热潜力见表1。由表1可知，到2 0 2 5年,3家大型热电厂总供热潜力可达到36 58 MW。表12 0 2 5年3家大型热电厂装机规模、供热潜力热电厂名称供热潜力/MW华电青岛电厂4300MW大唐黄岛电厂2 670MW华能董家口热电厂2350MW3.2工业余热以化石能源作为燃料或原料的工业企业，如钢铁、石油加工、化工企业等企业余热资源通常较为丰富 5。青岛市区工业企业逐步退市人园，将呈现集聚发展态势。以区位、开发潜力、现状管网条件为综合评价因素，青岛大型工业余热资源主要存在于青岛特钢、青岛海湾金能化学、青岛炼化3家大型工业企业。根据调研,采用间壁换热、热泵串联回收等技术，上述3家大型工业企业近期工业余热供热潜力约138 6 MW。3家大型工业企业余热资源概况、供热潜力见表2。表2 3家大型工业企业余热资源概况、供热潜力大型工业余热资源概况企业名称1.3MPa低压蒸汽2 0 0 t/h，2.5MPa中压蒸汽7 0 t/h,青岛特钢60循环热水12 0 0 0 2 0 0 0 0 h，55冲渣热水9 0 0 t/h青岛海湾金能4.09.8MPa、2 0 5蒸汽50 t/h，化学34热水53 0 0 0 t/h生物质循环流化床锅炉动力循环青岛炼化水，动力、化工、炼油、苯乙烯、顺酐项目工艺余热煤气与热力3.3城市污水热能城市污水由于水温水量相对稳定、便于规模化集中利用的特点，是热泵系统优质的冷热源，污水源热泵是目前投资比较低、运行效果稳定且良好的热泵技术之一 6 。若采用热泵技术回收污水厂低品位热能用于城市供热，按照污水供回水温差5、热泵制热性能系数4.0 计算，110 4Vd的污水取水量可实现约3.2 MW供热能力 7 。随着人口规模增加和污水收集处理率提高，青岛污水处理规模快速增长。根据青岛现代水网建设规划提供的数据，青岛市区远期污水处理规模将达到37 0.7 10 4t/d。考虑污水量波动、设施利用率等因素,按照污水处理规模的6 0%计算热泵系统可利用水量，仍按110 4Vd的污水取水量可实现约3.2 MW供热能力考虑，可计算得到青岛市区远期污水源热泵供热潜力为7 11.7 MW。青岛市各装机规模区污水处理规模和污水源热泵供热潜力见表3。1.730表3青岛市区污水源热泵供热潜力1313区位名称615市南区、市北区、李沧区崂山区城阳区黄岛区即墨区3.4天然气青岛自身无天然气资源，所需天然气全部需要外部输人，青岛现由长输管道和海上LNG双气源联合供气。依据山东省能源发展“十四五”规划中天然气发展利用规划，未来青岛不论长输管道气源还是海上LNG气源均有充足的保障,将形成以淄青供热潜力线、泰青威线、山东LNG接收站、山东管网东干线为/MW主，中世管线为辅的气源体系。随着海陆并进气源方案的推进，青岛已成为国家天然气管网的重要枢400纽和气源节点,未来青岛天然气可利用规模将达到11110m/a。青岛可利用天然气气源见表4。在燃气供热设施方面，青岛市区范围内已建成燃气供650热锅炉36 台，总热功率为10 9 4MW。十四五期间青岛将建设华电、大唐两个燃气蒸汽联合循环热336电联产项目,装机规模均为2 50 0 MW，供热能力分别为7 0 0、437 MW。A污水处理规模/（Vd）供热潜力/MW120.6 104231.621.0 10440.375.0 104144.089.6 104172.064.5 气源名称淄青线泰青威线山东LNG接收站185 108山东管网东干线280108中世管线31083.5垃圾焚烧发电余热青岛是全国46 个垃圾分类试点城市之一，人选全国第二批“无废城市”试点，在垃圾减量化、无害化、资源化处理方面处于全国前列。2 0 2 1年，全市生活垃圾无害化处理率已达到10 0%，其中市区生活垃圾全部进人垃圾综合处理园区焚烧处理。目前,市区范围内共有垃圾综合处理园区3个,建有垃圾焚烧发电厂4座，垃圾焚烧处理能力6 9 0 0 t/d，2022年实际处理生活垃圾30 9 10 4t。郊区县市垃圾焚烧发电厂远离市区，本次研究未予考虑。各垃圾焚烧发电厂均采用垃圾焚烧炉+凝汽式汽轮发电机组的配置，在无害化处理垃圾的同时实现垃圾焚烧热能的资源化利用 8 。垃圾焚烧发电厂的凝汽式汽轮发电机组循环冷却水水温恒定、水量较大,具备进一步余热利用的潜力 9 ，采用厂内蒸汽型吸收式热泵机组提取热量后，可作为城市集中供热热源。青岛市区垃圾焚烧发电余热供热潜力见表5。由表5可知，青岛市区垃圾焚烧发电余热供热潜力可达到46 0 MW。表5青岛市区垃圾焚烧发电余热供热潜力项目名称小涧西垃圾焚烧一期小涧西垃圾焚烧二期西海岸静脉产业园垃圾焚烧一期即墨垃圾焚烧一期3.6核热电联产核能供热具有低碳、清洁、规模化的优势，目前主要有低温核供热、核热电联产两种方式。核热电联产的综合能源利用率能够达到8 0%，具备较高的王伟，等：基于能源条件的青岛市清洁供热发展策略表4青岛可利用天然气气源年供气能力青岛可利用建设情况/(m/a)规模/(m/a)60 10s10 108150 10820 10860 10820 1081108垃圾处理供热潜力规模/(Vd)/MW1 5001002250150225015090060 A03第43卷第9 期节能优势 10，结合大温差长输供热技术，可为核电厂周边城市提供安全稳定的热能 。山东省依托沿海核电项目，加快核能供热、海水淡化等综合利用，积极推进海阳核电厂向烟台市区、青岛等地已建成供热。已建成海阳核电厂规划建设6 台AP1000型GW级核部分建成电机组 12 。目前，1、2 号机组已建成投运。3、4号机组已于2 0 2 2 年7 月开工建设，预计2 0 2 8 年全部在建建成投产。5、6 号机组已取得开展前期工作许可。已建成海阳核电厂是国内首个实现核能供热商用的项目，截至2 0 2 1年底，已实现为核电厂周边和海阳市供热520104m。根据现场调研了解，海阳核电厂2 6号机组均为热电联产机组，单台机组供热能力为900MW。在综合考虑烟台、威海地区供热需求的情况下，海阳核电厂在2 0 30 年后可为青岛提供供热能力42 0 0 MW,见表6。表6 海阳核电厂的供热能力供热能力核电机组供热区域（青岛）/MW2号乳山、青岛3.4号青岛5.6号青岛3.7氢能氢能供热具有能源利用效率高和零碳排放的特点，发展潜力巨大 13。2 0 2 2 年3月，国家发改委、国家能源局发布氢能产业发展中长期规划（2 0 2 1一2035年），提出探索氢能作为高品质热源的应用。目前，我国在天然气掺氢、氢燃料电池热电联产、氢气锅炉等氢能供热领域均进行了有益探索 14。青岛本地工业副产氢资源比较丰富，具备开展氢能供热的有利能源条件。调研发现，目前青岛市可用大型氢气资源主要有海湾化学、丽东化工、青岛炼化、金能化学，可外供工业副产氢14.310*t/a，折合高纯氢气（纯度9 9.9 7%）为10.9 310 4t/a。青岛工业副产氢资源见表7。根据青岛市加氢站布局专项规划(2 0 2 12 0 35年），青岛市远期氢燃料电池汽车氢气（纯度9 9.9 7%）需求量为2.6 10 4t/a，氢气来源主要为本地工业副产氢。则可用于氢能供热的本地氢源（纯度9 9.9 7%）规模为8.3310*/a。随着国内氢能供热技术的逐步成熟，青岛市具备发展氢能供热的巨大潜力。具备供热能力时间6002023年1 8002028年18002030年后第43卷第9 期表7 青岛工业副产氢资源企业名称氢气来源海湾化学烧碱、苯乙烯丽东化工石脑油重整青岛炼化催化重整、天然气制氢金能化学丙烷脱氢3.8综合分析综上所述，青岛市可利用的大型热电联产、工业余热、城市污水热能、垃圾焚烧发电余热、核热电联供等清洁供热资源供热潜力达到10 415.7 MW。根据青岛市热力专业规划，市区2 0 35年规划供热面积约3.310 m，远期规划热负荷为12 440 MW。上述清洁供热资源经整合开发后，供热能力达到远期规划热负荷的8 3.7%。青岛市清洁供热能源条件良好,大型热电联产、工业余热、城市污水热能、垃圾焚烧发电余热、核热电联供等可作为青岛清洁供热的基础热源。4清洁供热发展策略4.1清清洁能源利用策略在能源、资源有保障的前提下，清洁供热能源利用策略的确定还应充分考虑技术成熟度、经济性、与既有供热体系的兼容程度、地方政策等因素 15。具体到青岛的供热能源选择，现状存量较大的燃煤供热方式虽然投资和运行成本低，但碳排放高，双碳背景下必然面临被其他清洁供热方式替代的结局。大型燃煤热电联产、核热电联产供热规模大、供热成本比较低，是当前替代传统燃煤供热的首选热源。污水源热泵、垃圾焚烧发电余热综合效益好，碳排放强度低,应能用尽用、大力发展。其他热泵供热方式在运行成本和碳排放指标方面优于化石能源，但投资较高，应因地制宜、适度发展 16 。对于天然气供热，受限于上游气源季节调峰保障能力的不稳定性以及较高的运行成本，适合作为清洁供热转型过程中的过渡能源 17 综合考虑多方面因素，提出青岛各类清洁供热能源利用策略。煤炭(清洁化利用)：充分发挥大型热电联产潜力，承担基础负荷，逐步替代燃煤锅炉房。电能：主要作为热泵驱动能源，电储热应用为辅。天然气：近期作为替代燃煤的过渡能源，远期以调峰功能煤气与热力为主。外供能力工业余热、垃圾焚烧发电余热：能用尽用，/(ta)大力发展。2.1 104生物质能源：作为燃煤替代能源之一鼓励4.0 104发展。污水能：能用尽用，大力发展。空气能：作为集中供热补充，适度分散发展。海水能、地热能：因1.0 104地制宜,适度发展。太阳能：与其他能源方式联合7.2 104利用。核热电联产：以长输供热为主，积极推进，充分利用，承担基础负荷。氢能：探索应用,发展试点，以点带面。4.2清洁供热发展策略在本地优质供热能源（大型热电联产、工业余热、城市污水热能、垃圾焚烧发电余热）和周边优质核能基础上,辅之与电网调峰协同的可再生能源热泵、电储热 18 等分布式能源站和天然气调峰锅炉房，能够满足青岛市清洁供热发展需要。综合国家、省、市相关政策、规划和青岛的能源条件，青岛市未来清洁供热转型发展应采取“引热、联通、挖潜、减煤、拓气”的策略：积极引人海阳核电厂余热，与本地大型燃煤热电联产热源共同作为城市集中供热的主力。打通大型主力热源之间的联通管道，推动大温差供热改造，优化管网运行参数，深人发掘区域内钢铁、石油化工等企业工业余热和垃圾焚烧发电余热潜力，纳人集中供热系统。优先利用城市污水资源，充分发掘污水处理厂尾水供热潜力，因地制宜、多能联合发展可再生能源供热和电储热，逐步推动天然气替代燃煤承担调峰热源和补充热源。5清洁供热发展建议统筹规划,构建全域一张网的供热格局。打破行政区划限制和以锅炉房为中心的碎片化供热体系，以大型热电联产、核热电联产、规模化余热能源站为核心节点，整合既有管网，打造互联互通、统一调度的全域供热管网架构。优化管网设计，降低回水温度，为回收利用低品位余热创造条件，具备条件的分布式能源站全部接人集中供热系统。全面推进供热系统节能增效，包括提高热源热效率、管网输送效率和实施用户侧节能改造等。打造智慧供热平台 19 ，提高供热全过程的4控制、诊断、维护、监管水平。A建立供热价格形成和定期调整机制，完善包含碳价的成本核算方法，出台并实施清洁供热的补贴和税收优惠政策，激励供热行业主体推进清洁供热的主动性和积极性。参考文献：1胡润青，孙培军，窦克军，等低碳清洁供热的现状、问题和政策建议 J中国能源,2 0 2 1（10）：4146.2刘雅斌北美两国集中供热对京津冀地区供热资源整合的启示 J区域供热，2 0 16（4）：6 11.3覃露才，孙纪康，陈江娜。北方供热地区清洁供暖规划技术路线与案例J煤气与热力,2 0 18（4）：A04-A10.45张建国碳达峰碳中和背景下推进供热低碳转型的路径思考 J中国能源,2 0 2 1（9）：32-37.5清华大学建筑节能研究中心中国建筑节能年度发展研究报告2 0 2 3（城市能源系统专题)M北京：中国建筑工业出版社,2 0 2 3:9 1-9 7.6吕婧原生污水源热泵在供热工程中的设计与应用J区域供热,2 0 2 0(4):155-158.7申传涛，彭冬根，胡松，等.南昌市污水源热泵系统工程实例与应用可行性分析 J可再生能源,2 0 14(10):1510-1514.8赵晴城市垃圾焚烧余热发电技术的现状和发展J科技资讯,2 0 11(16):145.9韦尚正，石生春.某垃圾焚烧发电厂循环水系统的优化运行方式 J热力发电,2 0 12（12：8 11.10王建强,戴志敏，徐洪杰。核能综合利用研究现状与展望 J中国科学院院刊,2 0 19（4）：46 0-46 8.11李永红，王潇，李自勇，等利用核电厂余热实现零碳供热探讨 J中国能源,2 0 2 2（6）：48-55.12周正道，华志刚，包伟伟，等.AP1000核电机组供热方案研究及分析 J热力发电，2 0 19（12）：9 2-9 7.13 汉京晓，白伟,冯俊小,等。氢能在供热领域的研究与分析 J区域供热,2 0 2 1(3）：45-52,8 4.14李琳红，郑淑晶，陈吉升，等.中国氢能供热行业发展战略研究 J热力发电,2 0 2 2（11）：56-6 4.王伟，等：基于能源条件的青岛市清洁供热发展策略第43卷第9 期15结兄，张小松清洁供热背景下几种供热方式的评价J.区域供热,2 0 18(1):44-50.16何怡枫不同热泵供热方式的供热成本及工程造价对比研究 J工程建设与设计,2 0 2 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function in thelong term.Regarding hydrogen energy,active explora-tion of its applications and the development of pilotprojects should be pursued,starting from specific pointsand gradually expanding to a larger scale.Key words:clean heating;cogeneration;wasteheat utilization（本文责任编辑：贺明健）第十五届中国土木工程詹天佑奖获奖工程：宁波铁路枢纽新建北环线工程甬江特大桥A05.