热电联产的供热运行调节方式研究

热电联产的供热运行调节方式研究

于冰

大唐长春热力有限责任公司 130000

摘要：随着碳达峰、碳中和目标的逐步推进，城市供热热源组成中由大型燃煤电厂热电联产提供的热源占比快速增加，以小型燃煤锅炉的分散式供热模式逐步撤并。热电联厂在冬季供热过程中，可以最大限度地提高能源利用率，减少资源浪费，同时，与当前的可持续发展战略和绿色发展战略相匹配，最大限度减少能源成本支出，这种供暖方式的现有优势可以有效解决小锅炉煤炭燃烧热效率低、供暖系统不合理、热源供需不平衡的问题。在新时代中国社会发展急需解决资源匮乏与人民追求更美好生活的背景下，有必要积极选择此种节能供暖方式来控制能源消耗并显著提高供热质量。基于此，本文提出的热电联产供热运行调节方法具有较强的现实意义。

关键词：热电联产；供热质量；热电分产；供热运行调节方式

在我国当今以煤炭为主要热量来源的供暖系统实际运行中，所消耗的能源总量是非常大的。由于供暖系统运行管控措施相对落后以及煤炭资源燃烧方式热效率低、污染高等多种因素，传统供暖系统在运行过程中会产生大量的能源、环境损失。如今世界局势失稳，俄乌战争等原因导致燃料成本大幅升高，煤炭和石油、天然气等资源正在迅速减少供应。因此，应调整我国原有的供热方式方法，由原有分散式小型燃煤锅炉改为可以有效控制能源消耗，降低排放的热电联产以及大规模集中供暖方式，以热电联产集中供热技术大幅提高热效率，推进碳达峰、碳中和目标的有效落地。随着政府部门制定各种节能标准，热电联产技术的市场发展空间非常广阔的同时也给热电联产的供热运行调节方式提出了新研究课题。

一、热电联产供热运行调节方式概述

热电联产供热方式的特点决定了其能耗低、产量高的优点。与传统的单发电或单燃煤供热相比，它在电源上网为社会提供电力过程中，可以同步输出热量，将发电余热回收利用，解决了发电余热的大幅浪费。统计数据显示，热电联产机组相同煤耗情况下利用余热供暖可以为社会节省大量煤炭。

在以往的单燃煤供暖小锅炉的供暖过程中，频繁改变工况造成供暖范围内的水流不均匀会导致供热区域内的热源分布不均匀，从而导致整个循环系统的实际运行不平衡，不同层级热用户之间的传热差异很大，无法满足现代生活对舒适供暖的要求。而在传统大规模集中供暖初级模式推广后，为了保证供暖系统的稳定运行，对管道内的热流量和管径有更高的要求，在单燃煤系统供暖过程中，因单燃煤锅炉的不稳定性，热流体的质、量大都存在不平衡的问题，相关用户的热平衡也会存在显著差异。燃机调节过程中易造成局部流速高，加热温度就会过高，浪费更多的能量，而燃机减小流量又会降低供暖温度，无法满足集中供暖的标准化要求，降低用户满意度。除了住宅供暖是主要的供暖需求市场外，工企、商服等也在供暖需求用户中也占很大比例，这意味着住宅用户和企业都是供暖的主要服务客户，在工企商服生产过程中对热量的需求又与居民有着显著的时间、用量差异，以致大多数工企商服无法与居民共用锅炉供热。所以从社会总体发展情况来看，原有燃煤锅炉供暖系统部分生产设备老化严重，锅炉房生产效率低，部分地区热网损耗大，而随着我国供热市场规模化扩大的不断加快与群众的物质生活水平不断提高，居民对供暖稳定、舒适性，工企对供暖时间、方式方法的灵活性都有更高要求，迫切需要深入发展热电联产这种更绿色更稳定的供暖模式，所以这也是中国北方地区在新时代积极倡导的一种供暖方式。

二、小规模集中供热现状及热电联产供热的优势

（一）小规模集中供热现状

随着我国环保要求逐年严格，小锅炉分散式单独供热模式逐步改为热力公司多锅炉热源联网运行，但核心依然为燃煤区域锅炉房。因近年来煤炭价格日益上涨及环保排放要求提高，在锅炉房加热过程中，调节方式多为分时间隔供热，锅炉一直于热态与相对冷态间歇变换，炉效较低的同时排放极难控制。对于间歇供热热网的调节也存在难点、痛点，需要确保水的压头可以在极短时间内达到均匀，且因热源处温度在间歇变化会导致热网传热不均，进而导致不同区域的建筑物加热不均衡，最终导致实际运行中热量失调。由于传输距离的差异，在热源工况不稳定情况下，不同用户之间的热量传输也存在显著差异，难以满足当前居民对美好生活供暖舒适的需求。目前北方城市供暖方式仍以集中统一热源为主区域锅炉房为辅的一级网，配合多区域分布式二级网对热用户提供供热服务，在这种模式下，提高热源稳定和热网合理分配是供暖系统稳定运行的保证。如果热源失调，会造成区域供热负荷不均，在浪费更多的能量同时依然有居民不达标；如果二级网水力平衡失调，供暖温度就会相应不均，无法满足政府高标准要求同时用户体验也会因此大大降低。

从工业体系分析，供热需求市场既包括居民供暖，也包括工业企业供暖，且工业企业的供热需求占相当大的比例，在北方工业生产过程中，供热也是作为企业稳定生产的一大重要保障，工业企业供暖是供热市场消费的主要领域，在总热耗中占有较大份额，所以存在区域热负荷需求骤增的情况，对热网供需平衡提出更高要求。所以对于供暖系统来说，要同时确保热源平衡、稳定供应，二级网也就是居民之间的水力调度平衡，以目前的单燃煤集中供热系统来讲还存在较大的差距，所以需要大力发展热电联产这种大规模、高水平、高稳定性的供热模式。

从民生方面分析，城市边缘建筑行业的快速发展极大地提高了居民的生活水平（改善住房），原有的供暖模式、供热标准已不能满足当代生活需求。在社会发展的新阶段，政府部门也在大力控制碳排放，现有供暖系统中，煤炭仍然占能源使用较大比例，锅炉房的生产效率已达不到新时代新要求且能源损耗带来的经营成本也严重影响了集中供热公司的正常运营，所以由大规模热电联产提供稳定、长效、合理热负荷的新型供暖方式已经势在必行。

（二）热电联产的特点及优势

热电联产是一种利用先进的燃煤发电技术和热量回收、交换系统且进行精确控制、高效生产的新型发电和供暖同步开展的生产方式，可以从根本上降低电力生产成本并产生可观的优质热源，极大的提高了生产效率。目前，热电联产主要由两部分组成：一是机组的发电系统，是在运行过程中为电网提供能量的基础系统；二是机组的热量回收系统，用于回收余热，避免浪费。根据相关数据，热电联产机组的生产效率可以达到85%。这种生产模式可以合理地收集和利用大量的被动浪费能源，能源原料利用率可以提高到80%以上，有效降低燃料损耗，满足了当前的节能需求同时为人们提供了良好、稳定的热源。它的优势具体体现在以下几个方面。（1）使用热电联产机组发电可以减少煤炭和其他资源的消耗。（2）使用热电联产机组供暖可以有效降低煤耗同时进行稳定的供热。（3）有利于环境保护。传统供热主要利用煤炭燃烧，对环境有重大影响。热电联产系统可以有效地减少环境污染，节能减排。

三、热电联产供热运行调节方式实例分析

（一）实例分析

如果我们想在目前风光等可再生能源暂时还不稳定的阶段，提高现有能源资源的利用率，同时确保电网安全稳定，降低燃料损耗和碳排放，那么热电联产供暖是目前的最佳选择。对于集中供暖来说，热电联产供暖是城市发展的坚强保障，也是提高居民生活质量和生活水平的基础设施，符合中国的可持续发展战略。

热负荷是设计供暖系统最基本的数据。目前某地区的热负荷主要集中在高新发展示范区。据有关部门统计，工业热负荷约为65.4MW，居民热负荷计划超过400MW，根据高新区城市总体规划，工程建设、招商引资的关键期为2015年至2024年。在这时间段以内，许多城市大型集中居民、工企项目将迅速发展，对热负荷的需求也将大大增加。

根据规划，新增工业用电量将对电网负荷造成较大影响，同时增加居民居住供热面积近1000万平方米，对电网、热网的同步发展需求较大，较适合在新区适宜范围内建设大型热电联产机组，对电网节点进行有效支撑同时，配套建设热网工程，辐射半径约18公里内新增居民、工企供热项目。

根据热电联产机组的稳定性及高出力特性，可确保居民按面积稳定供热，工企用户可采用计量结算的供热方式，灵活用热保障生产稳定。

（二）热电联产供热运行调节方式

（1）热网参数调整模式。在供热初末及尖峰期，热源厂均采用热电联厂模式，但根据不同阶段，分别采用以电定热和以热定电的不同模式确保不同阶段满足需求及达标供热。

（2）一次管网调整逻辑。热源厂使用自动化控制系统对热网出力进行调整，主要根据热网热负荷预测需求在热网流量基本稳定的基础上考虑热惰性时间对热网进行质调节，以保障热负荷需求得到满足的同时保障热网运行工况稳定。

（三）热电联产与热电分产供热运行方式的对比

与热电分产相比，热电联产的最大优点是提高了能源利用效率。长期以来，电力行业主要依靠燃煤火力发电。由于发电产生的热量利用不足，对发电余热的浪费较为严重，热力行业单燃煤锅炉又因为规模小，模式单一，整体热效率较低。

热电联产是在传统发电厂的基础上发展起来的。它不仅可以回收发电厂排放的大部分剩余热量，还可以通过热网输送给用户，大大提高一次能源效率。通过利用这些废热，火力发电厂的总能源效率可以提高至70-85%，而但燃煤锅炉热源的能效主要取决于锅炉的热效率，如果锅炉的热效率在60%到80%之间，那么与热电分产相比，热电联产的能源效率将提高约25%，这也是本文着重介绍热电联产的重要原因。

四、结语

随着技术的不断发展和时代的变化，现有的供热供电系统也将发生重大变化。在新时代，需要不断调整和优化资源利用结构，例如使用风、光、储能等新型清洁能源。热电联产供热运行调节模式的优势也可能随着技术进步继续改进或面临淘汰，但依据目前北方工业基础情况和居民供暖现状，热电联产依然是目前所能使用的较为合理的发电、供热模式，而该种模式也势必会在未来几年内继续为当今社会的可持续发展和节能减排工作做出贡献。

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