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科技论文

低碳经济为热电联产的发展

1.热电联产新定位

由于热电联产具有将燃料的化学能转化为电能和热能的优势,将在低碳经济中发挥重要作用,促进热电联产对人类热能的大部分需求。热电厂的产品不再以电为主,而是以热为主,是在供热的同时,供应部分电力。电是热电厂的副产品,在事故状态下是减少发电和保暖,不再是保护发电和停止供暖。大部分火力发电将实现热电联产。供电主要由风电、水电、太阳能、核电供应。热电厂应建在热负荷中心,热网像自来水网一样四通八达,热网将是公共的,不再属于热源厂。几家热源厂向热网供汽供水,统一调度,使热网在最经济的状态下运行。热源厂不再都是蒸汽动力循环的燃煤热电厂,而是燃气蒸汽联合循环、地源热泵等能源转换设备。当然,热电厂燃烧的燃料不再是原煤,而是经过处理的清洁燃料。还有各种分布式能源作为大型热网的补充。这将大大提高热能利用率,减少燃料消耗,减少温室气体排放。这种低碳经济为热电联产的发展提供了新的动力,为热电新技术的发展提供了市场和资金。人类所需的电力将主要由水电、风电、地热、潮汐能和核电提供,现有的大部分火电机组将被淘汰,部分将被保留进行峰值调整。目前,水电、风电、核电技术已完全成熟,我国资源丰富,是电力工业发展的重点。根据中国政府在哥本哈根的说法(Copenhagen)2020年将单位GDP温室气体排放量降低40~45%是一项艰巨的任务。按照我国经济发展速度,GDP每年增长9%左右,到2020年这10年,我国GDP将翻一番。在目前水平上,单位GDP的温室气体排放量可下降50%。不增加能耗是绝对不可能的。根据我国过去10年单位GDP能耗下降,平均年下降4.1%,“十一五”前三年单位GDP能耗下降10.1%。从2010年到2020年,通过加强经济结构调整,大力推广节能减排技术,近10年单位GDP能耗下降按年均5%计算。到2020年,中国的总能耗将增加50%,GDP将增加到2020年。能耗增长50%,单位GDP能耗下降25%。按照中国政府承诺减排温室气体45%计算,20%的减排取决于进一步增加节能力度,用新能源和清洁能源代替。在进一步的节能措施中,热电联产是一个潜力巨大的项目,因此热电联产承担着节能减排的重要任务。

2.热电产业的发展方向

热电联产是满足人类热能和电力需求不可替代的产业。根据中国的实际情况和低碳经济的要求,在未来的工业化和城市化进程中,热电产业应在大城市和城市群中向大型机组和热网发展。小城镇应发展燃气分布式能源。大城市和大工业区的供热机组应为300MW、600MW机组为主。机组供热能达到500t/300MWh,一台300MW机组可供60万人采暖和生活用热水。城市应集中供应生活热水,提高能源利用率,减少温室气体排放。在现有集中供热的基础上,城市生活热水集中供应不需要增加太多投资,只需将供热水温度保持在80℃以上。在用户端(一栋楼或一栋楼)安装水换热器,将自来水加热到50℃左右,用于洗澡和烹饪。这将大大降低热负荷季节差异,有利于热电厂的运行。大型供热机组的开发,大型热管的运行控制,都需要投入人力和财力进行开发开发。在人口不足10万的城镇,应发展燃气分布能源,具体利用燃气小型燃气轮机和内燃机发电。燃气轮机和内燃机排放的烟气余热热水用于供暖和生活热水。为发展低碳经济,尽量减少新燃煤机组。随着新能源的发展,风电、水电、核电的发电比例显著增加,燃煤机组面临淘汰的风险。为满足热负荷增长的需要,尽量将现役凝汽机组改为供热机组。经有关单位调查研究,确认将凝汽机组改为供热机组是可行的。经调查,86家现役电厂具备供热改造条件,总装机244台,总装机容量63470MW。如果完成这244台供热改造,我国热电机组的总装容量将达到179300MW,占火电机组装机总容量的29.73%。假设63470MW中热化发电量占30%,热化发电量比凝汽发电节煤200g/kW.h,每年运行6000h,每年节约标煤2284.92万,每年减排CO25141万t。经过近2~3年的努力,这些减排量都可以实现。大型凝汽机组改为加热机组应满足两个方面的需要,一是加热蒸汽,二是工业蒸汽。经过近几年的实践证明,技术上是可行的,经济上是合理的。可由125~600MW凝汽机组改为供热机组。可在中压缸至低压缸连通管上安装蝶阀和三通,抽出0.4~0.8MPa、蒸汽在300℃以上供暖。工业用汽一般采用高压缸排气和中压缸排气,通过压力匹配器混合供1.0~2.0MPa工业用汽。125MW机组可供汽50~80t/h,可供汽80~150t/200MW机组h,100~200t/300MW机组可供汽100~200t/h,100~300t/600MW机组可供汽100~300t/h。供4.0MPa、450℃的工业动力用汽可以用新节汽引入高压缸排气。以上改造方法基本能满足供热需求。现役电厂供热改造投资少,工期短。经计算,纯凝汽机组改为供热机组的成本考虑到厂内供热改造设备、建筑、安装成本以及新厂外热网的材料成本和安装成本,单位投资约130~220元/kW(供热改造单位成本仅为新机组单位投资的5%左右)不考虑厂外热网的建设周期,电厂供热改造周期仅为2~3个月。因此,将大型凝汽机组改造为供热机组是目前节能减排工作投资少见效快的措施。

3.结束语

低碳经济为热电联产的发展带来了前所未有的发展机遇。结合我国工业化和城市化进程,要大力发展热电联产。目前,要抓紧把大型凝汽机组改为供热机组,推进燃气分布能源,为我国节能减排做出贡献。


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