实现200亿㎡北方城镇供暖零碳化.docx

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1、实现2。亿f北方城镇供暖零碳化零碳热源从何而来？目前北方城镇建筑供热面积约160亿面，平均按照03GJr的话，总的供热量需求为48亿GJ。热量的主要来源：45%为热电联产余热，40%为燃煤和燃气锅炉，15%为热泵和分散的燃气锅炉。到2060年，北方城镇供热面积约为200亿Itf,建筑做好节能改造后，平均按照0.25GJm*计算，总的供热量约为50亿GJo建筑零碳化的实施方案为一一一是完全依靠各类电动热泵，实现全面电气化，但是由于安装位置的限制，高层建筑会被整的乱七八糟。另外会使得冬季电负荷增加2亿kW,电量增加4000亿kWh,目前冬季供热的电力缺口为657亿kW,再加上这两个亿就差89亿kW

2、,所以就恶化了冬天的电力缺口。二是依靠各类余热热源，变废为宝，可能可以比较好的解决这个问题。未来的零碳热源通过建筑节能改造后，未来的建筑用热总量为50GJ,电力缺口为6kW,零碳热源主要有以下几个方面：类型装机容量冬季供热功率全年余热总量北方沿海核电OSZrkW0.6亿kW15亿GJ北方调峰火电3亿kW3.6亿kW20亿GJ北方冶金、化工、有色建筑余热0.7亿kW0.7kW15亿GJ数据中心、垃圾焚烧余热0.4kW0.4kW10亿GJ资源总量5.3彳乙kW60亿GJ按照70%回收利用36亿kW40亿GJ中国核电一共有2亿kW,北方地区沿海（从山东往北计算）至少会有5000万kW,15亿kW在南

3、方，冬天的余热都排放到海里，实际上有06亿kW的余热，全年的总量应该有15亿GJ。调峰火电全国一共67亿kW,北方地区有3亿kW,热电联产如果利用好了会有36亿kW的功率，全年的余热总量为20亿GJ。此外，北方冶金、化工、有色、建筑领域全年余热总量约为15亿GJ,数据中心和垃圾焚烧领域全年余热总量约为10亿GJ。以目前的技术，很难把所有的余热都利用起来，比如只回收70%,供热功率可以达到36亿kW,而建筑供热的总需求量为6亿kW,光靠余热是不够的，仅能满足60%的建筑用热需求，其他的40%采用热泵供热，增加的电功率为08亿kW。但是，如果采用跨季节储热，把全年的余热量全部利用起来的话，则可以满

4、足热量需求的85%,其他15%采用热泵供热，增加的电功率仅为0.3亿kWa实现零碳热源必须破解的三大问题采用跨季节储热就需要安装大规模的跨季节储热装置，这是现在没有的，已经提到了议事日程上。要想把这些余热利用好就必须解决三大问题：一是热源产热和终端用户用热在时间上不同步。热源根据生产需要排出热量，比如全年排热，而终端仅冬季需要用热。以数据中心为例，全年都排热，拿这个余热来采暖，仅仅冬天使用的话只能利用它的1/3不到，而如果把余热储存起来都在冬天使用，供热面积可以提高三倍以上。要想做到全部余热的利用就需要建设大规模的跨季节储能装置，实现热源端与用热侧之间的解耦。二是热源的分布位置与用热终端地理位

5、置不一致，比如北京没有，但是唐山有很多，那就需要长距离跨地域经济输送热量。长距离输热的经济距离与管径成正比，800cm的管能输送30公里，而16m的管就能输送60公里，规模加大了距离也就拉长了；采用大温差热水循环，比如40C提高到80C,使经济输送距离达100公里以上；通过“水热同送”技术，单管输送，使得经济输送距离可提高到200公里；全国统一规划，一张蓝图分片实施。三是热源输出的参数与终端用热的参数不匹配。如果不同参数的热量掺混，或“就高不就低”，就会造成巨大浪费。通过基于吸收式或电动热泵的热量变换装置，可以改变参数变换热量。大规模跨季节储热的可能性储热的方式主要有相变储热、地下埋管和地下土

6、壤蓄热、储存热水、冬储冰供夏用和夏储热水供冬季用。这些方式都有做过尝试，比如在内蒙古的山上做了一个世界上最大的地埋管储热项目，把工厂的余热储存起来供冬季使用，但是发现会把余热的品位降低，并不合适。大规模跨季节蓄热在欧洲（尤其是北欧）近十年来大力研究开发多种技术方案都进行了深入的技术经济分析和实验 相变蓄能：经济、体积都不满足要求 地下埋管换热我国在内蒙建有世界最大装置,但温度品位损失大 地下直接蓄热水：温度品位撮失大 大型热水池加保温盖目前是技术经济性能最可行的方式欧洲已建有多个实际运行装置我国已建成项目西敏仲巴县张家口破山镇等关键问题：找到合适的地理条件，充分利用自然的沟、谷、塘找到合适的低

7、成本跨季节储热方式是充分利用余热的关键我国北方需要IoOO万-2000万m3的热水库500-1000个通过对比后发现，建设大型储热水库是最有可能实现的，在水库上面加一个盖，储存90C的热水，流经用热侧后最终降到了15C返回，中间有75匕的温差。有人可能会质疑，夏天储存的热水到冬天就变成凉水了。其实并不是这样，一杯水可能一下就凉了，要是一立方米的水箱里面放入90C的热水，一下午它的温度也降不下来，要是把一个大礼堂一样大的水箱都储存上热水，一个礼拜甚至十天温度都降不下来，这符合傅里叶定律。按照傅里叶数，F0=atR2,尺度增加一倍，时间能增加4倍，因此只要尺度足够大（大于30m）,就能减少热损失和

8、品位损失，最小的规模为10万立方米以上。建设大型储热水库要考虑到土地资源造价，仅建筑供暖，按照1立方米/平米建筑计算，1000万平米建筑需要1000万立方米的土地，如果找一些山头和荒地，建设大型储热水库的成本能够控制在IOO元/立方米以内。1958年开始，中国建了大量的水库，解决水害的问题，同时保证农业灌溉的用水需求，其实并不需要如此大的容量，不可能完全开发利用，需要寻找合适的地理条件，充分利用沟、塘和地下空间，还可以进行整修，加浮盖后开发太阳能光伏。水库为了解决用水、防洪、发电问题可以占用土地建设，蓄热水库为了实现低碳发展，解决热源问题，且表面可以发电，同样可以占用土地建设，前提是做好科学选

9、址和环境评价，实现综合开发利用。我国北方需要储热30亿GJ,库容约100亿立方米，很多人会觉得投资成本太高了，但是建设大型储热水库相比储电相比，成本不到其1/10,如果储电的目的就是用热，那为何不直接储热呢，所以从新的角度来看待这个问题，这就变成合理的事情，也是该去做的事情。跨季节供热的收益建设大规模跨季节储热装置回收全年的余热，避免春夏秋季热量的浪费，收益为投资的23倍。热量回收、输送装置、系统得以全年利用，系统回收期缩短，原来系统只工作三四个月，另外八九个月全歇着，现在全年运行，系统利用的投资就减少了。建筑冬季供热、工业生产用热都会大范围波动，无蓄热装置时必须按照可能的最大负荷安排热源和输

10、配功率，而有了蓄热装置后，可以使系统容量减少到原来的1/2到17o通过大型水库蓄热，可以使热量供给的可靠性大幅度提高，保证民生需求。对于热源来说，供热系统是其冷却系统，大容量蓄热装置可以提高热源冷却的保证率。跨季节储热的成本虽然高，但是远低于储氢、储电、储水发电、储高压气等方式。长距离经济输热从上世纪80年代开始，输热距离不断延长，目前银川、石家庄、太原、呼和浩特、西安、济南、郑州、乌鲁木齐等北方省会城市都在做长途输热工程。经济输送距离与管径成正比，规模越大、流量越大，距离越短。保温材料的进步和局部冷桥的处理使得管道散热降低，管径越大、流速越快，相对热损失越小。大温差输热技术，供水温度从120

11、/60C发展到12020,C,使得同样流量下热量提高70%,显著改善了经济性。水热同送，单管输送，成本进一步降低至一半。热量变换避免掺混损失，实现供热匹配未来就是一根大管网，由跨季节储热、工业余热等联合输送到区域热网，满足建筑供热等用热需求，这样一来就必须统一参数，比如902,于是就要做热量变换。热源提供者送入热网的温度必须统一调整到要求的温度，比如120C；热量使用者返回热网的温度必须统一调整到要求温度，比如20Co那么，可以通过第一、第二类吸收式换热器来实现热量变换，就和变压器一样，实现不同温差的热水温度的变换，现在己经有好几个企业在大量生产，年产值也有几十亿。末端要用蒸汽怎么办？通过闪蒸

12、罐将热水闪蒸成低压蒸汽，然后经过水蒸气压缩机压缩到工业要求参数的蒸汽，而且是小装置，冷凝水的回收利用也很灵活，这都是靠集中供热的余热经过末端的电动装置来实现的。长江流域及以南地区建设大型能源站合适吗？能源站配置：大规模集中冷源，100万300万平米规模，712C供冷；燃气锅炉或引入热电联产集中供热热源。运行管理模式：按照面积收费，如50元f年；“全时间、全空间”模式运行；按照计量冷热量或风盘运行时间收费，风机盘管运行小时数很低，约30%；温差降到23k,泵耗占比接近40%。根据实际项目的调查数据显示，风机盘管的开启数量比上面多联机的室内机开启数量还要少，根本就不开，结果整个系统的某一个瞬间只有

13、10%的末端开着，更可怕的是系统的电磁阀可是不关的，即使风机停了，水依然在走，水泵的能耗特别多，只有2C的温差，结果水泵的电耗和主机的电耗有得一比。而按照规定需要5C的温差，像这种大规模的项目，得设计81(C的温差。因此，上述两种运行管理模式都不行。那为什么还要做的？得到的答案是节省建筑空间和节省总的初投资。节省总的投资是对的，但节省建筑空间是伪命题，用直径一米的管子把水送到各个楼里面去，把地下空间全占了。供热项目的管道都是50C的温差，而它只有5C的温差，流量特别大，所以地下空间并不省。可以给楼里面节省一点机房的面积，但还是有换热器和水泵在运行。为什么已经“屡战屡败”还要“屡败屡战”？投资商

14、通过“绿色”获得低价空间，高价收取运行费获利，因为供给端和使用端二者不均衡，末端弱势，不管是后来租房子的商业建筑，还是把房子卖给了老百姓，到时候规定就是这个价钱，最后也没人去算账，因此使用者的地位是不平等的，无选择权，不知情。储能是建设零碳能源系统的关键电力：风电光电的输出由自然状况决定，而非需求决定；热力：各类余热热源的输出量是由其生产者的主营业务决定，与使用侧的需求无关；储能已成为可再生和零碳能源发展的核心和关键，初期：源侧的初投资是主要矛盾，少量不可调能源并不影响系统调控：目前：不可调控源的比例增加到一定程度，调控成为主要矛盾，只能依靠储能。不解决储能问题，一方面弃风弃光弃热，一方面靠化石能源补充储能的投资比电源、热源建设的投资还高。IW光电投资3.5元，1天工作6小时，发电6Wh,储电3Wh,投资5元：IkW余热热源建设投资1500-2500元，1年工作3500小时，输出热量12G,储热6,投资1800元。储能涉及大量的政策机制，包括国土利用、储能价格等，需要打破常规，多部门协调，资源共享，综合利用，更需要大量技术创新。