清華大學(xué)付林：電熱矛盾白熱化，“以熱定電”必須改改了！

電廠既供熱又調(diào)峰難兼顧

現(xiàn)行改造手段高能低用弊端明顯

火力發(fā)電目前仍是我國(guó)發(fā)電的主體，且短期內(nèi)地位難以改變。我國(guó)火力發(fā)電廠約一半以上集中在北方地區(qū)，其中80%以上的火力發(fā)電廠屬于熱電聯(lián)產(chǎn)廠，發(fā)電的同時(shí)兼具保障供熱功能，熱電廠其實(shí)是火力發(fā)電廠靈活性調(diào)節(jié)的主力。

“火電未來(lái)的定位是同時(shí)滿足北方地區(qū)供熱和為可再生能源調(diào)峰，然而熱電聯(lián)產(chǎn)‘以熱定電’運(yùn)行模式，熱電輸出相互耦合、相互制約。因此需要找到一種解耦熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電輸出，使得熱電機(jī)組在滿足供熱負(fù)荷時(shí)，發(fā)電還能在大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式。”付林指出。

目前，不少熱電聯(lián)產(chǎn)廠正在研究、實(shí)施靈活性改造，通過(guò)“熱電解耦”給電網(wǎng)調(diào)峰。但在付林看來(lái)，現(xiàn)行主要熱電聯(lián)產(chǎn)調(diào)峰手段在實(shí)際操作中存在諸多制約，或影響總供熱能力，或存在不可逆損失，在提高電廠靈活性的同時(shí)會(huì)降低能源利用效率。

如通過(guò)電熱鍋爐解耦，需要在熱源側(cè)設(shè)置電熱鍋爐，電負(fù)荷低谷期時(shí)消耗過(guò)剩電力供熱。此方法對(duì)原系統(tǒng)改造小，熱電解耦能力強(qiáng)，甚至可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組零上網(wǎng)或負(fù)上網(wǎng)，但高能低用、系統(tǒng)低效的缺點(diǎn)也十分明顯。

而在汽輪機(jī)旁通主蒸汽對(duì)外供熱解耦這一方式雖然改造簡(jiǎn)單，熱電解耦能力強(qiáng)，不降低電廠供熱出力，但與電鍋爐類似，都是將低谷期的電直接轉(zhuǎn)化為熱，系統(tǒng)能效低下。

“以電熱鍋爐為例，雖然1度電可轉(zhuǎn)變成1份熱，但1份熱只能轉(zhuǎn)換為0.4度電，能量轉(zhuǎn)化效率非常低。”付林對(duì)記者直言，用電熱鍋爐為熱電解耦，整個(gè)過(guò)程相當(dāng)于先將之前的1份熱轉(zhuǎn)變?yōu)?.4度電，之后又將這0.4度電轉(zhuǎn)化為0.4份熱，換言之最終是將1份熱降低為了0.4份熱，無(wú)疑是一種能源資源的極大浪費(fèi)。

熱電協(xié)同為北方地區(qū)提供大型“儲(chǔ)能寶”

每年可釋放2億千瓦調(diào)峰能力

“熱電廠必須改變現(xiàn)行‘以熱定電’的運(yùn)行方式。為解決這一問(wèn)題，我們提出了熱電協(xié)同的集中供熱系統(tǒng)新模式，基于電廠余熱回收集中供熱，可兼顧提高熱電聯(lián)產(chǎn)的能源利用效率與靈活性。”付林強(qiáng)調(diào)，通過(guò)熱電協(xié)同，熱電廠仍可按照改造前純凝電廠的方式承擔(dān)原有發(fā)電調(diào)峰職責(zé)，且不降低電廠的供熱能力。

付林介紹，在熱電協(xié)同模式下，電負(fù)荷高峰期時(shí)，熱電廠需要發(fā)更多電量，此時(shí)可在系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)低溫蓄熱罐，用系統(tǒng)無(wú)法回收的余熱加熱蓄熱罐里的低溫水，將熱儲(chǔ)存起來(lái)，并將高溫蓄熱罐已儲(chǔ)存好的的熱水置換出來(lái)，以維持系統(tǒng)供熱能力；而電力負(fù)荷低谷期，則少發(fā)電多供熱，或者用熱泵制備熱水，并儲(chǔ)存在高溫儲(chǔ)罐里用于電力高峰期供熱。

這樣一來(lái)，在電力負(fù)荷高峰期，熱電廠也能多發(fā)電，熱網(wǎng)供熱能力卻不會(huì)降低，從而突破了電廠余熱回收系統(tǒng)的發(fā)電功率調(diào)節(jié)范圍限制，實(shí)現(xiàn)了熱電協(xié)同，大大提高了系統(tǒng)能效。

“與熱電聯(lián)產(chǎn)電廠相比，該模式相當(dāng)于是一個(gè)儲(chǔ)電廠、抽水蓄能電站，或者說(shuō)是超大號(hào)的儲(chǔ)電池，而且效率高、成本低。”付林說(shuō)，若該系統(tǒng)作為調(diào)峰使用，并在全國(guó)推廣，估計(jì)每年可為北方地區(qū)釋放約2億千瓦的調(diào)峰能力，這相當(dāng)于2億千瓦的電力儲(chǔ)能。

經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行

建議政府主導(dǎo)啟動(dòng)試點(diǎn)示范

在付林看來(lái)，未來(lái)北方地區(qū)冬季清潔取暖“煤改電”規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，以及熱力行業(yè)整體電氣化逐步推進(jìn)，冬季電力負(fù)荷無(wú)疑將逐年增長(zhǎng)，這意味著冬季熱、電需求將同步迎來(lái)高峰。

以北京為例，隨著農(nóng)村地區(qū)大范圍推進(jìn)煤改電，導(dǎo)致當(dāng)?shù)仉娏ω?fù)荷冬夏基本一致。不僅如此，未來(lái)，隨著可再生能源發(fā)電高比例增長(zhǎng)，系統(tǒng)不穩(wěn)定性增加，也會(huì)讓原本缺電的冬季“雪上加霜”。

“如果采用固有方式，則需要多建火力發(fā)電廠，但這一模式雖然可以滿足冬季需求，在夏季卻造成浪費(fèi)，從而推高成本。”付林坦言，對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)廠進(jìn)行熱電協(xié)同改造是能解決燃眉之急的方法。

以北方地區(qū)某熱電廠2×300MW濕冷機(jī)組組成的供熱系統(tǒng)為例，對(duì)電廠進(jìn)行熱電協(xié)同改造，實(shí)現(xiàn)供暖期發(fā)電負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍14%—91%，所需核心設(shè)備為400MW熱泵和10萬(wàn)立方米蓄熱罐，共約需投資4億元。

“電廠采用熱電協(xié)同系統(tǒng)后，可增加供暖季低谷期機(jī)組供熱量和高峰期機(jī)組發(fā)電量，每個(gè)采暖季可獲得收益約0.5億元，熱電協(xié)同系統(tǒng)投資回收期約為8年。”付林指出。

“熱電協(xié)同系統(tǒng)推廣應(yīng)用已經(jīng)具備技術(shù)可行性，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益兼具。但因其畢竟屬于新興事物，初期所需投資相對(duì)較高，目前遺憾還沒(méi)有找到落地場(chǎng)景。”付林坦言，因?yàn)楝F(xiàn)行上網(wǎng)電價(jià)機(jī)制，并不鼓勵(lì)高峰期多發(fā)電，反而鼓勵(lì)了不少地方更多采用低效消耗低谷電的方式，從而導(dǎo)致了能源浪費(fèi)，也不能解決高峰期電力短缺的問(wèn)題。

“但如果可以享受與抽水蓄能電站相同的電價(jià)，熱電協(xié)同系統(tǒng)比抽水蓄能電站的投資更小、成本更低。在保持總發(fā)電量不減小的情況下，如果將低谷期上網(wǎng)電價(jià)降低50%，而高峰上網(wǎng)電價(jià)提高50%，上述熱電協(xié)同系統(tǒng)的增量回收期降可低至4.9年，經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步大幅提升，如此電熱協(xié)同才有望真正實(shí)現(xiàn)。”付林進(jìn)一步建議，政府有關(guān)部門積極牽頭開展試點(diǎn)示范，取得一定經(jīng)驗(yàn)成效后再適時(shí)鼓勵(lì)推廣應(yīng)用。