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產業報告2020丨地區篇:二、寒冷地區城市清潔供熱規劃與方案選擇

發布者:CHIC | 日期:2021-08-17 | 來源:CHIC | 閱讀:196

第四篇 地區篇

二、寒冷地區城市清潔供熱規劃與方案選擇

河北省、河南省、山西省、山東省大多地區屬于氣候帶劃分中的寒冷地區,由于緯度跨度大,區域內供熱負荷差異較大。

1.寒冷地區清潔供熱概述

其中與內蒙古接壤的河北省北部張家口地區氣候寒冷,屬于嚴寒地區。我國供暖的分界線“秦嶺-淮河線”橫貫中部地區,河南省南部的信陽市均沒有集中供熱,而南陽市、駐馬店市集中供熱覆蓋率也相對較低。大部分中部地區氣候相對溫和,供暖時長在4個月左右,同時該地區人口相對比較密集,城鎮建筑面積大,熱負荷集中(如表4-12所示)。

表4-12  中部地區省會城市耗熱量

從城鎮發展上來看,有大量的工業企業位于這一區域,其中涌現了多個工業聚集區,如山西煉焦和煤炭工業區、河北邯鄲和唐山的鋼鐵冶煉區等。同時城鎮中擁有火力電廠的比例也相對較高。雖然河南和山東省也存在較多農業,但由于這些地區人口密集,實際生物質資源并不豐富,無法像東北地區一樣作為主力熱源。

因此,從清潔取暖發展上來看,中部地區建議優先發展熱電廠和工業余熱資源供熱,承擔大部分城鎮的基礎負荷,剩余負荷由垃圾污水資源、生物質資源或者常規的化石能源補充。由于中部地區負荷密集,眾多城市中現有的清潔熱源不足以承擔基礎負荷,因此除了增加清潔熱源供應之外,另一項重要的工作是降低需求。中部地區城鎮整體非節能建筑比例高于更為寒冷的東北地區。通過持續進行建筑節能改造工作,城鎮熱負荷有望進一步降低,清潔熱源承擔的比例也會相應提升。

圖4-23  中部區域城鎮需求與清潔取暖資源情況

圖4-24 中部地區不同方案熱源結構

從溫度分布上來看,這一區域的漢中市、安康市和信陽市典型年采暖期(11月15日至3月15日)的平均室外溫度分別為6.2°C、4.5°C和4.7°C,全年最低氣溫僅在0°C左右,空氣源熱泵取暖COP能達到3~3.5,實用性較強。在未來規劃中,可考慮統籌集中供熱與分散供熱協調發展。對于擁有電廠和工業余熱的地區,優先發展集中供熱替換現有的散煤鍋爐,既有分散式熱泵取暖和天然氣取暖方式不變。對于缺少集中供熱熱源的城鎮,則需要從實際出發,主要推廣各類靈活的電采暖方式,包括水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵等,取代現有燃煤鍋爐。

2. 安濮鶴供熱規劃

(1)熱源現狀與供熱格局

安濮鶴是安陽、濮陽、鶴壁的簡稱,三市地理位置相近,氣候情況接近。

安陽是國家歷史文化名城,豫晉冀三省交界區域性中心城市。中心城區分為文峰區、北關區、殷都區和龍安區4個區,還包括安陽縣、湯陰縣、滑縣、內黃縣、林州市5個下屬縣(市)。2017年中心城區城市人口約108萬人;下屬安陽縣87萬人,湯陰縣44萬人,滑縣107.3萬人,內黃縣66.6萬人,林州市80.81萬人。

安陽市總建筑面積為19035萬平方米,其中城區建筑總面積為5572萬平方米。所轄縣(市)建筑總面積為3699萬平方米,農村建筑總面積為9764萬平方米。2017年底,安陽城區集中供熱入網面積4276萬平方米,其中商業辦公入網面積424萬平方米,居民入網面積3600萬平方米,清潔能源供熱面積252萬平方米。但實際供熱面積僅有2700萬平方米(個人房多,入住率60%,無基礎熱費)。

濮陽屬于河南省地級市,位于河南省東北部,黃河下游平原,北與河北省邯鄲市交界,東與山東省泰安市、濟寧市、聊城市、菏澤市接壤,西與安陽湯陰縣、滑縣接壤,西南與新鄉長垣縣毗鄰,鶴濮高速將鶴壁與濮陽兩座城市緊密連接在一起。下轄濮陽縣、清豐縣、南樂縣、范縣、臺前縣和華龍區,共計5縣1區,到2017年末總人口 396.86 萬,常住人口363.93萬,其中農村人口204.78萬。

濮陽市城區既有建筑面積3376萬平方米,其中采用熱泵,空調,電加熱器形式的電供暖面積為1223萬平方米。分散式天然氣供暖面積為150萬平方米,中深層地源熱泵供暖面積為15萬平方米,熱電聯產集中供暖覆蓋面積為2705萬平方米,實際供暖面積為1850萬平方米。截至2017年底,市城區已實現清潔取暖面積3238萬平方米,現有供暖面積已基本實現清潔能源取暖,未來市城區清潔取暖工作將朝著新增建筑按100%清潔取暖建設。

全市5個縣城區既有總建筑面積為2142萬平方米,其中分散式天然氣供暖面積為345萬平方米,熱泵,空調,電加熱器等電取暖供熱面積為324萬平方米,中深層地源熱泵供暖面積為321萬平方米,工業余熱集中供暖面積為86萬平方米,熱電聯產集中供熱面積為190萬平方米,清潔煤及無供暖的面積為462萬平方米。

農村既有建筑面積為10026萬平方米,分散式天然氣供暖面積為1084萬平方米,電供暖面積為1852萬平方米,清潔煤燃燒供暖面積為853萬平方米,生物質分散供暖面積為261萬平方米,無供暖設施面積為2995萬平方米。

鶴壁市位于河南省北部,太行山東麓向華北平原過渡地帶,1957年經國務院批準建市,現轄2縣(??h、淇縣)、3區(淇濱區、山城區、鶴山區)、1個國家級經濟技術開發區、1個省級城鄉一體化示范區、4個省級產業集聚區,總人口162.7萬人。

鶴壁市建筑總面積5970萬平方米,其中城區(主要含中心城區、城市下轄區)既有建筑總量1996.2萬平方米,所轄縣既有建筑總量1512.06萬平方米,農村既有建筑總量2462萬平方米。城區入網面積為1550萬平方米(山城區、淇濱區、鶴山區),實際供熱面積為1105萬平方米。其中老城區實際供熱260萬平方米,入網面積480萬平方米。新區采用地源熱泵采暖方式面積為230萬平方米。天然氣取暖面積20萬平方米,工業余熱取暖面積87.98萬平方米。

近年來,鶴壁市??h、淇縣大力發展民用供熱,但因熱電聯產熱源受限,多是以可再生能源、天然氣、電等作為熱源。鶴壁市所轄縣縣城既有建筑面積1512.06萬平方米,其中清潔能源取暖面積680萬平方米,其中地源熱泵170萬平方米,天然氣散戶取暖60萬平方米,電暖器、熱泵型空調450萬平方米。

安濮鶴三市屬于溫帶大陸性氣候,四季分明,采暖設計參數如表4-13所示。

表4-13 安濮鶴采暖溫度參數


安濮鶴三市現有熱電聯產熱源如表4-14所示。

表4-14 安濮鶴三地熱電廠供熱能力

三市中均有一定的工業企業,尤以安陽市突出,安陽工業產品豐富,主要工業集中在鋼鐵、焦化和水泥,工業產量大,余熱資源豐富。從產品類型來看,生鐵和鋼材余熱量占比最大,所有工業企業產量如表4-15和圖4-25所示。

表4-15 三市工業余熱總量

圖4-25  安濮鶴三市工業余熱量

圖4-26  安濮鶴三市工業余熱分布

(2)供熱負荷預測。

合理地對三個城市的建筑面積、人口增長、城市發展預測是為其進行供熱規劃的重要基礎。這里首先對規劃初期和規劃末期的人口、面積進行預測,并在此基礎上對其不同時期的供熱需求量進行測算。

圖4-27 熱負荷預測思路

就城市人口增長而言,2009-2018年安濮鶴三個城市的人口都以較為穩定的速度緩慢增長。截至2018年底,安陽市總常住人口數426萬人,其中主城區規劃范圍內的4個區總常住人口數109萬人;鶴壁市總常住人口數164 萬人,其中主城區規劃范圍內的3個區總常住人口數68萬人;濮陽市總常住人口數337萬人,其中主城區規劃范圍內的1個區總常住人口數47萬人。安濮鶴3個城市主城區常住人口2019-2035年人口增長率分別按照0.7%、2%、0.7%計算,得到2025年和2035年安陽市主城區規劃范圍內的總常住人口分別是114萬人、122萬人;鶴壁市主城區規劃范圍內的總常住人口分別是76.1萬人、90.2萬人;濮陽市主城區規劃范圍內的總常住人口分別是48.8萬人、51萬人。

表4-16 安濮鶴人口發展預測

面積規劃按照人均建筑面積的方法估算,根據相關統計年鑒,2017年安濮鶴城區常住人口分別為108.21萬人、66.51萬人、47.12萬人,對應總建筑面積分別為5572萬平方米、1996萬平方米、3376萬平方米。人均建筑面積分別為51.5平方米/人、29.5平方米/人、71.6平方米/人,結合預測人口數量,分別計算出2018年、2025年及2035年建筑面積如表4-17所示。

表4-17 安濮鶴建筑面積預測(萬平方米)

考慮將3個城市的現狀建筑按照當前的峰值負荷得出一部分需求負荷,而每年的預測新增建筑按照三步節能標準18.5w/㎡算出另一部分每年新增建筑的需求負荷,考慮到每個城市每年將要對一定面積的建筑進行節能改造,這里按照二步節能標準26.5w/㎡計算得到最后一部分改造建筑的需求負荷,另外在計算每年的現狀建筑負荷時需要減掉新改造的建筑。由此得到三個城市2025、2035年的熱需求。

通過對規劃初期和規劃末期的人口、人均建筑面積、單位面積供熱負荷進行預測,在此基礎上得到不同時期的供熱需求如表4-18所示。

表4-18 安濮鶴建筑面積及需求負荷預測

(3)清潔供熱方案探究。

表4-19和表4-20為鶴壁市需求熱負荷以及既有熱源的供熱能力。

表4-19 鶴壁市需求側負荷

表4-20 鶴壁市供給側供熱能力

從表中清晰地看出,鶴壁市熱源充足,在充分利用當地電廠的熱量的基礎上,足以滿足2025—2035年的熱需求,因為未來可以考慮外送給距離較近的安陽。

對于安陽市和安陽縣,安鋼年產鋼材1000萬噸,生鐵762萬噸。工業余熱量豐富,達1754.5MW。其中可用于直接換熱的鐵渣與鋼渣水熱量為226MW。低溫冷卻循環水(45℃~35℃)熱量為227MW。其中考慮鐵渣余熱在沖渣過程中的渣池表面蒸發與閃蒸蒸汽帶走40%的熱量,僅回收60%的熱量136MW。低溫冷卻循環水由于管道及池面散熱,可回收其中65%的熱量148MW。經過以上可直接換熱和高溫熱提取低溫余熱的流程回收工業余熱部分熱量后,仍然存在309MW的供熱缺口,可使用分布式燃氣鍋爐進行調峰。

圖4-28 安陽市規劃熱負荷延時曲線

表 4-21 濮陽市供需對比

經過對比發現,國電機組在達到最大出力后,豫能電廠仍然富裕熱量,可以考慮外送至距離較近的濮陽縣、清豐縣、范縣。

范縣集中供熱承擔最大負荷58MW,分散供熱負荷88MW,考慮將豫能電廠富裕熱量外送至范縣取代其分散供熱。

清豐縣集中供熱承擔最大負荷96MW,分散供熱負荷104MW??紤]將豫能電廠富裕熱量外送至清豐縣取代其分散供熱。目前濮陽縣熱網一部分接入濮陽主城區的熱網,一部分為豫能電廠現有長輸熱網接到濮陽縣。當地集中供熱使用了部分中原大化的冷卻循環水余熱,最大供熱功率300MW,現未完全利用。集中供熱最大承擔負荷166MW,分散供熱負荷109MW。熱網所輸送熱量可以滿足2025—2035年集中供熱負荷需求。

臺前縣集中供熱承擔最大負荷14MW,分散供熱負荷132MW。根據《濮陽5+1方案》中提到在2018—2020年新增生物質熱電聯產集中供熱面積145萬平方米,預計新增集中供熱負荷70MW,分散供熱負荷預計縮小為48MW。由于豫能電廠距離臺前縣城區過遠,輸送熱量小,建設長輸熱網經濟性低,因此不考慮接受豫能電廠外送熱量。

南樂縣集中供熱承擔最大負荷85MW,分散供熱負荷60MW。根據《濮陽5+1方案》規劃,2018—2020年新增生物質熱電聯產集中供熱面積127萬平方米,預計新增集中供熱負荷61MW,實現生物質熱電聯產集中覆蓋縣城區。不再考慮建設豫能長輸熱網外送熱量至南樂縣。

圖4-29 安濮鶴三市供熱規劃思路

表4-22  安陽市熱源規劃方案投資與運行費用

方案主要包含以下工程:

  • 大唐林州電廠DN1200,33km長輸熱網至安陽;

  • 安鋼AHP,調峰鍋爐,DN1200,8km長輸熱網至安陽;

  • 亞鋼AHP,調峰鍋爐(湯陰);

  • 京煤滑州電廠DN800,24km長輸熱網至內黃。

表4-23  濮陽市熱源規劃方案投資與運行費用

規劃方案主要包含以下工程:

  • 濮陽豫能電廠DN600,18km長輸熱網至清豐縣;

  • 濮陽豫能電廠DN600,22km長輸熱網至范縣。

 





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