2019年城市能源系統的熱電氣協同模式.pdf
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1、城市能源系統的熱電氣協同模式目錄目錄1.背景背景2.熱電協同熱電協同3.氣熱協同氣熱協同4.氣電協同氣電協同5.城市能源系統的熱電氣協同模式城市能源系統的熱電氣協同模式6.案例案例背景電力、燃氣和熱力是未來城市能源的主體煤、油逐步退出城市城市能源系統追求的目標是什么?安全低碳(高效)清潔經濟低碳清潔經濟背景案例某生態城的能源方案,如何實現20%可再生能源目標?規劃十年過去了,現實呢?可再生能源城市電網分布式能源熱電聯產天然氣余熱可再生能源可再生能源熱電聯產熱電聯產余熱余熱分布式能源分布式能源天然氣天然氣城市電網城市電網三聯供太陽能熱水風光垃圾光伏風力發電熱泵城市電網太陽能熱水熱泵城市電網風力發2、電光伏發電風光互補垃圾三聯供污泥發電污水源熱泵北塘熱電廠地源熱泵水源熱泵三聯供地熱北疆余熱北疆電廠道路能源北塘余熱北塘熱電廠北疆電廠北疆余熱地源熱泵地熱水源熱泵三聯供污水源熱泵道路能源北塘余熱背景城市是能源消費主體,占社會能源總消費量的80%,但不是能源生產主體,如何實現低碳?氣,如何低碳?電,如何低碳?場地限制熱?節能(提高能效,降低需求),柔性電力負荷電力系統面臨的挑戰電力系統需要大力發展可再生能源發電到2050年我國的碳排放總量要降低到目前的1/3,為滿足我國社會和經濟持續發展,既要實現我國建成現代化強國、實現中國夢的目標,又要控制二氧化碳排放總量發展可再生能源發電對電網調峰提出更高要求3、可再生能源發電具有隨機性,發電出力不可調節不可調節電源占比增加,電網調峰更加困難,導致近年來棄風、棄光頻發供熱系統的問題城市仍存在大量燃煤鍋爐截至2016年底,燃煤鍋爐在北方城鎮供熱熱源中仍占32%“煤改氣”、“煤改電”成本高,多數城市難以承受,清潔、低碳、經濟的熱源是什么?冬季學生操場曬太陽上課冬季學生操場曬太陽上課147116921786193220582386050010001500200025003000050010001500200025003000201220132014201520162017消費量(億立方米)時間(年)生產量進口量消費量0200040006000800010004、0120002017/3/152017/3/302017/4/142017/4/292017/5/142017/5/292017/6/132017/6/282017/7/132017/7/282017/8/122017/8/272017/9/112017/9/262017/10/112017/10/262017/11/102017/11/252017/12/102017/12/252018/1/92018/1/242018/2/82018/2/232018/3/10(用氣量)萬Nm3時間北京市年度用氣曲線峰谷差接近峰谷差接近8/18/1高峰日用氣量突破高峰日用氣量突破1 1億億NmNm3 3/5、h/h8%7%16%3%18%31%00.10.20.30.4201520162017增速(%)時間(年)天然氣消費量和進口量增速消費量進口量應從綜合能源系統的角度看城市能源問題城市電力、供熱、天然氣系統相互聯系又相互制約充分認識熱、電、氣各自的特征,綜合考慮并充分發揮它們各自的優勢領域,使得熱電氣相互協同,才能實現清潔低碳、高效安全的城市能源系統電熱氣氣熱協同目錄目錄1.背景背景2.熱電協同熱電協同3.氣熱協同氣熱協同4.氣電協同氣電協同5.城市能源系統的熱電氣協同模式城市能源系統的熱電氣協同模式6.案例案例熱電協同熱電協同將發電與供熱相結合,發電廠變為熱電廠,熱電聯產長輸供熱,經濟輸送半徑6、已超過100公里,絕大多數電廠可成為熱電廠城市及周邊現有熱電廠挖潛,包括一部分乏汽及煙氣,超過現有供熱量40%冷卻塔電廠鍋爐汽輪機回收電廠余熱供熱煙氣余熱7%乏汽余熱55%發電32%G供熱成本與輸送距離的關系熱電協同模式供熱系統為電力調峰優于蓄電調峰熱是產品,過剩電量轉化為熱可直接使用,減少能量轉化環節,蓄能效率高儲熱成本遠低于儲電儲熱:60元/kWh儲電:1000元/kWh熱電協同熱電聯產發電供熱熱用戶儲熱改變發電與供熱的比例,并通過儲熱平衡供熱波動電熱泵供熱儲熱低谷期消耗過剩電力,并儲存熱量高峰期釋放熱量減少電力消耗熱電協同讓整個供熱系統成為電力的蓄能體電源側:熱電廠“熱電協同”運行,熱電7、廠為可再生能源發電調峰,同時穩定高效地供熱需求側:電熱泵結合儲熱裝置,接受電網調度運行,實現電負荷削峰填谷電網熱電廠儲熱電熱泵熱用戶儲熱電熱泵低谷期運行削峰填谷熱電廠為電網調峰熱網熱電協同熱電廠的“熱電協同”模式高峰期電廠不供熱,純發電供熱負荷由儲熱承擔低谷期熱電聯供,發電量減少熱量一部分供給熱用戶,一部分儲存起來純凝發電儲熱熱用戶用儲存的熱量供熱電網降低發電儲熱熱用戶電網儲存熱量供給熱用戶實現熱電廠“熱電協同”的各種方式將在之后的報告中詳細介紹和比較熱電協同電熱泵“熱電協同”模式運行電熱泵是高效的供熱方式,結合蓄熱裝置可為電網調峰電熱泵“熱電協同”供熱熱用戶高峰期電熱泵停機不耗電電熱泵熱用戶8、儲電耗電1份耗電1.25份電熱泵熱用戶電熱泵耗電1.1份耗電1份低谷期高峰期電熱泵熱用戶儲電放電1份耗電1份儲能過程損失20%蓄熱罐散熱損失5%斜溫層增加熱泵電耗5%儲能效率電熱泵:90%蓄電:80%單位調峰量投資(元/kW)電熱泵3000抽水蓄能8000供熱系統為電力調峰的潛力到2050年,4億kW裝機容量的火電廠改為熱電聯產承擔120億平米供熱面積,這些熱電廠可產生約3.2億kW的電力調峰能力電熱泵承擔約10億平米供熱面積,產生0.5億kW電力調峰能力供熱系統可提供3.7億kW調峰能力,超過全國火電裝機容量的30%“熱電協同”模式解決了電力系統的調峰問題,同時實現了高效清潔的供熱熱電協同電9、網熱電廠儲熱電熱泵熱用戶儲熱0.5億kW調峰能力3.2億kW調峰能力130億平米供熱面積熱網目錄目錄1.背景背景2.熱電協同熱電協同3.氣熱協同氣熱協同4.氣電協同氣電協同5.城市能源系統的熱電氣協同模式城市能源系統的熱電氣協同模式6.案例案例供熱調峰燃氣鍋爐初投資小,運行費用高用于承擔尖峰負荷,提高整體經濟性調峰熱源容量占比根據整體供熱系統的經濟性定量分析確定熱電聯產余熱供熱系統投資大,運行成本低,應長時間穩定運行,需要調峰燃氣調峰宜采用分布式燃氣比熱易于輸送,燃氣調峰應放在末端調峰燃氣使用已有的居民用氣管道即可滿足要求分布式燃氣調峰可與熱泵相結合可進一步降低回水溫度,進一步提高管網輸送能力10、,提高管網利用率降低回水溫度可降低熱電聯產的供熱成本,從而提高整個供熱系統的經濟性增設天然氣季節性儲存氣熱協同實現城市供熱無煤化城市供熱無煤化不能簡單地采用“煤改氣”、“煤改電”耗氣量大,能效低、經濟性差回收火電廠余熱為基礎熱源,用天然氣鍋爐為火電廠余熱調峰,并用電熱泵回收優質低溫熱源余熱供熱,才能形成真正經濟可行的城市無煤化供熱系統城市供熱無煤化到2050年,我國北方城鎮200億平米的供熱面積,利用燃氣鍋爐承擔其中約20%的調峰負荷,僅需要消耗天然氣110億立方米而這還不到北京市2017年燃氣電廠和燃氣鍋爐的耗氣量(133億m)熱電廠電熱泵熱用戶熱網電廠余熱承擔基礎負荷燃氣調峰鍋爐不增加電廠11、煤耗燃氣消耗減少60%以上燃氣熱泵目錄目錄1.背景背景2.熱電協同熱電協同3.氣熱協同氣熱協同4.氣電協同氣電協同5.城市能源系統的熱電氣協同模式城市能源系統的熱電氣協同模式6.案例案例天然氣為電力調峰燃氣熱電聯產應慎重發展燃氣熱電廠在“以熱定電”的運行模式下,其靈活性高的優勢喪失燃氣熱電聯產的燃氣消耗量大,相同供熱量下,耗氣量比燃氣鍋爐多5倍以上燃氣電廠啟停快、調節靈活,是電力調峰的最佳選擇應發展燃氣電廠為電網調峰某燃氣熱電廠采暖季發電曲線050100150200燃氣電廠燃氣鍋爐耗氣量(Nm/GJ)冬季耗氣量全年耗氣量燃氣熱電聯產“熱電協同”已建成的燃氣熱電廠應深度回收余熱供熱,并采用“熱電12、協同”的運行模式,承擔電力調峰任務天然氣總耗量不變,燃機變負荷運行,實現熱電解耦低谷期發電壓減至30%,高峰期提高到100%通過回收余熱增加供熱能力40%以上00.20.40.60.811.20246810121416182022負負荷荷率率熱電協同現狀 高溫罐12020煙氣90煙氣煙氣10煙囪一次網余熱回收機組低溫罐噴淋塔熱網加熱器抽汽目錄目錄1.背景背景2.熱電協同熱電協同3.氣熱協同氣熱協同4.氣電協同氣電協同5.城市能源系統的熱電氣協同模式城市能源系統的熱電氣協同模式6.案例案例城市能源系統的熱電協同模式天然氣給電和熱調峰給電調峰燃氣發電電力短時間動態調節給熱調峰調峰熱源供熱季節性調峰13、熱給電調峰熱電廠熱電協同電力短時間動態調節電動熱泵結合蓄熱電力短時間動態調節熱力、天然氣服從于電力,創造柔性城市能源的大環境,為高比例可再生能源城市能源系統提供保障城市能源系統的熱電協同模式供熱為電力調峰,電力系統可實現高比例可再生能源發電熱電廠熱電協同運行,為電網大幅度調峰電熱泵進一步消耗低谷綠電供熱熱、電、氣協同的效果高比例可再生能源發電電力調峰需求電熱泵供熱熱電廠發電調峰城市能源系統的熱電協同模式充分利用低谷綠電供熱熱電廠在純凝電廠壓低負荷后,進一步減少發電,制取熱量熱電廠比純凝電廠減少的發電量均由綠電彌補電熱泵在低谷期消耗綠電制取熱量上述熱量一部分進入熱網供給熱用戶,另一部分儲存起來用14、于高峰期供熱高峰期供熱來源于低谷期蓄熱,也是綠電供熱熱、電、氣協同的效果電熱泵消耗綠電供熱熱電協同“消耗”綠電供熱城市能源系統的熱電協同模式天然氣為供熱系統調峰調峰運行方式大幅提高了以電廠余熱為基礎熱源的供熱系統的能源利用效率和經濟性天然氣消耗量縮減至獨立燃氣鍋爐供熱的1/3以下天然氣為電力系統調峰充分發揮燃氣電廠的調節幅度大、調節速度快的靈活性優勢,為電網調峰調頻天然氣作為電力、熱力的調峰能源,是保障低碳能源的救火隊,真正起到能源領域的“巴黎香水”作用熱、電、氣協同的效果目錄目錄1.背景背景2.熱電協同熱電協同3.氣熱協同氣熱協同4.氣電協同氣電協同5.城市能源系統的熱電氣協同模式城市能源系15、統的熱電氣協同模式6.案例案例西部熱網供熱西部熱網供熱0.640.64億億平方米平方米東部熱網供熱東部熱網供熱1.241.24億億平方米平方米北京市供熱現狀 北京市現狀總供熱面積85416萬平米 天然氣供熱為主導的供熱模式,占比超過90%天 然 氣 熱 電 聯 產 供 熱 面 積15160萬平方米,占比17.7%;天然氣鍋爐(含燃氣壁掛爐)供熱面積61916萬平方米,占比72.5%;注:外熱燃煤熱電聯產1.7%0.00100.00200.00300.00400.00500.00600.00700.00800.00北京市天津市上海市濟南市石家莊市哈爾濱市東京市立方米立方米/人人北京市天然氣人均資16、源占有量大問題1:北京供熱以氣為主造成供氣保障危機 和煤相比供熱成本高,巨額的政府財政補貼,且燃氣電廠供熱成本最高其它城市能耗成本=381*0.47+2.36*45=285億元北京市能耗成本=381*0.65+2.36*84=446億元北京市因此每年多付出代價:161億元73億Nm3用于電廠發電381億kwh供熱4700萬GJ60億Nm3用于鍋爐供熱18900萬GJ供熱2.36億GJ問題2:天然氣供熱經濟代價昂貴01020304050607080燃煤電廠燃氣電廠燃氣鍋爐排放量(g/GJ)煙塵SO2NOx燃氣和燃煤電廠超低排放比較污染物排放情況(采暖季折算)71.6734.1133問題3:天然氣17、供熱仍然有大量污染排放 清潔能源天然氣并不“清潔”燃氣電廠和鍋爐共計排放NOx僅次于交通的排放源。問題4:以燃氣鍋爐為主的供熱方式,造成能源的巨大浪費 天然氣鍋爐高能低用,效率低,僅為是燃氣電廠的三分之一燃氣鍋爐:1份天然氣轉化為0.9份熱燃氣熱電廠:1份天然氣轉化為0.57份熱和0.48份電,該電用于熱泵回收低溫熱量(污水、工業余熱等COP平均取5)轉化為2.4份熱,總計2.97份熱 燃氣鍋爐占北京市供熱的四分之三 北京市集中供熱的熱電聯產比例非常低,僅為17.7%1.熱電廠熱電協同與煙氣余熱利用相結合供熱工況下的出力偏低,沒充分發揮能力燃氣熱電廠采暖季負荷率僅65%左右,造成設備閑置和能源18、浪費(相當于5000萬的電直熱采暖)北京市供熱發展思路00.20.40.60.8111/1512/151/152/153/15負荷率高井電廠采暖季負荷率逐日值平均值0.6700.20.40.60.8111/1512/151/152/153/15負荷率華能電廠采暖季負荷率逐日值平均值0.6500.20.40.60.8111/1512/151/152/153/15負荷率太陽宮電廠采暖季負荷率逐日值平均值0.66北京市供熱發展思路1.熱電廠熱電協同與煙氣余熱利用相結合尚有大量煙氣余熱沒有得到利用,可使供熱能力提高46.4%(煙氣溫度10)燃氣電廠煙氣溫度降低到10,煙氣余熱回收3196MW序號項目簡19、稱燃機類型裝機容量(萬千瓦)燃機供熱能力(MW)煙氣余熱量(MW)1京豐熱電(三熱)1*9F級411161422京陽熱電(太陽宮)2*9F級785492783華電鄭常莊2*9E級50.83871714華潤協鑫熱電2*6B級1570695電子城動力南廠2*6B級1268696東南熱電中心(高碑店)2*9F級92.36502882*9F級99.87732887西南熱電中心(草橋)2*9F級83.85922608西北熱電中心京能項目(京西)3*9F級130.78833919西北熱電中心大唐項目(大唐高井)3*9F級13896340610東北熱電中心京能項目(京能高安屯)2*9F級84.559624820、11東北熱電中心國華項目(國華高安屯)2*9F級95.167328912未來科技城區域能源項目1*9E級25.52089713海淀北部區域能源項目1*9E級26.62029714通州運河核心區區域能源項目3*6F級21.3153103合計994.468833196北京市供熱發展思路1.熱電廠熱電協同與煙氣余熱利用相結合 保持天然氣耗量不變,燃機變負荷運行以實現熱電解耦采暖季平均低谷期壓負荷至30%,高峰期100%,平峰期60%通過回收余熱增加供熱能力45%以上 高溫罐12020煙氣90煙氣煙氣10煙囪抽汽熱網加熱器二次網一次網大溫差換熱機組余熱回收機組低溫罐噴淋塔00.20.40.60.81121、.20246810121416182022負負荷荷率率熱電協同現狀北京市供熱發展思路2.充分發展余熱供熱熱源 通過蓄熱+熱泵,消納谷電(綠電)回收余熱供熱燕山石化余熱 1000MW中水 1000MW垃圾焚燒廠 950MW燃氣鍋爐余熱 1000MW域外余熱 7435MW0204060801001201400100200300400500供供熱熱成成本本(元(元/GJ)長輸距離(長輸距離(km)長輸供熱空氣源熱泵中深層地埋管燃氣DN1600DN1400DN160070km北京市供熱發展思路 供熱半徑的變化 參考比較對象由燃煤鍋爐房變為電熱泵和燃氣鍋爐房長輸DN1400管線,大溫差供回水溫度:13022、/20,調峰比例40%,電價0.6元/kWh,氣價2.39元/m3長輸熱網空氣源熱泵中深層地埋管天然氣鍋爐北京市供熱發展思路3.整合燃氣鍋爐,并入熱網,作為調峰熱源 燃氣鍋爐調峰比例太小,僅有21.8%,與合理調峰比例40%相差甚遠北京市供熱發展思路綜合評價能耗北京增加綠電消納73.5億kW.h,占北京全年用電量7%依靠熱電協同,冬季減少谷電發電量31.5億kW.h依靠蓄熱冬季增加供熱耗谷電量(綠電)42億kW.h,其中本地16億kWh發揮熱電廠剩余容量,冬季增加高峰發電量31.5億kW.h規劃供熱方案相比常規供熱方案節能42億m3,降低化石能源消耗47%規劃方案47億m3,常規方案89億m323、綜合評價經濟性 運行費運行費相比常規方案節省74億,相對節省33%投資增加368億元 靜態回收期5年供熱方案熱電聯產氣耗(億m3)熱電聯產發電量(億kWh)鍋爐氣耗量(億m3)長輸耗電量(億kWh)供熱耗電量(億kWh)長輸管網外購熱量(億GJ)運行費用(億元)常規方案39.616171 0.9929 0.1626225 新方案39.616131 6.3845 0.7523150 項目投資(億元)電廠煙氣余熱回收及熱電協同改造11 鍋爐煙氣余熱回收11 盤山電廠長輸管線34 北疆電廠長輸管線76 大溫差改造106 長輸供熱區域熱網管線100 中水余熱供熱13燕山石化余熱供熱17合計368注:熱電天然氣價按2.39元/m3,鍋爐天然氣價按2.49元/m3,長輸電價按0.6356元/kWh,其它電價0.8053元/kWh,發電上網電價0.47元/kWh,外購常規熱按30元/GJ,大溫差模式熱量按20元/GJ謝謝!謝謝!
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上傳時間:2024-07-11
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