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大慶江億院士:“ 雙碳 ” 愿景下,北方城鎮(zhèn)供熱的四大思路和需攻克技術

時間: 2022-12-15 10:09:00 來源: 中惠地熱股份有限公司
  江億院士:“雙碳”愿景下,北方城鎮(zhèn)供熱的四大思路和需攻克技術

  雙/碳/達/標

  “碳達峰、碳中和”目標愿景提出后,******相關部門圍繞此目標開始制定并出臺一系列支持政策和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,全國各行業(yè)都面臨時代變革所帶來的機遇與挑戰(zhàn)。作為能源行業(yè)下游產(chǎn)業(yè)鏈上的重要一環(huán)——城鎮(zhèn)供熱行業(yè),其受到能源轉型發(fā)展戰(zhàn)略調整的影響尤為深遠。

  2021年5月,中國國際暖通高峰論壇——碳達峰、碳中和與清潔供熱綠色發(fā)展國際峰會召開。論壇上,中國工程院院士江億立足供熱行業(yè),聚焦“雙碳”熱點話題,就我國北方城鎮(zhèn)實現(xiàn)零碳供熱目標工作的技術路線分享研究成果。


  中國工程院院士江億

  江億表示,現(xiàn)如今中國能源系統(tǒng)的特點是通過燃燒化石能源產(chǎn)生熱量,產(chǎn)生的熱能一部分用于工業(yè)、商業(yè)以及居民的供熱;另一部分則以熱發(fā)電,也就是說現(xiàn)在是“燃料先出熱后出電”的順序。

  目前全國能源領域都在努力朝著零碳方向邁進,在此背景下,未來的能源系統(tǒng)鏈條將產(chǎn)生變化:供熱所用的燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、蒸汽鍋爐等產(chǎn)品都要下狠心一步一步淘汰,而水電、核電、風電、光電等可再生能源類產(chǎn)品將占主導地位。這其中80%的能源都是直接產(chǎn)生電能,在此基礎上再“以電換熱”,能源轉換過程180度逆轉。這樣一來,電能作為清潔能源,無論是進行供熱還是供電,都能夠完美解決原先能源生產(chǎn)應用過程中產(chǎn)生的碳排放等污染問題。

  對于我國供熱行業(yè)來說,積極響應“雙碳達標”國策,不僅符合******綠色能源發(fā)展規(guī)劃,還將迎來行業(yè)一大發(fā)展契機,在能源變革之路上占據(jù)有利地位。

  北方城鎮(zhèn)供熱////

  基本///思路

  針對“雙碳達標”愿景下的城鎮(zhèn)供熱前景和路線,江億提出了自己的觀點。以北方城鎮(zhèn)為例,江億認為實現(xiàn)零碳供熱有以下四個基本思路:

  一、開發(fā)利用沿海地區(qū)核電、火電、鋼鐵廠余熱,通過海水淡化制備淡水,實現(xiàn)水熱聯(lián)產(chǎn)、水熱同送、水熱同蓄、水熱分離,再加上建設若干個大型跨季節(jié)蓄熱裝置,可為城鎮(zhèn)80億平方米建筑進行供熱;

  二、開發(fā)利用北方地區(qū)保留下的3億千瓦火電,通過蓄熱和余熱回收,可為80億平方米建筑供熱;

  三、利用部分鋼鐵、化工產(chǎn)業(yè)和垃圾焚燒及其排放余熱,也可為10億平方米建筑供熱;

  四、通過多種電動熱泵方式供熱,如集中的中水水源、中深層地源、淺層地源,分散的空氣源等,這些可為30億平方米難以連接集中熱網(wǎng)的建筑供熱。

  未來零碳供熱////

  攻克///技術

  基于上述思路,江億認為未來零碳供熱的實現(xiàn),需要努力攻克四大技術:

  一、提高跨季節(jié)蓄熱技術,收集水熱聯(lián)產(chǎn)余熱、垃圾焚燒余熱、工業(yè)余熱。值得注意的是,為避免熱損失,單體蓄熱池體積應在1000萬立方米以上,深度應大于30米。

  二、提升高效回收各類低品位余熱技術,如余熱驅動海水淡化制備熱淡水、熱電聯(lián)產(chǎn)回收冷端余熱和煙氣余熱等。

  三、發(fā)展降低回水溫度的技術,無論是跨季節(jié)蓄熱還是電廠余熱回收,都要建立在低回水溫度基礎上??赏ㄟ^吸收式換熱器利用較高的供水溫度實現(xiàn)低回水溫度,也可以采用電動熱泵直接提取回水的熱量供熱,并進一步降低回水溫度。

  朂后,就是進一步加強建筑結構改造技術、建筑保溫技術、末端調節(jié)技術等,降低熱需求、扭轉室內過熱現(xiàn)象。

  江億在演講朂后表示,從總的方向來說,中國要實現(xiàn)供熱系統(tǒng)零碳改造,就要從中國的現(xiàn)實情況出發(fā),然后向零碳目標推進,科學規(guī)劃、分步實施。從發(fā)展節(jié)奏來說,應先于房屋建設實現(xiàn)碳達峰,與電力系統(tǒng)同步實現(xiàn)碳中和。

  #演講原文#

  (以下演講內容來源于現(xiàn)場速記,或與實際有所出入,僅供參考)

  01、各位下午好,很高興有機會與供熱同行見面了。非常對不起,沒有準備英文PPT,只能靠同傳。剛才瑞典、芬蘭,介紹了北歐怎么在供熱里面實現(xiàn)低碳,我覺得這里面有很多很好經(jīng)驗。那么實現(xiàn)2060年碳中和,包括2030年碳達峰,也是******對我們供熱行業(yè)的一個大的要求,所以咱們作為供熱企業(yè),也得努力響應******號召,實現(xiàn)低碳,朝著碳中和的道。所以我今天想跟大家在這兒交流一下。

  首先要說明一點兒,為什么要搞這個事情?當然是應對氣候變化,保護地球,這是從總的來說。但是深入來看,是因為咱們現(xiàn)在能源系統(tǒng)完全靠化石能源,尤其將來說把煤替代了,都靠氣,或者靠油,那么實際的能源安全大比例靠進口,大氣污染問題甭管你燒什么,都會排放相關的污染物,粉塵、氮氧化合物、硫化物。這些問題很難從根本上解決,要從根本上解決問題,干脆我們不燒化石能源,咱們改變能源結構,我們變成零碳結構,這時候就從根兒不再靠燃氣燃油進口,從根上就不再排出這些東西?,F(xiàn)在是燒,燒完要凈化、脫硫脫硝,這些東西再下多大功夫,很難把這些東西都脫下來,而且得投資。我從根上不燒,就徹底了實現(xiàn)藍天保衛(wèi)戰(zhàn),藍天就可以弄回來。

  所以改成零碳的能源,像這里說的風電、水電、光電、核電,再加上生物質能源,這樣就根本擺脫了對化石能源的依賴,也就解決了前邊寫的三大問題,從而實現(xiàn)能源的安全與可持續(xù)發(fā)展,這是要實現(xiàn)低碳戰(zhàn)略,中央講是經(jīng)過深思熟慮朂后做出來的雙碳決定,所以不是很簡單的說法,真是考慮了未來長遠大計。

  02、那么在前些年到底是多排點,各國在談判,你減排1億噸,我減排5000萬噸,好像討價還價一樣,覺得是咱們共同維持這個地球,所以大家要一塊減。有時候把碳排放看作是保證經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的一定的資源,所以總想保留一部分。這是十幾年前對這些事情的認識,所以那時候國際談判特別激烈。但是朂近十年尤其是朂近五年,形勢出現(xiàn)了巨大的變化,出現(xiàn)什么變化呢?這尤其是從歐洲這兒開始,慢慢意識到改變能源結構,把碳給減了,確實對人類,對整個地球都有特別大的好處。但是同時對改變自己的產(chǎn)業(yè)結構,自己的能源方式,跟能源相關的技術形式,從而促進實現(xiàn)技術新的發(fā)展、經(jīng)濟新的發(fā)展,也是特別難得的機遇,也是這樣的一條道。所以尤其是朂近五年,歐洲不是天天盯著你中國排多少,我就減多少,而是不再管別人,各國相繼制定了零碳2050,有些******是2045計劃,而且朝哪兒走,剛剛大家看到瑞典、芬蘭在使勁努力,干什么呢?把這個看作一個機遇,解決這些年經(jīng)濟持續(xù)不長的狀態(tài),打破僵局,看作又一個機會與機遇,從來未來的經(jīng)濟發(fā)展實際是一個科技競爭在后邊,而高科技的競爭很重要一塊是在能源的變革、能源的革命與零碳發(fā)展上,誰先在這兒占先,誰可能占領主動權,將來在各方面會占領高科技發(fā)展至高地。這么看這個事情,我們好像就更有積極性了,低碳不光是解決人類的事情,同時也是解決我們自身發(fā)展的事情。

  照著這個思路看下來,很可能低碳甚至是解決我們供熱行業(yè)長期也在犯愁,現(xiàn)在不讓燒煤,我熱從哪兒來?怎么真正找出一條出路,朂后實現(xiàn)高質量的可持續(xù)發(fā)展,把這個行業(yè)做的更好,這一點可能是一條道兒,我現(xiàn)在是這樣認識這個事情。

  好,那么要想實現(xiàn)能源革命從化石能源變成零碳能源,換了之后意味著什么呢?仔細一看什么是零碳能源,就是這兒寫的風電、核電、水電和生物質能源,我剛才注意了芬蘭、瑞典,講的2022年或者未來的生物質占了很大的比例,占了40%。中國的土地資源遠遠沒有辦法跟北歐比,所以我們很難讓生物質能源提供30%、40%的能源總量供給,先得把肚子喂抱,先解決吃飯就不得不了。所以現(xiàn)在得到的初步數(shù)據(jù),生物質能源充分的組合充分收集來,當然得滿足飼料什么的其他要求,剩下都作為能源,能有多少呢?是9-10億噸標煤,那么9-10億噸標煤大概未來能承擔我們總能源的15%或者不到20%,是這樣的一個比例。

  03、因此,總的能源生物質能占有15-20%的份額,剩下的就是零碳的時候,全看風電、光電、水電、核電,靠這些電了。這樣一來使得未來的能源系統(tǒng)整個鏈條就變了,現(xiàn)在是什么?現(xiàn)在是化石能源燒火,燒完火之后產(chǎn)生熱量,你用熱,把這些熱就用了。我說用電,把這些熱發(fā)電,朂后再用電。所以燃料先出熱,再出電。未來如果真是可再生能源,80%多都是直接出電,風電、光電、水電、核電,都是直接出電,因此整個過程就變成了“先出電”電就變成一次能源了。然后你需要熱的話,我還得想法拿電力變?yōu)闊?,能源轉換過程180度大轉彎,掉過來了,都用電都就沒有污染的,把碳排放這些問題都解決了。但是用能方式就出現(xiàn)了巨大的變化,這么變化標志一個寫是先出電,后出熱,所以是反著。再就是很重要的,燃料變成非常稀缺的資源。現(xiàn)在燃料有的是,反正電都是燃料發(fā)的。將來只有生物質能源是燃料,是零碳燃料,它能像現(xiàn)在似的燒火出熱,這塊東西比例非常少,所以未來生物質能源一定是非常稀缺的,越來越值錢。這一點跟北歐不一樣,人家資源多,我們這兒缺。包括英國現(xiàn)在都進口生物質能源,英國自然資源條件應該比咱們好,但是它都進口生物質能源,咱們生物質能源成為缺貨。什么比較多?電力比較多。所以能用電的,用電,稀罕物就得少著用,盡可能的不用燃料解決問題,就變成這樣了。

  咱們今天討論供暖,就得仔細談。除了供暖之外,大概就是要實現(xiàn)電氣化,把燃煤、燃氣也給取消,全都用電。這事情就實現(xiàn)了我們建筑的零碳。大伙說不行,電里面70%還是火電,還是有碳的。那是,那是現(xiàn)在。但是不要忘了,現(xiàn)在整個全國能源領域都在努力向著零碳努力邁進,人家電網(wǎng)發(fā)電體系,電網(wǎng)公司也在努力,都在制定,逐步逐步怎么到2030達峰,不要到2060,2050年他們就希望電力系統(tǒng)實現(xiàn)碳中和。所以等到電力系統(tǒng)碳中和了,咱們將來都用電,是不是咱們建筑運行,也就算實現(xiàn)零碳了?所以這個邏輯,就是咱們跟著它一起做,我們把條件布置好,我們就玩電,發(fā)電企業(yè)慢慢都變成零碳電了,我當然就零碳了。這是大概的邏輯。我們現(xiàn)在用的,包括供暖用的燃煤燃氣鍋爐,還有出于其他目的跟建筑相關的燃煤燃氣爐子,包括南方蒸汽鍋爐,用于生活熱水,用于醫(yī)院、賓館的,對不起,我們一定下狠心一步一步都去掉。這事沒人幫著你,你把蒸汽鍋爐換成零碳鍋爐、生物質燃料,沒那么多生物質燃料,咱要下決心替代掉。用什么來替代這個呢?今天上午徐院長講了,他是積極主張熱泵派,熱泵是拿電力變成熱量,來解決熱需求的問題,而且是高效,從而替代各種燃煤燃氣鍋爐的更好途徑,所以這些零散鍋爐要是能替換,都替換掉了,這是實現(xiàn)電氣化。個別寒冷地區(qū),到了東北、內蒙零下二三十度的時候,空氣源熱泵不太好使,哪怕是電熱鍋爐都給它電氣化了。這是一條。

  04、但是,是不是靠這事情都解決問題了呢?這么一說好像在座的都是集中供熱領域,都是熱力公司的朋友,孫總說我熱網(wǎng)歇了,我們這些人吃什么呢?咱們地下管道怎么折舊?這些事情到底該怎么辦?我想咱們今天重點討論這件事情,就是整個北方大的供暖,尤其是城市里面中國目前發(fā)展已經(jīng)完善的大概縣以上城市,都有集中供熱的企業(yè),都有完善的熱網(wǎng)在那兒供熱,這事情到底靠什么。那么靠什么,目前就是兩種觀點——

  一種可能我想徐院長今天上午說,咱改熱泵,不行再電鍋爐,電清潔了,咱們就清潔了,一把子把球踢到電上。這件事情可否走通,這得討論。再就是咱們積極努力,因為現(xiàn)在中國集中供熱的企業(yè),按照統(tǒng)計一多半已經(jīng)實現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)的熱源,大概50%多接近60%,不到40%多一點是鍋爐熱源,所以熱電聯(lián)產(chǎn),包括工業(yè)余熱還在積極推,這占了近60%。所以這塊東西是不是還繼續(xù)發(fā)展,甚至于靠它成為未來主要的熱源,然后讓熱泵,包括有些電鍋爐承擔15%,不到20%,承擔這樣的模式。那樣的話,未來的發(fā)展模式、路數(shù)都不太一樣,所以這就好好討論。方向完全不一樣,站在這兒是本通縣還是去天安門方向不一樣,所以現(xiàn)在要把朝東朝西搞明白。所以現(xiàn)在該把這些事情弄清楚。

  那么這事情怎么弄清楚,反而起決定因素的是看到底未來的電力系統(tǒng)是什么樣的,到底咱們都改成電,前邊說都玩電,是不是電力系統(tǒng)就真的能夠給他們提供全力的零碳電,滿足咱們未來的各種用電要求?能行的話,咱們本事大,咱們改行干別的事情也行,但是這事情要研究明白。

  這樣的話,咱們先看看電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)剛剛說的零碳,就是風電、水電、光電、核電,風電包括水上風電、陸上風電。那么這些電里面的特點是什么呢?

  05、先看水電,水電是現(xiàn)在看真是好極了電的,水電可調節(jié)性非常好,因為水庫可以混合,可以加大發(fā)電量、減少發(fā)電量,可以實現(xiàn)水電調節(jié)。但是中國目前水電裝機容量剛才講了3.8億千瓦,發(fā)電量是多少?1.5億度電。未來要使勁發(fā)展水電,中國已經(jīng)是全世界水電資源利用比例更大的******,現(xiàn)在除了喜馬拉雅水電沒好好開發(fā)出來,剩下都建的差不多。咱們使勁把各種資源都統(tǒng)計上來,未來是4.8億,咱們大數(shù)算5億千瓦,5億千瓦多少度電呢?2萬億度電,這是水電的上限。這是好東西,但是資源有限。

  再有就是核電,核電是持續(xù)運行的。我剛從核電站來,現(xiàn)在中國是5000萬千瓦核電站裝機容量,未來是多少,現(xiàn)在各部門都在爭論,都在積極探討,覺得核電太好了,零碳、持續(xù)穩(wěn)定的電,多好。但是也受到很多限制,廠址問題、地質條件問題,需要冷卻、安全的問題,遠離大城市的問題。所以未來估計按不同的部門給出來的結果,是低的1.5億千瓦,高的5億千瓦,我個人覺得5億千瓦有點冒進,因為在地圖上不太容易標出來地方,可能2億千瓦這個數(shù)還靠譜。如果是2億千瓦的話,核電一年發(fā)電7500小時,2億千瓦就是1.5萬億度電,1.5萬億度電加上水電2萬億,合起來是3.5萬億電,所以咱們拿到手特別踏踏實實3.5萬億度電。但是中國未來要多少億度電?各個機構在分析,下限12萬億度電,上限就不說了。國網(wǎng)公司提出來是15、16萬億左右,咱們取下限12萬億度電,剛才說3.5萬億核電+水電,這樣的話還剩8.5萬億度電。問題是您要發(fā)展8.5萬億度電,從哪兒來?只剩下風電、光電了。所以未來的重點解決電力綠電的問題,這個寶只能押在風電、光電上,這也是為什么中央說2030年12億千瓦時裝機容量,剛才胡主任說12億千瓦都不夠,他們將來分析的結果是17億,這是到2030年。到2050年以后,真的滿足全零碳的話,風電、光電的總量,裝機容量都必須在40億到50億千瓦以上。所以,你可以明白風電、光電,在裝機容量上占到80%以上。電量,剛才說那是3.3萬,這是8.5萬,這是大頭。當風電、光電作為大頭之后,朂核心問題出來,核電一年8000小時,水電可調控,風電、光電不可調控,完全由氣候條件決定。

  所以發(fā)展風電、光電朂核心的事情,就變成我怎么讓不聽話的電源,滿足我人的各種不一樣的要求,這兩者源荷不匹配,所以現(xiàn)在的火電是源隨荷動,要高大比例的光電、光電,要荷隨源動。這方面現(xiàn)在研究的特別多,包括網(wǎng)上講蓄能是核心,沒錯,通過各種蓄能方式,包括化學儲能,不一定是集中,或者是分散,包括電動車,這些東西吸收風電光電一天里面的變化,這可行。所以一天里面的變化,靠各種儲能裝置,白天太陽能光足,夜里沒太陽了,夜里拿出來用,將來電動汽車普及開了,這事情可以。

  06、今天談的是冬夏季節(jié)差的問題,季節(jié)差怎么來的?我剛才說水電多好,但是一說到這兒發(fā)現(xiàn)水電并不是全年恒定,咱們的水電三大流域,黃河、長江加上三江領域,就是橫斷山脈的三江領域。黃河上游水力充足,但是到冬天有冰凌問題,到冬天的時候能把兩岸房子給弄塌,所以不行,嚴格控制黃河領域徑流量,冬天徑流量不到夏天40%,冬天沒了。本來黃河上游一堆發(fā)電廠,水電廠一個一個,這多了。所以黃河水電冬天沒了。長江大伙都知道,長江水大塊是靠一個老天下雨,一個是喜馬拉雅山雪水融化。三江領域也有類似的問題。所以水電總體來講,中國水電冬天日總量或者水資源不到夏天的40%。

  再看光伏,光伏比例大了,但是光在夜里、冬天的日照時間短,冬天夏天同樣的光伏板發(fā)電量差很多。光伏冬天不到夏天的一半。

  再看負荷,冬天夏天差別不大。但是典型的事情就是青海省,我2019年到青海,青海省是大面積的光伏、大片風電加上黃河的水電,叫做光風水互補,做出世界上大功率的風電、水電、光電互補,連續(xù)一個月一點火電沒有,全靠可再生電全省供一個月,什么時候?夏天。夏天不但自己夠用電,而且長途輸送,現(xiàn)在送安徽合肥。但是一到冬天,沒電了。所以到冬天,從甘肅,從新疆兩個地方,往青海供火電,因為西寧就那么幾個火電廠,都不夠。所以青海就是典型的夏天電很多,冬天電不夠,還得從外部引火電。青海標志著未來中國都用可再生能源,是什么樣的,青海是一個縮影,很可能就是與它差不多,咱們然后再說冬天還要熱量。

  現(xiàn)在大伙都是干這行,都有一個體會,我們******現(xiàn)在是冬天的電過多,夏天不足,都是供熱鬧的,得“以熱定電”,不發(fā)點沒熱了,逼的政府批熱電廠延長發(fā)電量,結果電還用不出去,顯得電多。其實是咱們供熱需要電。咱們要余熱,結果冬天電多。夏天電不足,空調用電電不足。夜里電太多,白天電不足,白天是高峰,晚上是低谷。這是以煤為主的狀況。

  但是將來真是實現(xiàn)風、光、水、核,就反過來了。怎么反過來呢?冬天電就不足了,冬天水電、風電少了,夏天電多了,水多、光足,反過來了,夜里沒有電了,靠蓄能,電多貴呢?所以跟目前的狀況180度大轉彎,希望大家一定考慮這個事情。不然總從前邊******行出發(fā),來規(guī)劃我們的未來,怎么夜里多用電,冬天電多得是,現(xiàn)在都是號召冬天都用電。對不起,這是目前的暫時現(xiàn)象,按照中央的規(guī)劃,很有可能15年之后,冬天夏天差不多,白天晚上差不多,再過15年之后,冬天沒電了,晚上沒電了,所以要預謀到未來,未雨綢繆,要想到這個變化,這是我們需要考慮的問題。

  07、從這兒出發(fā),我們做過未來的預測,到2040、2050年,咱們把火電取消會怎么樣?下面藍色就是核電,核電畫的不準,因為核電停半月檢修,就是春秋可以歇。紅色是風電,全國各地加起來是可能的風電。黑灰色是光電,上邊黃色是火電。這樣大家看出來了,每天都不一樣,但是整個是夏天高,兩頭低,冬天等于是1、2月份、11、12月份就低。這根杏黃色的曲線是用電量,是估計未來的用電量,跟現(xiàn)在的用電量差不多的數(shù)。你看50上去,低下來就是春節(jié),春節(jié)全國大放假,冬天有高峰,夏天有高峰,春秋低一些。藍線就是這個線,藍線可以往上抬或者往下壓,多裝點風電、光電就往上抬,少裝一點就往下壓,但是模樣不會變。這樣的話,夏天讓它滿足要求,在冬天1、2、11、12月份,出現(xiàn)了顯著的特別明顯的差。那么這個差該怎么解決?現(xiàn)在就是這個問題。同時我還得說明這根黃線,上邊用電需求沒考慮供熱,就是一般的民用、工業(yè)用、生產(chǎn)用電,是這樣的。如果再加上供熱,將來200億平米的北方城鎮(zhèn)建筑都得采暖,一平米10w,就得再加2億千瓦的電量,這2億是14億再往上抬2億,加大了兩邊三角。

  所以這兩個三角該怎么填補清楚,這是朂主要的,有幾個方法。一個是大家可能聽到的儲氫,煤制氫,這是黑氫,不行。綠氫的話,太陽能光伏發(fā)電,電解水制氫,或者核能溫度高制氫,制出氫儲能,夏天多了制氫,存到冬天,沒電了,把氫返回來。這確實是一條道,技術上可行。但是,按照現(xiàn)在說的方法,一算費用,還不能按照現(xiàn)在的成本算,現(xiàn)在成本高,考慮到未來20、30年技術進步,成本降下來,即使那樣,把中國多上點光伏,讓它發(fā)電存在那兒,冬天再返過來放出來,靠儲氫,這是十幾萬億增加投資,這是巨量的東西。

  那么不上儲氫,上蓄電池,不可能,蓄電池管一天兩天,不能跨季節(jié)。再就是我們使勁多裝風電、光電,夏天用不完,咱們有錢,不要了,滿足冬天的要求,還不行嗎?把藍線使勁的抬,讓兩頭高上,中間全空出來了,說你費能,我就費了,風電又不燒火,但是又是七八萬億投資的增加,又好像偏高。那么這事情又開始打問號。

  第三個辦法,這點地不行,咱們再上一點火電不行嗎?算了算是多少呢?6億千瓦的火電廠,一年凡是不夠的時候都讓它調,發(fā)多少電?發(fā)1.5萬億度電,1.5萬億度電把缺口補出來。說這事好,因為要是這么大******,核電挺好,但是它少。都靠風電、光電,里面來回上下變的都是風電、光電鬧的,萬一陰天或者不刮風,怎么辦呢?有一定的火電來撐著。所以不光是冬天解決差的問題,其他的時候碰到連陰天的時候,啟動火電也能撐一下,而且這么大的電網(wǎng)有點可調控的旋轉量的電,總是好事。所以朂后的閥子,6萬億火電,一年1.5萬億度電就夠了,這樣一除才2500小時,咱們現(xiàn)在電廠4000小時,降到2500小時,經(jīng)濟性差了,但是為整個電網(wǎng)起到保駕護航的作用。

  08、那么發(fā)1.5萬億度電,大概就得燒4.5億噸標煤。就剩下4.5億噸燃料,剛才說9-10億噸生物質能,起碼可以拿出2億噸頂生物質發(fā)電,剩下再拿著燃煤、燃氣,不是還有CCS,再拿CCS,燒了之后把二氧化碳取出來,是不是就行了?所以現(xiàn)在國內還有一批研究部門,包括企業(yè),積極研究從煙囪里面把二氧化碳分離出來,說分離出來干什么,原來都是把二氧化碳往地下面埋,這事情不太靠譜,中國哪能把那么多二氧化碳都囤在地下。但是現(xiàn)在二氧化碳將來又變成寶貝,它是朂合適的原來的化工原料。因為咱們衣服什么的,你把二氧化碳通過電解,就可以分出一氧化碳,一氧化碳再做塑料、衣服挺好的,但是那個總量也不會特別大。所以,有那么2億噸標煤左右的燃煤、燃氣發(fā)電,真著急,咱們做CCS,把二氧化碳分離出來,再給化工行業(yè)做原料。這樣一來這樣的比較合適,相當于是多能互補,你把寶都押在風電、光電上,心里不踏實,這樣是手中有糧心中不慌,手里有一個火電廠,只要有好的天氣預報,我火電站能上。

  這樣一來馬上得到大好事,既然有6億千瓦時的火電在冬天燒,火電只要一發(fā)電就要有余熱,我把余熱好好利用起來,解決未來50億GJ城鎮(zhèn)建筑供熱的事情,這不就更好了嗎?所以一件事情,上了一點火電,又解決了電的冬天不足跟電可靠性的事情,同時還能把咱們冬天供暖熱源找回來,所以未來的供暖熱源就有了來頭。

  那么這樣的話,如果全國6億千瓦的火電,起碼會有一半在北方地區(qū),就是北方地區(qū)有3億千瓦的火電。這3億千瓦火電,你如果是深度熱回收,把冷端熱取回來,大概能提供4.5億千瓦的余熱,這樣的話就能提供挺充足的余熱熱源。

  這樣一來咱們就開始數(shù)家底,到底那時候咱們北方地區(qū)有多少可以作為供熱的熱源呢?這一看就至少有這么多——

  一個是剛才說全國有2億核電,2億核電就會有1億千瓦的核電在北方,這1億千瓦的核電余熱排到海里面,都好好收集回來,至少有1.5億千瓦的余熱,因為核電效率都比較低。剛才說的6億千瓦的火電,一半在北方,就是3億千瓦,又出4.5億千瓦的余熱。并不一定所有的電廠都合適,取出來旁邊有建筑,有些不匹配給刨掉,至少1.5+4.5等于6億,6億余熱里面能取出來5億,5億出來的余熱可以滿足160億平米建筑,每平米30W。大家說30W,我得45W,咱們加上調峰不行嗎,是不是把建筑節(jié)能做一點,讓蓄熱量壓一壓,所以160億燃氣可滿足要求。再進行調峰,朂冷的一個月燒到平均40多W,給10瓦調峰就可以。這樣40億平米建筑,再用熱泵、工業(yè)余熱,還有垃圾焚燒一堆,都可以解決,這事情差不多就能把這出戲唱下來,初步來看是這樣的,咱們一步一步來看,這是初步的大思路。

  09、剛才光說火電,我說還有1億千瓦的核電,現(xiàn)在真覺得1億千瓦核電是寶。今天早上才從那兒回來。看北方那是連云港,往上走到丹東,這一圈看著國土面積不大,但是1億人在里面,中國經(jīng)濟朂發(fā)達的地方在這兒?,F(xiàn)在這一圈點撥點撥,5000萬千瓦的發(fā)電,裝機容量、電廠都星羅棋布在海邊,這是海洋核電,那是田灣核電,還有******核電,河北省還有一個核電,再加上首鋼,未來會長到1億千瓦,而且主要是核電,核電是永遠在那兒的。這是核電的位置。

  那么這個地區(qū),又是嚴重缺水區(qū)。人家講這是中國朂缺水的地方,比西北還缺水,比以色列人均用水量少得多,這是200噸水每年一個人,以色列300噸水一個人?,F(xiàn)在全靠南水北調與引黃灌溉,這東西不敢保險。因為未來隨著氣候變化,很可能南方降雨量變少,南方不是那么多水的地方,所以人家缺了,你再從人家那兒取了,也夠嗆。自己守著海,要從海里面找轍。所以現(xiàn)在利用沿海核電與調峰火電(生物質)余熱通過進行海水淡化生產(chǎn)熱淡水(95度),零能耗海水淡化。所以要求城里供熱參數(shù)是90度供水,15度回水。諸位說15度不行,沒法子,想辦法讓回水都是15度,供水都是90度,這樣把水熱分離,把熱量歸了城市,水給了自來水公司。1億千瓦發(fā)電量的核電廠、火電廠,冬天能出35億噸的淡水,為40億平米建筑的供暖。35億噸淡水是什么概念,可以滿足半個北京的需求,或者像煙臺、青島、濰坊,這些城市的用水就夠了。35億噸是南水北調中東西三條線一條線的流量,所以從海上也能撈出一個南水北調來。

  從這個思路出發(fā),我們在海洋核電站,離青島100多公里,在青島與煙臺中間,這是我前天晚上拍出來的裝置,裝置24m高、16g,用多效蒸餾做出來純淡化,一小時做7.5噸的水,都是90度,拿著83寸管,送到10公里的區(qū)域,把熱換出來,一方面給建筑供熱,一方面是游泳池,水就變成自來水了。這水怎么樣?水經(jīng)過有關部門的檢驗,100多項指標都是非常好的指標。像電導率才1,******規(guī)定的電導率1000以下滿足用水的需求,這做出來的電導率是1、2,他們說做出來的水太純了。做出來一個機器擱在那兒,旁邊是他們的礦泉水,那得花錢買,這是免費,你們愛喝什么喝什么,結果好多人覺得這水比那個水好喝,就喝核電海水淡化出來的純凈水,我們請6個院士來看這個怎么樣,請了水資源、生活用水、能源、電力、城市發(fā)展,請了6位院士,大家都這對未來解決北方沿海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義,說是水的事情比熱的事情,還重要。

  10、那么這樣做的好處在哪兒呢?一個是海水淡化有莫爾法,莫爾法做出來的水質不行,喝起來有問題,有熱法,做出來的水質做的挺好,這是裝置做好的前提下,但是要消耗好多熱量。咱們現(xiàn)在做熱淡水,一看熱平衡,朂后熱做出來,都跑水出來,所以供熱公司都把熱買單了,水沒花什么能量,做出來海水淡化,所以變成零能耗制水,還用點電但是一方水用一度多電,所以制水成本立刻有點白撿來的。這個裝置挺貴,但是一算跟同樣多效蒸餾法、熱效,比人家省,人家一般一天一萬噸水、一個億。天津海站所是******的海水淡化研究所,專門干這個,說一天日產(chǎn)一萬噸水的東西,投資1億,這是大致上的國際價,一算這個,比那個便宜不少。為什么?我出熱淡水,沒有冷卻了,所以便宜了,質量好了,制水便宜了,而且運行成本、能耗也低了,沒有能耗了,熱都讓熱力公司買單了,等于白制水了。

  送水,以前是兩根管,一去一回。這樣的話我一根管送熱淡水,所以一根管替代了三根管,是不是投資少了,運行費也低了?這樣的話,可以使間接距離,原來說大溫差長距離供熱,50公里、70公里,70公里兩根管,我現(xiàn)在三根管變一根管,就可以探到200公里。所以經(jīng)濟分析上,150-200公里,這根管過去,都能同時送熱。這樣一來我畫的圈,到天津,到濟南,都可以包上,距離就可以了。到末端,用吸收式換熱,可以降下來,可以干這個事情。這是水質他們說非常好。

  看熱效率,熱量等于供熱量,就是我給人家供的熱量,加上濃海水,3.5%進來,排的是5%多,濃海水沒冷卻夠,帶走一些熱量。淡水給自來水公司了,海水是10度,人家自來水公司拿到的水是20度,這10度溫差的也得我出。所以熱量是三部分,******部分是熱力公司買走的,第二部分刨掉,第三部分是給自來水加熱了。供熱量等于這個,大概看了看占了76%總熱量,濃海水帶了16%走,因為溫差比較大,后來看看把換熱器改改,好好降低了。讓自來水公司帶走的熱量,大概占8%。所以這樣都做好了,可以使得濃海水帶走的熱量降到5%以下,末端我從電廠取的熱,到末端給供熱公司拿的熱,供熱公司能拿到80%以上。這時做海水淡化沒花什么熱,耗電朂后是1.2億度電一頓淡水,經(jīng)濟性挺好。

  結果說花了那么多投資裝在那,結果就冬天用。結果讓我四個月,八個月浪費,管道裝置挺貴,不好,所以要全年運行。那怎么辦呢?就要加一個大型的跨季節(jié)儲熱裝置,一年到頭裝置連續(xù)運行,比如說不要熱的時候,大的跨季節(jié)儲熱裝置,上邊是熱水,下面是涼水,制出熱淡水,送到上面,給城市自來水。這是春夏秋。到了秋天,里面變成熱水,置換完了,開始置換完了,那時候開始取熱水,那取的量可以是2-3倍于恒定的熱淡水的量,那換熱,換熱完之后,回一部分涼水到蓄水池里面,使得涼水頂熱水,剩一部分淡水持續(xù)供。這樣一來就實現(xiàn)了我可以全年持續(xù)運行我的裝置,第二我全年持續(xù)的為城市供應淡水。第三,供熱量這么一看,我說不好,這時候干嘛持續(xù)供熱,熱電聯(lián)產(chǎn)就希望穩(wěn)定供熱,不希望調,一調就麻煩??墒墙ㄖ膳?,就得根據(jù)天氣調,這是為什么弄出調峰各種技術手段??墒怯辛舜笮涂缂竟?jié)蓄熱裝置,全年持續(xù)供熱供水,那邊可以根據(jù)天氣狀況調我這根水的流量,需要熱量多,我多整點,需要熱量少,我少整點,把調峰取消了,靠這種東西可以實現(xiàn)整個的全年供熱。這樣一弄的話,發(fā)現(xiàn)數(shù)多得不得了,就是剛才的核電,一年可以出120億噸水,能為100億平米建筑供熱,剛才那根線像沈陽、北京都管得上了。所以,真是可以徹底解決北方的事情,又解決水的事情,又解決熱的事情。當然一算總投資太高,粗算不算核電,都得1萬億投資,1萬億投資解決了100億平米,一平米100元,你搞熱泵一平米投資100,只不過這是集中起來。真要實施,也得一塊一塊來,所以一塊一塊來基本的數(shù)是100元一平米的規(guī)模。

  11、這樣一來馬上就想到,既然將來發(fā)展零碳,所以可能大規(guī)模跨季節(jié)儲熱裝置會變的特別重要。我今天坐在這兒聽北歐兩位專家講,我想講跨季節(jié)儲熱,好像我知道像瑞典、丹麥,都有這種東西,而且都有好多實際的東西。所以,咱們可能得好好下功夫扣這個。為什么?因為我剛才說了零碳下的熱量是稀缺資源,非常寶貴,就不能夠夏天有熱,我不要,夏天什么時候有熱,都可以用,好些熱量,工業(yè)余熱、核電余熱、垃圾焚燒余熱、數(shù)據(jù)中心余熱,這些熱量都是全年什么時候都有,我們說冬天用,冬天用,其他季節(jié)扔了,也怪可惜的。所以要是能夠高效率的儲藏非采暖季的余熱,用到冬天采暖,就能夠大量利用好多余熱,而且裝置使用效率高了,投資效益也好了,再也不需要調峰熱源。從而以前靠調峰解決負荷變化問題,現(xiàn)在從蓄熱裝置里面走流量,天冷多取一些,天熱少取一些就完了。并且這件事情還有一個更大的好處就是提高可靠性,弄熱,核供熱,馬上青島市都來了,這么大的青島、煙臺、威海,江老師膽子太大,都押在一個核電廠上。核電廠萬一出點事,我們幾個城市供熱怎么辦?我說要出點事,不是供熱的事情,你們趕緊逃跑吧。人家說不是那么大的事,比如說電網(wǎng)出故障,核電廠不能出,怎么辦?咱們討論核電的可靠性,沒有任何意義,******管著呢。我怎么辦呢?我建大的水池里面,我建一個巨大的儲熱裝置不是一個,每個城市邊上都裝一兩個,這樣你就不怕了,核電停上一禮拜也照樣有熱。因為現(xiàn)在一搞長輸,很多地方提出來長輸管道安全性怎么樣,不行修兩個。與其備用這些東西,不如整一個大的儲熱罐,安全性更好,而且也起到了很多其他的作用。

  大伙馬上說蓄水池的熱,夏天灌進去了,到冬天成涼水了,一點用都沒有。是不是這回事?不是這樣的,沏一杯茶放在那兒,我話沒有講完,茶就涼了。我弄一個大水缸,我講完話水缸還熱著呢。如果把會場全灌完水,一個月不涼。為什么?因為更大。所以多長時間變涼,不光取決于周邊保溫,更取決于尺度大小。這個尺度歸什么管?傅立葉數(shù)管,等于導溫系數(shù)*時間尺度/幾何尺度。幾何程度增大100倍,時間可擴大1萬倍。只要儲熱水池尺度大于100米,且注意頂部保溫防漏,就可以實現(xiàn)跨季節(jié)蓄熱,損失小于5%。所以這時候更大的成本是地價,挖個坑不花錢,但是地皮太貴了,所以要與******部門從各方面考慮,利用自然條件形成小型水庫,加頂,頂部可用光伏和種植。山澗堆積石頭,形成地下熱水庫。還有芬蘭,芬蘭其實赫爾辛基提出來的方案,在海里整巨大的塑料口袋,不是簡單的塑料口袋,是比較厚、柔性的,里面灌上熱水,是水,外邊也是水,飄著熱水,也不會破,這邊再修兩個管子,我說的塑料管子是大幾百米管徑的塑料袋子,也挺好,儲上5000萬立方米的水也行。也有地下直埋管,這方面可以大開腦洞想辦法,關鍵是節(jié)約土地、降低成本就好玩了。但是坎是多少呢?存一方水,初投資50元拿下來,很難拿下來,因為挖一方水都50元不止。所以怎么利用自然條件,來干這個事情,這是目標。但是中國真實現(xiàn)零碳,這件事情一定特別好。我就發(fā)現(xiàn)各種各樣的余熱,包括剛才說電廠將來是給調峰,它調峰就不能連續(xù)運行嗎?你連續(xù)供熱二者之間出矛盾了,夏天沒準趕上哪天陰天,也把生物質電廠、燃煤電廠開起來,發(fā)3天電,電多寶貴,怎么辦?所以只要出熱,都收,只要出熱就收,這就不一樣了。比如說孫總上兩個被壓機,我說只能冬天用,夏天不用。我有一個巨大的蓄熱池子,可以為電力部門服務,夏天也可以發(fā)電,存儲起來冬天用,把咱們手里的資源,馬上盤活了,這就好了。

  所以整個中國未來實現(xiàn)零碳的思路,這樣一想就想出來了。就是利用沿海地區(qū)的核電、火電、鋼鐵廠、余熱,通過海水淡化制備淡水,做水熱聯(lián)產(chǎn),這是******個。這能管80億。再就是留下北方3億KW火電,制4億KW熱量,通過跨季節(jié)余熱,管80億。剩下再上一些電的東西。

  12、未來是集中供熱企業(yè)的天下,都離不開大熱網(wǎng),靠這個大熱網(wǎng),可以支撐起中國北方城市供熱天下,而且這樣做真是全世界零碳。而且再仔細想,運行成本低了,投資是要花點錢,但是弄下來之后,運行成本真是低了。

  那么要實現(xiàn)這個偉大目標,就得努力攻克若干個關鍵技術。******件事情,就是跨季節(jié)蓄熱?,F(xiàn)在國內已經(jīng)有兩個了,中科院電工所在張北和延慶各干了一個,但是沒那么大,幾百萬立方米級別,我說不夠,要整到千萬立方米,他們說先試著來,所以各方面集合湊起來做這個事情。第二,無論剛才說的電廠余熱回收,還是跨季節(jié),都建立在一個基礎上,都是回水溫度低,回水溫度高,所有事情都不成立。所以所有事情都建立在低回水溫度上,怎么改造我們的熱網(wǎng),把回水溫度降下來。有好多路,吸收式換熱器、電動熱泵可以,大家群策群力都可以。我成本就高多了,所以我把回水溫度降下來,各方面都好使了。當然還有好多低品類余熱回收的東西,大家一起來弄。

  當然建筑保溫和減少冷風滲透,進一步降低熱需求。把北方地區(qū)平均的熱需求,從0.35GJ降到0.3GJ。怎么辦呢?末端調節(jié),避免室內過熱。所以我看明天也許還要討論樓宇式換熱站,樓宇式換熱站把補水的事情解了,樓里面不太好偷水跑水,同時實現(xiàn)供水溫度的分室可調,每個樓根據(jù)溫度不一樣。把樓宇式吸收式換熱站結合起來,把回水降到25度以下就更好了。這些年有很多的討論,我省點時間,這些就不講了。

  然后就是要進一步挖掘電廠余熱,不能說一個電廠明明能夠30萬千瓦機組,起碼要出35萬以上的熱量以上,現(xiàn)在出的不如發(fā)電量多,那不對,所以要好好加強回收余熱。再就是煙氣潛熱余熱,包括燃氣電廠、燃煤電廠,現(xiàn)在也有好多成功的例子,通過涼水來噴,噴完之后通過熱泵提起來。但是要注意將來的火電廠,一定是按照以電定熱的模式來運行,不會再聽你說的以熱定電,人家電網(wǎng)不伺候你了。所以每一點熱都是寶貝,收藏起來就得靠蓄熱寶貝。

  13、大概需要的技術,我就簡單的列了一下,將來可以討論。我現(xiàn)在跟大家請教的,這是未來目標,哪怕不是2060,咱是2050年的事情,還挺遠的?,F(xiàn)在該怎么樣走,不能一口吃成胖子,一步邁過去,不是那么回事。怎么一步一步指定路線,這更實際,有些人說改燃氣,改電鍋爐,為了這個現(xiàn)在上一批鍋爐,將來都取消了,這與未來發(fā)展的大目標不一致,這一定不能干,一定不能干。怎么干?

  ******,圍護結構改造,十四五期間會安排一批一批,把既有老房子,換門、窗戶,保溫不好的,換下來,一定是與各級政府協(xié)調干。第二,不管電廠余熱回收,還是跨季節(jié)蓄熱,還是收工業(yè)余熱,要想干成,要的共同點,就是把回水溫度降下來,所以應該全國這行一起努力,把回水溫度降到25度以下,技術路線已經(jīng)有一串,都可以。這是第二個要做的。第三,充分挖掘電廠余熱、工業(yè)余熱,獲取足夠的余熱熱源。然后咱們的管網(wǎng)就適當做規(guī)劃改造,為適應未來的零碳供熱的布局。

  所以,活該怎么做呢?按一段一段看大概是這樣,首先建筑節(jié)能改造,什么時候都得干,解決融資機制什么就行了。降低回水溫度的改造,可是咱們自己的事情。而且以后永遠有用,所以應該開展降低回水溫度改造的工作,各個熱力公司把這個當作當前特別起作用的事情。而且通過這個改造之后,當時能夠獲利。為什么當時能夠獲利?現(xiàn)在各個城市都面臨著熱源不足的問題,熱源不足的問題,政府又不讓你讓燃煤鍋爐、燃煤電廠,一邊不夠吃,一邊不能讓,怎么辦?只能挖潛,挖潛的關鍵路徑就是把回水溫度降下來,就可以有效回收低品質余熱,熱量就夠了??梢噪S著不斷的熱負荷增加,降低回水溫度,通過降低回水溫度解決熱源不足問題,熱源進一步開發(fā)和余熱深度回收同步進行,并且做管網(wǎng)改造。所以這些活都是目前可以走起來,可以開展的,并且是解決當下要面對的難題,解決我們當前熱源不足、城市繼續(xù)發(fā)展,還有熱源不讓發(fā)展的問題,就可以破解。但是沒說零碳,這還不是零碳,這個破解好了之后,將來逐漸的電力系統(tǒng)也同步做零碳發(fā)展,有些電站要關停并轉,關一個電廠怎么辦?上一個巨大的跨季節(jié)蓄熱,上這樣的一個東西可以使原來的一個電廠變成兩個,或者變成兩個半電廠。所以先把自己的本事練好,隨著電力系統(tǒng)的大革命關電廠,咱們同步上跨季節(jié)蓄熱工程,到時候它停的差不多,剩下電廠不會仍,都留著,咱們跨季節(jié)蓄熱,跟它配上,把供熱的事情就解開了。

  與此同時像沿海這套工程,大家都說應該是十四五、十五五、十六五大干的事情,通過兩方面的努力,就差不多了。要想做好這個事情,就有一個熱量計算方式,時間不多了,就不說了,擱在這兒就可以了。

  本文來源|中國城鎮(zhèn)供熱協(xié)會

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