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光是燃料就省了30%,丹麦的区域供暖和热电联产为何这么成功?
2015-07-17 16:01  · 来源:中国能源报  · 作者:  · 责编:赵唯

 

中国能源报记者 焦旭/整理

先从一组数据说起↓↓↓

1903年,丹麦建成了第一座热电联产电站。

20世纪20至30年代期间,以发电站产生的废热为热源所建造的区域供暖系统在丹麦得以应用,区域供暖占丹麦总供暖量约4%。

20世纪70年代,丹麦约30%的家庭得益于区域供暖系统。

现在情况如何?

丹麦63%以上的家庭都使用来自区域供暖的热量采暖。

丹麦拥有6个大型集中区域供暖区域和400个小型分散的区域供暖区域,每年总产热量分别约为60拍焦耳和75拍焦耳。

数据显示,2013年,丹麦区域供暖量达到134拍焦耳。72.8%的区域供暖热量来自于热电联产,与独立的供暖和发电系统相比,节省了约30%的燃料。过去几十年内小型热电联产机组提供的区域供暖热量显著提升。现在丹麦共有约670座集中式和分散式热电联产机组。

丹麦区域供暖系统构成

丹麦大型区域供暖系统通常由传输管网相连的多个输配管网组成。热量产自多种不同类型热源厂,如大型煤、生物质或天然气开采工厂、城市垃圾处理场、工业余热和尖峰负荷锅炉。

例:大哥本哈根区域供暖系统就是一个大型的区域供暖系统。它是目前丹麦最大的区域供暖系统,供暖年产量达35拍焦耳。该套供暖系统东西向长约50千米。

通常情况下,小型分散式区域供暖系统的单个输送管网供应量不超过1000家热用户。热量由一台基本负荷机组和一台或多台尖峰负荷备用机组产生。通常基本负荷机组指的是一个以天然气为燃料的热电联机组,或以生物质(如秸秆或木屑)为燃料的锅炉,或城市固体废物处理厂;而尖峰负荷备用机组指的是以油或天然气为燃料的简单锅炉,成本投入较少。一些小型电厂近年又安装了太阳能供暖或电热锅炉。

公共供暖计划与市场现状

丹麦政府于1979年通过了第一部供暖法,规定由当地政府部门负责研究该地区具备发展公共供暖的潜力。

自从1979年法律通过后,其他成功的政策也陆续地出台。毫无疑问,规划法在发展初期是最重要的环节,它能够成功地开拓市场。在规划法出台之后,又出台了一些经济刺激性政策,确保为区域供暖和热电联产的持续发展提供经济保证。

关于电价与税收补贴:

现在所有集中式热电联产电厂和大多数分散式热电联产电厂的电价都和市场电价保持一致。因此,电厂必须力图按照现货市场的电价优化生产,而市场电价是每1小时定1次的。这就意味着在电价高时,热电联产电厂要同步产出最多的电和热,而在电价低时,它们尽力减少产量。要做到这一点,就要灵活运用系统里的蓄热器。

除了现货市场上的售电收入外,大多数分散式热电联产电厂可以获得补助。原本该补助是作为一种上网电价补贴,根据电力输送的时间不同有3个等级的补贴,但现在已转变为固定年度补贴。

因为使用生物质免交供暖税,而使用化石燃料要交税,受此激励,所有丹麦厂商会选择使用生物质作为燃料。此外,对于以生物质为燃料所发的电能,热电联产电厂还可获得在市场电价基础上另加150丹麦克朗/兆瓦时的补贴。

关于成本与经济性评估:

与独立的供暖设备相比,建造区域供暖系统要求对基础设施投入大量资金,尤其是区域供暖管网的投资成本很高。但在另一方面,却降低了区域供暖系统的运行成本,减少了对环境的影响。如果是通过高效节能的热电联产装置产生的热量或使用工厂(如炼钢厂)产生的废热,上述优势则更加明显。

评估区域供暖的可行性时,要考虑到一定年限。从“生命周期”角度看,在许多情况下区域供暖是最可行的,当然这取决于特定地区的供热需求和供热需求的集中度。

虽然前期的基础设施投入较大,但因为此举能够降低后期每年的运营成本,所以若干年后即可将成本收回。高质量的区域供暖设备也是如此,虽然比起劣质设备一次性支付费用较高,但因为维护费用较低,所以成本往往也是可以收回的。

从技术层面考虑,区域供暖系统的使用年限通常可达40年到50年。

未来所承担的角色

丹麦区域供暖系统有望在未来实现两大目标↓↓↓

2020年,风力发电将占全国供电量的50%

实现第一个目标所带来的挑战在于平衡风力发电在整个发电系统中的比例。如果把大量风力发电并入系统中,某些情况下,风力发电仅能满足很小部分的用电需求,而其他一些时候它的发电量却能满足大部分甚至超过用电需求。

使用不同的技术手段可以提高区域供暖和热电联产系统的灵活性,并整合风力发电。这包括蓄热、电热锅炉和热泵、风轮机旁路。蓄热技术已经在丹麦得以广泛应用。系统中风力发电量较大时,该技术可以在减少热电联产电力产量的同时进行供暖。区域供暖热源厂可以通过电热锅炉和热泵来用电产热(替代发电)。通过风轮机利用风轮机旁路,热电联产电厂可以在系统发电量过多时停止发电而只产热,其效率等同于仅用于供暖的锅炉。在整合风力发电的问题上,区域供暖/热电联产系统的灵活性至关重要。

2035年,全部使用可再生能源进行发电和供热。

这第二个目标涉及可再生能源,要实现该目标就需要在2035年前将所有发电产热所用的燃料转换成可再生能源。区域供暖在这方面大有优势,因为它可灵活使用各种燃料。

关于《供热法案》

丹麦《供热法案》中给出了区域供热相关的法律要求,规定了供热部门和当地政府(即市政府)的权力,这些权力包括参与制订供热规划,确定能源基础设施,以及可以优先使用的资源。该项法律及其立法指南由丹麦气候、能源和建筑部以及丹麦能源署共同制定,但法律和政策的实施由当地市政府负责。

丹麦在供热监管方面的做法,使得管理部门分工明确,即由地方决策部门全权负责当地供热系统的设计,但必须符合中央政府制订的政策,遵守国家级技术框架。这样做确保了所有区域供热项目符合供热产业发展的国家总体目标,但同时某个具体供热项目的评估和决策由地方管理部门决定,因为地方政府更加了解本地城市发展、供热需求以及需要考虑的其他因素等详细信息。

1979年丹麦通过了首部《供热法案》,其主要原则有:地方政府/市政部门负责新建供热项目的审批;地方政府/市政部门必须保证按照最佳的社会经济效益选择项目;尽可能通过热电联产方式实现供热;必须按照“真实成本”为消费者提供联合供热价格,这意味着供热价格不得高于也不得低于实际的热力生产成本。

丹麦的《供热法案》还规定了全国范围热力管网的具体区划。在每个区划内部,通过丹麦供热立法规定了具体的供热方式。这些供热区划包括:分户独立供热系统;通过全国天然气网提供的天然气供热;分散式区域供热;集中式区域供热。

当某个建筑物的业主想要为房屋供热,或希望对现有供热单元进行改造,而且该建筑物恰好处于天然气供热或区域供热区划范围内,该供热系统就必须得到市政府的批准。当某个区域供热公司要建设一个新的供热设施、铺设热力管线或向某个新小区提供区域供热时,也必须获得市政管理部门的审批。审批流程通常只涉及区域供热公司和市政当局,但也可能涉及到天然气公司,以及单方或双方的咨询顾问。

项目的审批

典型的审批流程如下↓↓↓

①市政府、区域供热公司、房屋业主、天然气公司、以及在某些情况下聘请的咨询公司之间,进行初步的对话。这种对话的目的是明确项目范围,确定参考方案,以便进行分析。

②区域供热公司向市政府提交项目建议书。再次,利用4周时间召开听证会,征求与本项目直接相关的各方意见。根据听证会期间提出的意见,修改项目建议书。

③ 由市议会批准或拒绝该项目建议书。

④ 在4周内,受项目直接影响的各利益相关者可提出申诉。最终,项目得以实施。

主要的审批标准是社会经济性评估,只有展示出最佳的净社会效益的项目才能获得优先审批权。然而,上面提到的其它信息也非常重要,有助于市政府全面了解拟建的区域供热项目。

进行社会经济分析,以确保该供热项目的所有社会成本均考虑在内,而且必须在两个或两个以上方案之间进行比较分析。分析中不考虑税收因素,但必须包括排放成本等外部因素。对项目各个的替代方案,必须在其整个预期的技术寿命期间内进行评估。由于不同技术的技术寿命可能不一样,分析中应包括报废价值或再投资成本等。

因此,虽然投资能源项目的公司通常有自己的内部业务考量,但市政当局和区域供热公司只能选择社会经济分析中表现出高成本效益的项目进行开发。

在开展的社会经济分析中,必须按照丹麦能源署提供的方法和数据来进行。这些数据包括对未来能源价格的预测、特定污染物的排放成本、以及项目的全面社会经济分析所必须考虑的其他因素。分析中需要采用可比较的数据,通过对比不同的项目,确保选择呈现出最佳的社会经济效益的项目。

丹麦能源署负责收集和提供全国范围的目录和数据中包括:未来燃油价格;预期电价;外部成本;不同的热力生产机组的成本和技术规范。

这些数据可帮助市政部门和供热公司制定精确的成本估算,严格规划和审批流程。但是,如果申请项目审批的供热公司拥有更准确的本地数据,就必须使用这些数据,而不用丹麦能源署的数据。例如,在申请现有区域供热地区的项目时,就必须要采用当地的供热价格数据。

低温型区域供热系统

现今的丹麦,利用低温区域供热系统正在成为现实。许多丹麦区域供热企业已开始实现能够显著降低温度的区域供热项目。从长远来看,甚至实现更低的温度。开展这方面研究的一批企业近期发表了有关低温供热成果的报告。

在哥本哈根郊区的阿尔贝斯郎地区(20世纪60年代规划和建设的社区),大约有2000幢城镇房屋将被彻底翻新,改造为低温供暖建筑。老旧小区的供热管网将被替换,变为一个新设计的低温专用热力管网。迄今,有544栋房屋已完成改造,采用了低温供热系统。

丹麦区域供热研发计划下发布的一份“在现有的区域供热系统中实现低温供热”的研究报告中介绍了一些不同的做法,可用来实现降低区域供热系统的温度,并适用于不同类型和年限各异的建筑。当然,每个供热管网和建筑类型都有所不同,可能需要不同的解决方案,但这项研究工作的目的是利用试验的方法,为将来普遍降低供热温度编制各项规划。

该项目是由5家供热公司通力合作进行的,该项目重点说明供热降温的实例,包括已经实施的或正在计划中的项目。这项研究的目的一部分是介绍该领域目前的进展,另一个目的是提出降低供热温度的新方法。

显然,要实现这种供热方式的过渡,必须要给消费者一定的时间来适应新的情况。因此,可能有必要采取一些措施来实现平稳过渡,例如,必要时能够局部地提高供热温度。这项研究工作的目的并不是开展经济方面的分析,而仅仅是收集和整理知识和经验,理清未来的发展方向。

项目组重点讨论了在长远的未来需要采取什么样的行动,以达成全面和大幅降低供热温度。大家一致认为,区域供热企业必须主动出击,引领未来的发展方向。区域热力公司的一个关键任务是要编制一套长远发展规划。这项工作必须包括为消费者提供必要的知识,根据未来的需求来改造自己的房屋,使他们能够适应低温供热。区域供热公司发布的技术性要求必须进行调整,做到技术上可以实现,同时对于业主是切合实际的。

有些地区可能需更长时间的过渡期,随着房屋房龄和类型的不同需要做必要的改建。在阿尔贝斯朗地区,需要改建新的几段管网,通过局部分流装置给改建的房屋供暖,其中,回水与普通管线的水进行混合。一旦在更广泛的区域内进行所有建筑的转换,就需要从供热站出发建设一条独立的低温管线。通过使用分流装置,当特定地区需要时,就可以临时提高供热的温度。

正如上面提到的,各种解决方案的开发和示范正取得进展,以期制定出全面转向低温区域供暖的行动计划。我们目前还没有得到适应于所有系统的最终解决方案,所以还有很多工作要做。因此,重要的是进一步提出和测试更多的技术方案。

要制定出针对各种建筑物的长期供热结合在一起的规划方案,社区的积极参与至关重要。特别要注意,要保证用户在低温下回水到供热管网,因为目前高温回水的那些住户当水流温降低的情况下可能会出现问题。

总而言之,我们的结论是,要实现面向未来的低温供热解决方案,重要的是整合整个区域供热系统,即能源、管网和房屋外围结构,以提供最优的解决方案。这需要有关各方尽最大的努力。然而,要想低温区域供热取得成功,区域供热企业必须积极主动地推行项目的开发。

资料来源:丹麦能源署、丹麦区域供暖董事会、绿色国度组织

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电厂所有权

丹麦电厂的所有权有多种形式。大型电厂归大型能源公司所有,小型电厂一般归生产公司、市政府或合作社所有。

丹麦区域供暖系统的供应量均是由实际需求量决定的。用户装置可对流量进行调节,测量实际需求量,由此可激励用户节约用热。用热的费用通常由两部分构成:每个装置定额的部分和按使用量(每千兆焦耳)计算的部分。

蓄热的必要性

对于丹麦的热电联产电厂,无论是集中式的还是分散式的,热储存设备都是其中重要的组成部分。具备了热储存设备,热电联产电厂就可以根据用电需求,调整优化电和热的产量,还能在需要时供暖。

这也意味着热电联产电厂可以在系统产电量相对过剩时减少发电量,而在不足时增加发电量。相应的产热量供过于求时,可进行简单地蓄热,而当产热量供不应求时,则能对蓄热加以利用。

中国实例

长春蓝天工程

长春市位于中国东北部,冬天天气异常寒冷,供热面积超过8000万平方米,很多单位和地区依靠烟囱林立的高能耗小锅炉解决取暖问题。2005年,丹麦政府贷款1000万欧元,筹建长春市玉潭集中供热项目热网工程,丹佛斯作为总承包商牵头数家丹麦公司,为该工程提供核心设备和技术,同时负责该工程的货物交付, 并对设备调试运行及服务进行总负责。

在“长春蓝天工程”的项目中,丹佛斯负责提供并安装两套新的区域供热系统,用在距离长春市中心15 公里的玉潭开发区,总供热面积为644万平米,服务于22.5万位用户,总热负荷381MW。区域供热网络已经从定流量系统变成了变流量系统,主增压泵上安装了丹佛斯 的变频器。 这意味着可以根据实际需求供热,而且市民可以全天24小时获得供热。

丹佛斯提供的40 台区域供热配送站从3MW到10MW不等,全部采用先进的优质零部件组装而成。所有配送站都可以通过 SCADA(监测控制与数据采集)系统进行远程控制;并可以对实际数据进行评估,确保区域供热网络和配送站以最佳状态工作。2007年秋季,40台配送站开始进行安装。2008年12月4日,项目正式通过验收。

该热网工程实现了集中供热面积近650万平方米,其采用的丹佛斯换热机组通过检测二次网供水温度和室外温度,自动调节电动调节阀的开度,实现热力站的供热热量自动调节。热源厂及换热机组循环泵中安装的丹佛斯变频器,更大大加强了节能功效。

正式运转后,长春市的空气质量得到了显著提升。数字显示,集中供暖项目每年为长春市节约燃煤2.8万吨,减少二氧化硫排放量320吨,减少二氧化碳排放量5.83万吨,减少氮氧化物排放58吨,分别实现了10%的节能减排。

在这个区域供暖项目中,丹佛斯通过利用发电中产生的多余能量向当地居民供暖,通过利用已经得到事实检验的节能技术,将现有资源合理利用,既实现了节能减排,同时还节约了经费。目前,丹佛斯已在华实施了数百个此类集中供热项目,均取得了满意的效果。

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