405jA416ES7 energy.huanqiu.comarticle因地制宜“地热+”,助力首都清洁供热/eh6hgvooo/eh74d1umr/eh74d62v4作者:中国城镇供热协会副理事长刘荣说起首都北京,大家第一印象就是作为首都北京人多,建筑物密集。在首都北京不仅城区,郊区供热也都是一个大事。我来自北京市热力集团,在过去的几十年里,从1958年直到现在,北京热力集团主要采用北京郊区热电联产的余热为北京城区提供清洁供暖。大家都知道,这些年除了热电联产的余热给北京城区进行集中供暖以外,北京还有很多市政大网、地下管网够不到的地方,还有很多区域燃气锅炉房,他们也在给北京做清洁供热。北京这个地方的政治条件、环境条件特别要求环保,所以这些年电厂燃煤改成了燃气,所以我们用电厂余热的时候用的是燃气发电厂的余热。所以我们的锅炉供热的时候用的是燃气锅炉的热量来给北京大部分的面积供热。对于北京来说,冬季面临着一些问题,这么多年来,我们说给北京提供的是清洁供热,指的是我们用了燃气发电厂的余热,还用了燃气锅炉房的热量,我们认为它就是清洁的。燃气其实是一个化石能源,而且燃气燃烧以后供热其实也存在很多氮氧化物排放的问题。因此这些年,北京冬季供暖面临的问题有这么几个:一、燃气热电联产、燃气锅炉、燃气壁挂炉三类热源占到全部供热面积的90%以上,严重依赖化石能源,减碳、降氮和气源保障都面临重大压力。北京其实还有一小部分有燃煤供热,非常非常少,在北京郊区或者山区农村占到1%点几,另外还有电、燃油供热占到百分之零点几。我们特别关心的新能源、可再生能源供热,在目前才占到6%。全北京的建筑面积一共有大数是8亿平方米的面积,其中热电联产才占到2亿多面积。二、对于北京来说,它的能源结构是严重的依赖化石能源。虽然政府这些年积极地推进可再生能源,但是由于受到技术条件的限制,可再生能源在北京供热的比例非常低。主要的限制条件有两个:①现有建筑改造空间、新增机房用地、打井占地、储能空间、管道路由等均存在瓶颈。②技术经济性方面存在热泵电价问题、建设投资补贴等问题。使用地热,存在热泵的电价问题,建设补贴经济和可持续问题,这些都是制约可再生能源,尤其是地热能源在北京应用的瓶颈。大家看看这个图,说起北京的地热,实际上这张图非常具有说服力。在北京实际上有十个地热田,上面是1,那是延庆,2、3、4、5、6、7、8、9、10,这十个地热田在北京的区域地下资源里已经有划分了,就是在这个区域里他们都是有地热的。平原区在埋深500摄氏度的地热资源是20摄氏度到50摄氏度,理论来说北京地热资源在3500米左右出水温度大于50摄氏度的地区,这十个地热田,理论上可供的供暖面积3亿平方米。在浅层地热能源可供的供暖面积7亿平方米,这个说的是地热资源理论上可以供这么多面积。刚才我说全北京8亿平方米的面积,用地热是不是都可以满足?但是只是理论上,实际上是不现实的。北京各类地热能供热(冷)应用现状我们看看各类地热供热供冷现在的应用情况。浅层地热能 浅层地热截至2018年底约5218万㎡,浅层地热有:①地下水源热泵,取水回灌严控。②土壤源热泵,政府大力扶持,是浅层地热利用主力军。但城区建筑密度大,场地紧张。③污水(再生水)源热泵,鼓励。目前中心城区污水处理能力427.7万m³/d,按 10%的技术可开发量、提取 5℃余热考虑,可供热面积510万㎡,而目前情况是计划2022年供热200万㎡。深层地热能深层地热截至2018年底约336万㎡主要问题是:①取水回灌,控制严格。②井内换热,尚处于试点开发阶段,工程建设审批流程尚未完全明确。北京的地热可再生能源供热发展存在的问题可再生能源供热绿色低碳化发展水平低、不均衡现在的北京用地热做绿色供热的区域目前主要集中在中心大网以外区域,包括地热及热泵的小规模分散式供热,城市副中心、北京新机场、世园会等重点区域供热等,中心城区的可再生能源供热应用比例较低。供热布局和模式与新技术的空间和时间发展不匹配时间上不匹配:按照现有的供热布局、供热模式,新的供暖技术,尤其热泵供热技术、蓄能技术难以提前规划。因为我来自北京热力集团,北京市政府在“十一五”、“十二五”、“十三五”,乃至即将到来的十四五规划中,对热电联产集中供热,锅炉房区域供热规划做得非常好,而且一年一年做得特别有经验。做完了这个规划,每个布局,每个区域怎么发展,重点关注的项目提前报批都有程序,但是实际上在可再生能源供热的规划上,在时间模式上没有能做到特别的超前。这是第一个时间上不匹配;空间上的不匹配:我们要用可再生能源的时候,并不是所有的可再生能源都特别适宜任何一个场景,地热也是这样。地热一个最直观的,我们需要打井,需要占房、占地,需要道路。尤其是浅层地热都存在着寸土存金的问题存在,难以满足高容积率的城市建筑用能需求。发展机制尚需创新以适应新能源特点发展机制尚需创新,适应新能源特点。到现在为止可再生能源政府很关注,还有太阳能等等,真说起用它来供热的时候,它的应用场景究竟有什么样的技术约束力?它的用户应该怎么样跟它匹配?它的技术模式、市场的引导观念,它的资金,它的投资主体等等房地产的因素都在约束着发展机制。如何提高可再生能源在冬天供暖中的比例,确实是北京清洁供热的首要问题。我们在“十三五”的时候说北京清洁供热的首要问题是燃煤电厂全都改成燃气,燃煤锅炉房全都改成燃气锅炉房。后来又说所有的燃气锅炉房首要的清洁问题是低碳排放。但是我们真正来做可再生能源来助力北京清洁供热的时候,还有很长的路要走,还有很多事要做。观念创新 绿地公园就是城市的热能仓库刚才提到北京寸土寸金,人员密集,建筑很多。首先要有打井的地方,绿地公园就是城市的热能仓库。地热这种能源规划要与城市建设的规划融合渗透。比如以前我们的观念,这个地埋管井必须在建筑红线以内,但是我们想一想红线以内,小区里有那么多地方供你打地埋管井吗?但现在我们的绿地,街心公园都具备这种打地埋管井的条件,所以也需要我们在观念上要有突破和创新。第二个地热能源的应用还要与末端建筑的用热方式相匹配。以前我们用锅炉供热也好,用热电联产供热也好,大家如果住的房子,家里都有散热片,那个时候用的是电厂余热的水温,用的是锅炉房烧出来的水温,那个水温是多少度呢?供到老百姓家里一般都是50-60摄氏度,然后在窗子下面有一排散热片来保证这个屋里的供暖温度。但是当我们用可再生能源的时候,尤其用低品位地热资源的时候,地下不管浅层深层水打上来以后,经过热泵COP值,加上以后水温,最好能保证COP值在3-4,或者超过4的时候,我们给老百姓家供暖的水温最好也就是40度左右。而以前散热片选择的面积适合供水温60摄氏度,所以你用那个地热打出来的水温供到散热片里,屋里是暖和不了的。最好的方式是什么呢?想要可再生能源,又想保住可再生能源利用的COP值,让它符合效率因素,我们就要改变建筑物末端的取暖方式,要配套。比如说把传统的散热片换成地埋管的方式,其实热电联产也可以这样做。但是对于低品位的地热资源,家里的暖气片取消掉,在地下埋上地埋管会更好,散射片埋在地下以后,脚下是暖的,屋子空间的温度对人体舒适性的感觉非常好。举个例子来说,这个图是通州的规划,北京市总体规划。通州在未来是森林城市,更可以是新能源的城市。通州在规划当中说,人均绿地面积力争达到18平方米,如果能合理利用这些绿地,可以为人均5平方米米的建筑提供冷和热的能源。通州的森林规划率非常高,所以结合通州森林城市规划,在城市的绿地带、街心公园可以埋很多地埋管,这些都能特别好地促进地热使用。通州是森林城市,更可以是新能源城市“留白增绿”,能源供应也可以腾笼换鸟现在几大城区,各个区都根据北京市规划做留白增绿,留白增绿也就是要创造优良的人均环境。比如说要拆迁、腾地,要把城市地集中中心区域建绿地公园,也要扩大绿地的面积。这些都为我们来合理地把地热资源打孔钻井场地出来,是一个特别好的机会。另外,从传统的空调机组冷却塔散热角度来说,如果在绿地花园打了地热井,如果做得是浅层的,冬天供暖、夏天制冷,还可以减少城市夏季的热导效应,都是非常好的使用效果。还有一种是在地下浅层深层地热考虑应用地热的同时,再生水也是一个非常好的余热资源。北京这么多人口,污水处理量又这么大。虽然这些污水处理厂都在北京的郊区,但是由于污水处理厂连的这些管线非常密集,现在还有一个想法,也是北京市发改委的规划,在再生水沿途建设热泵站,取热,为周边用户供热或者制冷。2020年北京再生水利用量扩大到12亿立方米,如果按5摄氏度温差算热量,相当于1.6亿立方米天然气燃烧释放的热量。这些资源很可观,关键是怎么把它用好。再生水管线沿途可建设热泵能源站借助城市热网改善地热热泵供热的经济性。如果我们做得是浅层地热,这个地热应该是保证地下温度平衡,在夏天应该制冷,冬天去供热。其实对同一个建筑,冬天所需要的供热热量和夏天所需要制冷热量是不匹配的。供热的热量需要的负荷远远大于这个建筑夏天需要的制冷热量。为了保证地下资源的平衡,更好的效果可能是依据建筑需求特色,比如公用建筑夏天制冷的需求量的热量,来考虑地热利用的功率。这个功率在冬天制热就小了,怎么办呢?我们可以因地制宜,比如说如果这个建筑周边就有城市的热网,我们从热网拽一条管线,把夏天制冷的负荷对应到冬天制热的负荷所欠缺的冬天那部分热量,用城市热网给提供。这样就保证了尖峰补热的运行,这是一个补充。而且在北京城区里,城市热网也很密集,建筑可以采取这种方式,城市热网可以使得我们改善地缘热泵供热的经济性。还可以利用谷电或绿电进行蓄热蓄冷,也可以地热项目的收益。还有一种是在地下浅层深层地热考虑应用地热的同时,再生水也是一个非常好的余热资源。北京这么多人口,污水处理量又这么大。虽然这些污水处理厂都在北京的郊区,但是由于污水处理厂连的这些管线非常密集,现在还有一个想法,也是北京市发改委的规划,在再生水沿途建设热泵站,取热,为周边用户供热或者制冷。2020年,北京再生水利用量将进一步扩大到12亿立方米,按5℃温差算就蕴含着500万GJ的热量,相当于1.6亿Nm³天然气燃烧释放的热量!还有一个是可以借助城市热网改善地热热泵供热的经济性。如果我们做得是浅层地热,这个地热应该是保证地下温度平衡,在夏天应该制冷,冬天去供热。其实对同一个建筑,冬天所需要的供热热量和夏天所需要制冷热量是不匹配的。供热的热量需要的负荷远远大于这个建筑夏天需要的制冷热量。为了保证地下资源的平衡,更好的效果可能是依据建筑需求特色,比如公用建筑夏天制冷的需求量的热量,来考虑地热利用的功率。这个功率在冬天制热就小了,怎么办呢?我们可以因地制宜,比如说如果这个建筑周边就有城市的热网,我们从热网拽一条管线,把夏天制冷的负荷对应到冬天制热的负荷所欠缺的冬天那部分热量,用城市热网给提供。这样就保证了尖峰补热的运行,这是一个补充。而且在北京城区里,城市热网也很密集,建筑可以采取这种方式,城市热网可以使得我们改善地缘热泵供热的经济性。还可以利用谷电或绿电进行蓄热蓄冷,也可以地热项目的收益。我们做地热供热的过程中,我们做了很多尝试,其中一个尝试是在地下水管理严格的区域,尝试中深层井内换热。中深层井内换热有很多优越性,第一是地下越深,地热的水温一般来说越高。孔深从常规土壤源的100m变成2000-3000m,而且越深温度越高,一个孔就顶原来五十个孔。单井设计供热面积1-2万㎡,单井造价三四百万元。这种深层地热在现在也有很多尝试。(中国能源产业发展年会组委会编辑整理)1601432899638责编:罗薇环球网能源频道160143289963811[]//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/15435f0b18b99113d842751b59d94245u1.png
作者:中国城镇供热协会副理事长刘荣说起首都北京,大家第一印象就是作为首都北京人多,建筑物密集。在首都北京不仅城区,郊区供热也都是一个大事。我来自北京市热力集团,在过去的几十年里,从1958年直到现在,北京热力集团主要采用北京郊区热电联产的余热为北京城区提供清洁供暖。大家都知道,这些年除了热电联产的余热给北京城区进行集中供暖以外,北京还有很多市政大网、地下管网够不到的地方,还有很多区域燃气锅炉房,他们也在给北京做清洁供热。北京这个地方的政治条件、环境条件特别要求环保,所以这些年电厂燃煤改成了燃气,所以我们用电厂余热的时候用的是燃气发电厂的余热。所以我们的锅炉供热的时候用的是燃气锅炉的热量来给北京大部分的面积供热。对于北京来说,冬季面临着一些问题,这么多年来,我们说给北京提供的是清洁供热,指的是我们用了燃气发电厂的余热,还用了燃气锅炉房的热量,我们认为它就是清洁的。燃气其实是一个化石能源,而且燃气燃烧以后供热其实也存在很多氮氧化物排放的问题。因此这些年,北京冬季供暖面临的问题有这么几个:一、燃气热电联产、燃气锅炉、燃气壁挂炉三类热源占到全部供热面积的90%以上,严重依赖化石能源,减碳、降氮和气源保障都面临重大压力。北京其实还有一小部分有燃煤供热,非常非常少,在北京郊区或者山区农村占到1%点几,另外还有电、燃油供热占到百分之零点几。我们特别关心的新能源、可再生能源供热,在目前才占到6%。全北京的建筑面积一共有大数是8亿平方米的面积,其中热电联产才占到2亿多面积。二、对于北京来说,它的能源结构是严重的依赖化石能源。虽然政府这些年积极地推进可再生能源,但是由于受到技术条件的限制,可再生能源在北京供热的比例非常低。主要的限制条件有两个:①现有建筑改造空间、新增机房用地、打井占地、储能空间、管道路由等均存在瓶颈。②技术经济性方面存在热泵电价问题、建设投资补贴等问题。使用地热,存在热泵的电价问题,建设补贴经济和可持续问题,这些都是制约可再生能源,尤其是地热能源在北京应用的瓶颈。大家看看这个图,说起北京的地热,实际上这张图非常具有说服力。在北京实际上有十个地热田,上面是1,那是延庆,2、3、4、5、6、7、8、9、10,这十个地热田在北京的区域地下资源里已经有划分了,就是在这个区域里他们都是有地热的。平原区在埋深500摄氏度的地热资源是20摄氏度到50摄氏度,理论来说北京地热资源在3500米左右出水温度大于50摄氏度的地区,这十个地热田,理论上可供的供暖面积3亿平方米。在浅层地热能源可供的供暖面积7亿平方米,这个说的是地热资源理论上可以供这么多面积。刚才我说全北京8亿平方米的面积,用地热是不是都可以满足?但是只是理论上,实际上是不现实的。北京各类地热能供热(冷)应用现状我们看看各类地热供热供冷现在的应用情况。浅层地热能 浅层地热截至2018年底约5218万㎡,浅层地热有:①地下水源热泵,取水回灌严控。②土壤源热泵,政府大力扶持,是浅层地热利用主力军。但城区建筑密度大,场地紧张。③污水(再生水)源热泵,鼓励。目前中心城区污水处理能力427.7万m³/d,按 10%的技术可开发量、提取 5℃余热考虑,可供热面积510万㎡,而目前情况是计划2022年供热200万㎡。深层地热能深层地热截至2018年底约336万㎡主要问题是:①取水回灌,控制严格。②井内换热,尚处于试点开发阶段,工程建设审批流程尚未完全明确。北京的地热可再生能源供热发展存在的问题可再生能源供热绿色低碳化发展水平低、不均衡现在的北京用地热做绿色供热的区域目前主要集中在中心大网以外区域,包括地热及热泵的小规模分散式供热,城市副中心、北京新机场、世园会等重点区域供热等,中心城区的可再生能源供热应用比例较低。供热布局和模式与新技术的空间和时间发展不匹配时间上不匹配:按照现有的供热布局、供热模式,新的供暖技术,尤其热泵供热技术、蓄能技术难以提前规划。因为我来自北京热力集团,北京市政府在“十一五”、“十二五”、“十三五”,乃至即将到来的十四五规划中,对热电联产集中供热,锅炉房区域供热规划做得非常好,而且一年一年做得特别有经验。做完了这个规划,每个布局,每个区域怎么发展,重点关注的项目提前报批都有程序,但是实际上在可再生能源供热的规划上,在时间模式上没有能做到特别的超前。这是第一个时间上不匹配;空间上的不匹配:我们要用可再生能源的时候,并不是所有的可再生能源都特别适宜任何一个场景,地热也是这样。地热一个最直观的,我们需要打井,需要占房、占地,需要道路。尤其是浅层地热都存在着寸土存金的问题存在,难以满足高容积率的城市建筑用能需求。发展机制尚需创新以适应新能源特点发展机制尚需创新,适应新能源特点。到现在为止可再生能源政府很关注,还有太阳能等等,真说起用它来供热的时候,它的应用场景究竟有什么样的技术约束力?它的用户应该怎么样跟它匹配?它的技术模式、市场的引导观念,它的资金,它的投资主体等等房地产的因素都在约束着发展机制。如何提高可再生能源在冬天供暖中的比例,确实是北京清洁供热的首要问题。我们在“十三五”的时候说北京清洁供热的首要问题是燃煤电厂全都改成燃气,燃煤锅炉房全都改成燃气锅炉房。后来又说所有的燃气锅炉房首要的清洁问题是低碳排放。但是我们真正来做可再生能源来助力北京清洁供热的时候,还有很长的路要走,还有很多事要做。观念创新 绿地公园就是城市的热能仓库刚才提到北京寸土寸金,人员密集,建筑很多。首先要有打井的地方,绿地公园就是城市的热能仓库。地热这种能源规划要与城市建设的规划融合渗透。比如以前我们的观念,这个地埋管井必须在建筑红线以内,但是我们想一想红线以内,小区里有那么多地方供你打地埋管井吗?但现在我们的绿地,街心公园都具备这种打地埋管井的条件,所以也需要我们在观念上要有突破和创新。第二个地热能源的应用还要与末端建筑的用热方式相匹配。以前我们用锅炉供热也好,用热电联产供热也好,大家如果住的房子,家里都有散热片,那个时候用的是电厂余热的水温,用的是锅炉房烧出来的水温,那个水温是多少度呢?供到老百姓家里一般都是50-60摄氏度,然后在窗子下面有一排散热片来保证这个屋里的供暖温度。但是当我们用可再生能源的时候,尤其用低品位地热资源的时候,地下不管浅层深层水打上来以后,经过热泵COP值,加上以后水温,最好能保证COP值在3-4,或者超过4的时候,我们给老百姓家供暖的水温最好也就是40度左右。而以前散热片选择的面积适合供水温60摄氏度,所以你用那个地热打出来的水温供到散热片里,屋里是暖和不了的。最好的方式是什么呢?想要可再生能源,又想保住可再生能源利用的COP值,让它符合效率因素,我们就要改变建筑物末端的取暖方式,要配套。比如说把传统的散热片换成地埋管的方式,其实热电联产也可以这样做。但是对于低品位的地热资源,家里的暖气片取消掉,在地下埋上地埋管会更好,散射片埋在地下以后,脚下是暖的,屋子空间的温度对人体舒适性的感觉非常好。举个例子来说,这个图是通州的规划,北京市总体规划。通州在未来是森林城市,更可以是新能源的城市。通州在规划当中说,人均绿地面积力争达到18平方米,如果能合理利用这些绿地,可以为人均5平方米米的建筑提供冷和热的能源。通州的森林规划率非常高,所以结合通州森林城市规划,在城市的绿地带、街心公园可以埋很多地埋管,这些都能特别好地促进地热使用。通州是森林城市,更可以是新能源城市“留白增绿”,能源供应也可以腾笼换鸟现在几大城区,各个区都根据北京市规划做留白增绿,留白增绿也就是要创造优良的人均环境。比如说要拆迁、腾地,要把城市地集中中心区域建绿地公园,也要扩大绿地的面积。这些都为我们来合理地把地热资源打孔钻井场地出来,是一个特别好的机会。另外,从传统的空调机组冷却塔散热角度来说,如果在绿地花园打了地热井,如果做得是浅层的,冬天供暖、夏天制冷,还可以减少城市夏季的热导效应,都是非常好的使用效果。还有一种是在地下浅层深层地热考虑应用地热的同时,再生水也是一个非常好的余热资源。北京这么多人口,污水处理量又这么大。虽然这些污水处理厂都在北京的郊区,但是由于污水处理厂连的这些管线非常密集,现在还有一个想法,也是北京市发改委的规划,在再生水沿途建设热泵站,取热,为周边用户供热或者制冷。2020年北京再生水利用量扩大到12亿立方米,如果按5摄氏度温差算热量,相当于1.6亿立方米天然气燃烧释放的热量。这些资源很可观,关键是怎么把它用好。再生水管线沿途可建设热泵能源站借助城市热网改善地热热泵供热的经济性。如果我们做得是浅层地热,这个地热应该是保证地下温度平衡,在夏天应该制冷,冬天去供热。其实对同一个建筑,冬天所需要的供热热量和夏天所需要制冷热量是不匹配的。供热的热量需要的负荷远远大于这个建筑夏天需要的制冷热量。为了保证地下资源的平衡,更好的效果可能是依据建筑需求特色,比如公用建筑夏天制冷的需求量的热量,来考虑地热利用的功率。这个功率在冬天制热就小了,怎么办呢?我们可以因地制宜,比如说如果这个建筑周边就有城市的热网,我们从热网拽一条管线,把夏天制冷的负荷对应到冬天制热的负荷所欠缺的冬天那部分热量,用城市热网给提供。这样就保证了尖峰补热的运行,这是一个补充。而且在北京城区里,城市热网也很密集,建筑可以采取这种方式,城市热网可以使得我们改善地缘热泵供热的经济性。还可以利用谷电或绿电进行蓄热蓄冷,也可以地热项目的收益。还有一种是在地下浅层深层地热考虑应用地热的同时,再生水也是一个非常好的余热资源。北京这么多人口,污水处理量又这么大。虽然这些污水处理厂都在北京的郊区,但是由于污水处理厂连的这些管线非常密集,现在还有一个想法,也是北京市发改委的规划,在再生水沿途建设热泵站,取热,为周边用户供热或者制冷。2020年,北京再生水利用量将进一步扩大到12亿立方米,按5℃温差算就蕴含着500万GJ的热量,相当于1.6亿Nm³天然气燃烧释放的热量!还有一个是可以借助城市热网改善地热热泵供热的经济性。如果我们做得是浅层地热,这个地热应该是保证地下温度平衡,在夏天应该制冷,冬天去供热。其实对同一个建筑,冬天所需要的供热热量和夏天所需要制冷热量是不匹配的。供热的热量需要的负荷远远大于这个建筑夏天需要的制冷热量。为了保证地下资源的平衡,更好的效果可能是依据建筑需求特色,比如公用建筑夏天制冷的需求量的热量,来考虑地热利用的功率。这个功率在冬天制热就小了,怎么办呢?我们可以因地制宜,比如说如果这个建筑周边就有城市的热网,我们从热网拽一条管线,把夏天制冷的负荷对应到冬天制热的负荷所欠缺的冬天那部分热量,用城市热网给提供。这样就保证了尖峰补热的运行,这是一个补充。而且在北京城区里,城市热网也很密集,建筑可以采取这种方式,城市热网可以使得我们改善地缘热泵供热的经济性。还可以利用谷电或绿电进行蓄热蓄冷,也可以地热项目的收益。我们做地热供热的过程中,我们做了很多尝试,其中一个尝试是在地下水管理严格的区域,尝试中深层井内换热。中深层井内换热有很多优越性,第一是地下越深,地热的水温一般来说越高。孔深从常规土壤源的100m变成2000-3000m,而且越深温度越高,一个孔就顶原来五十个孔。单井设计供热面积1-2万㎡,单井造价三四百万元。这种深层地热在现在也有很多尝试。(中国能源产业发展年会组委会编辑整理)