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區域能源系統與熱力管網規劃設計探討
博燃網● 2015-03-06

摘 要:對我國區域能源規劃、城市熱力管網規劃的現狀進行分析,結合國家相關政策,對區域能源系統與熱力管網規劃設計提出了建議。

關鍵詞:分布式能源;  熱力管網;  共同溝;  地下綜合管廊;  泄漏監測

Discussion on Planning Design of Regional Energy Systems and Heat-supply Network

AbstractThe status quo of regional energy planning and urban heat-supply network planning is analyzedCombined with the relevant national polieies,the recommendations for planning design of regional energy systems and heat-supply network are proposed

Keywordsdistributed energy;heat-supply network;utility tunnel;underground pipeline corridor;leakage monitoring

 

區域能源系統的規劃設計是一個城市或區域規劃中的重要組成部分。在能源短缺、節能減排的大背景下,區域能源及熱力管網規劃設計的質量,直接關系到該區域生產、生活等方面的能源保障問題;同時,在環境保護、經濟效益方面也對規劃設計提出了更高的要求。如何科學、合理、完善地進行區域能源與熱力管網規劃設計,對于順利實現十二五節能減排的目標以及我國的城鎮化進程都有著十分重要的現實意義和戰略意義。

1 現狀分析

區域能源

中國作為發展中國家,改革開放30多年以來,城鎮化規模不斷擴大,城鎮化率由原來的18%提高到了現在的51.3%。統計結果表明,截至2010年,我國城市的集中供熱面積已達40×108m2,供熱耗煤總量約為1.45×108ta標準煤,預計到2020年,我國城鎮供熱面積將達到85×108m2,供熱耗煤總量將增至約3×108ta標準煤。

我國建筑相關用能占全社會用能的比例較高(單位建筑面積的碳排放量約為0.8tm2),約為40%~50%,建筑行業節能減排的任務十分艱巨。在發展低碳建筑、促進低碳經濟發展的今天,合理用能、科學用能、綜合用能,實現能源的品位合適、溫度對應、梯級利用,是擺在我們面前的十分重要的課題?;仡櫸覈泄岬陌l展歷史,不難發現,由20世紀70年代的燃煤鍋爐集中供熱,到80年代末、90年代初的熱電聯產區域供熱,城市熱源由原來分散的小型區域鍋爐房(單機容量為10th以下),發展成為大型區域鍋爐房(單機容量可達40th以上)及熱電聯產,在鍋爐熱效率提高的同時,我們仍面臨著節能減排、環境污染等巨大壓力。區域能源系統的規劃設計可以使一個特定的區域內的能源得到科學、合理、綜合、集成地應用,節能減排的同時,可以滿足區域內供電、供冷、供暖、生活熱水等生產、生活需求,已經成為城市建筑用能規劃、設計的新方向。

相關數據表明,北方某大城市2010年全市供熱方式比例分別為:熱電聯產22.5%,燃煤供熱25.8%,燃氣供熱46.9%,其他方式4.8%;2015年全市供熱方式規劃比例為:熱電聯產27.1%,燃煤供熱17.6%,燃氣供熱50.6%,其他方式4.7%。中心城區將完全取消燃煤供熱,供熱方式比例為:熱電聯產38.9%,燃氣供熱55.6%,其他清潔能源5.5%。從上述數據不難看出,天然氣作為一次能源正在逐步取代燃煤成為城市建筑用能的主要來源,以天然氣為一次能源的區域能源系統正在逐步形成。

城市熱力管網

隨著我國經濟的快速發展、城市化的加速、人口的不斷集中,對供暖、供冷、氣、水、電等的需求增加,城市管線不斷新增擴容,造成道路不斷開挖修補,極大地浪費了人力和財力。如何將城市市政管線統籌規劃、管理,將是我國城市化進程中必須面對的棘手問題。學習和引進國外的成熟經驗并結合我國的實際情況,應對快速的城市化進程,摸索總結出適合我國國情的市政管線綜合統籌規劃的原則、思路,對于現階段的中國集中供熱事業十分重要和迫切。

相關資料表明,我國集中供熱系統(包括熱電聯產等)中集中供熱管道總長度由1983年的300km,發展到2009年的9×104km,年復合增長率20%以上,保守估計目前全國城鎮熱力管網總長度為12×104km左右。城市供熱能耗占社會總能耗的比例越來越大,技術發展水平和能耗指標直接關系到國家節能減排的重要政策,影響面越來越大。因此,城市集中供熱在落實國家節能減排、降耗等戰略決策中,占據十分重要的地位。

單位長度集中供熱管道的造價在所有市政管道中最高;多年以來,由于規劃設計得不合理以及管理、運行維護不夠完善,跑、冒、滴、漏等現象較為普遍,導致管網能耗和運行費用逐年增加。同時,熱力管網具有高溫、高壓、應力大等特點,一旦管網相關產品質量出現問題,不僅使輸送的熱效率大大降低,產生很多維修、改造費用,還會造成嚴重的不良社會影響。因此,建立科學、合理的城市熱力管網系統的同時,更應建立一整套泄漏監測系統,對整個熱力管網系統運行情況進行監控,真正做到防患于未然。

2 規劃建議

建立冷、熱、電三聯供區域能源系統

無論是一次能源還是二次能源,都可根據其所能轉換成其他能源形式的種類、被梯級利用的次數、獲取和利用其所需的成本以及對環境所造成的影響進行能源品位的劃分。

宏觀方面,天然氣的品位高于煤炭,其作為高品位的一次能源可用于發電,利用余熱實現冬季供熱、夏季供冷,同時可以實現全年的生活熱水供應。微觀方面,可以利用現有成熟的熱泵技術(水源、地源、廢熱等)將低品位熱源提高應用至上述系統中,從而形成品位合適、溫度對應、梯級利用、綜合利用、集成利用的冷、熱、電三聯供模式區域能源系統。

分布式能源系統節能減排效果明顯,不僅對電網和城市天然氣管網起到雙重削峰填谷的作用,而且提高了能源供給的安全性。同時,由于其具有占地面積小、造價低、啟動靈活等特點,可以作為大型熱電聯產項目的補充。

20008月原國家計委、原國家經貿委、建設部等單位印發的[2000]1268號文件關于發展熱電聯產的規定”和發改能源[2011]2196號文件關于發展分布式能源的指導意見”中不難發現,以天然氣作為一次清潔能源,熱電聯產與分布式能源系統相結合的方式,將成為中國城鎮區域能源系統規劃設計的重要增長方向。

熱力管網共同溝與直埋敷設相結合

共同溝(地下綜合管廊)敷設在國外已成為綜合利用地下空的一種重要手段,形成了完善的地下空間綜合利用系統。共同溝作為地下管線綜合利用的形式之一,將市政管線緊湊合理地布置在共同溝中,有效利用了道路地下的空間,節約了城市用地,同時提高了各種管線抵御臺風、地震等自然災害的能力,從而保證了社會生產的安全運行及居民的正常生活不受影響。

20世紀40、50年代,北歐一些發達國家,如瑞典、芬蘭、丹麥、德國等,已經應用供熱管道直埋敷設代替傳統的管溝敷設。供熱管道直埋敷設比常規的管溝敷設節能約15%,節省城市道路的管線路由,節省造價約30%。歐洲已經擁有從保溫管設計、生產制造、施工驗收到監測運行等一系列完整、成熟的技術標準和措施。我國在20世紀80年代從北歐引進了預制直埋供熱管道技術。由于直埋敷設方式具有節能、造價低、占地少、施工方便等優點,逾10年來,預制直埋供熱管道技術在我國得到了大力推廣和迅速發展,目前在建項目中,約有90%的集中供熱管道已采用直埋敷設技術。

建立共同溝與直埋敷設相結合的熱力管網規劃模式。一方面,通過共同溝敷設,可以將氣、熱、水等管網集中進行統籌管理,達到節約資源、綜合利用的效果。另一方面,直埋敷設方式也可以充分體現出熱力管網自成體系的靈活性,同樣可以達到節能減排、高效便捷、環保的設計效果。

選擇高質量熱力管道產品及泄漏監測系統

同歐洲、美國相比,我國城鎮人口密集,供熱負荷大,相應供熱管網的管徑大、介質溫度高。在歐洲,常用的管網運行溫度不高于120,常用管徑一般不超過DN 1000mm,但目前我國直埋供熱管網的管徑已達到DN 1400mm,管網的設計溫度已達130℃甚至140℃。在如此高的設計參數下,我國的預制直埋保溫管道生產企業還有相當一部分在生產技術、產品質量、性能指標等方面與標準要求存在一定差距,同時市場上以次充好的現象還很普遍。特別是當預制直埋保溫管道采用冷安裝方式時,有時不能保證工作管、聚氨酯保溫層及外護管之形成“三位一體”的保溫結構形式。由于預制直埋保溫管道壽命不達標、性能失效等造成路面頻繁開挖、經濟損失嚴重的案例比比皆是,值得規劃、管理者深思。

同時,對管網運行工況進行可靠的實時監控也是目前各熱力單位面臨的重要問題。隨著城市熱力管網規模的不斷擴大,按照現有管理模式,一旦管網出現安全事故,只能做事后處理,不能做到防患于未然。歐洲的管道泄漏監測系統是成熟的系統,值得我們規劃設計者學習、借鑒,高質量的熱力管道產品及泄漏監測系統是區域能源系統規劃、實施的重要載體。

 

 

本文作者:程偉佳 王墻

作者單位:北京豪特耐管道設備有限公司

 

 

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