“看過不少供熱管道,專門鑿出這么長的隧道用于供熱還是頭一次見。”

  “熱源離這幾十公里遠,損耗大嗎?經濟性怎么樣?”

  “又是穿山又要過河,花這么大代價引熱真的值嗎?”

  12月中旬,北方正值寒冬,氣溫已降至零下十幾攝氏度。在山西省太古高速交通隧道的一個入口處,4根巨型管道由西向東穿山而過,吸引來自全國各地主要供熱企業的100多名從業者爭相提問、取經。這里是太古大溫差長輸供熱項目(下稱“太古項目”)一角,也是施工難度最大的一段主管道。

  管道這頭是7600萬平方米采暖需求,另一頭則是近70公里開外的古交興能電廠。太古項目將清潔熱源從“遠方”引入太原主城區,一舉滿足全市約1/3的集中供暖需求,由此成為世界首個成功實施的大規模、長距離清潔供暖項目。

  “煤都”遭遇供熱難題

  煤炭資源豐富的“煤都”太原,為何反要從別處引熱?“一煤獨大”的資源稟賦帶來經濟效益,同時也給太原埋下了環境隱患。

  時隔6年,太古項目技術牽頭人、清華大學建筑節能研究中心教授付林仍清楚記得當時的困境。“截至2012年,太原供熱總面積已達1.46億平方米,其中各類燃煤鍋爐供熱量超過50%,污染大、效率低,給空氣帶來極大負擔。但按照發展規劃,就算把全市所有清潔熱源加起來,也只能供熱約5000萬平方米。缺口巨大的情況下,供暖面積仍在以每年800萬—1000萬平方米的增速擴容,進一步加大了太原保供壓力。主管負責人無奈找到我們,希望尋求一條可行路線。”

  “起初不是沒有考慮其他方案。”太原市熱力集團有限責任公司(下稱“太原熱力”)相關負責人向記者坦言,早在2013年,“氣代煤”“電代煤”等措施尚未在北方大面積推廣,“氣化太原”等方案就已納入考量。“出于氣源供應、供暖成本等因素考慮,這些方案均未成形,可以說從古交電廠長途引熱是被‘逼’出來的。”

  為何選擇古交電廠?“首先是資源誘人,從客觀上保證了熱源穩定。”付林說,除已建成一期2臺300兆瓦、二期2臺600兆瓦的燃煤機組外,該廠還計劃再建三期2臺660兆瓦機組。

  “在達標排放的情況下,電廠排放著大量余熱,但因溫度多在30—40攝氏度,不能直接用于供熱而常被視作‘廢熱’。通過乏汽梯級加熱,原被浪費的余熱就成了有價值的清潔熱源,只需配合約20%燃氣調峰,即可用于集中供暖。”付林表示,待三期全部建成后,古交電廠的余熱足以滿足近1億平方米采暖需求。

  成本比燃氣低五成

  熱源有了,如何穩定而經濟地送出?上述太原熱力負責人告訴記者,考驗輸送效率的主要指標在于溫度。“途中每降低1攝氏度,供熱面積相應減少56萬平方米;溫降達到10攝氏度,熱損失將高達10%。太古項目不僅距離長,熱源電廠與終點之間還有180米的地形高差,因此‘保溫’難度極大。”

  以4條37.8公里長的主管道為例,中國市政工程華北設計研究總院有限公司高級工程師陳泓透露,僅此一項工程就6次越過汾河、3次穿過鐵路及高速公路,多處開山架管、穿越隧道。“為何非要鑿出隧道,而不是避著走?如果避開,要么繞遠路、要么加大高差,建設環節輕松了,無形中卻增加運行阻礙。正是這些穿山隧道,讓輸送路程大大縮短,自然高差也減少300米,由此確保了工程的可實施性。”

  而首次應用的大溫差技術則是運行關鍵。“一套完整熱循環主要由‘一供一回’兩根管網組成。在常規供熱中,供水溫度為120—130攝氏度,回水降至50—60攝氏度,二者溫差越大,意味著熱網輸送效率越高、溫度損失越少。”付林介紹,通過大溫差技術,可在供水條件不變的情況下,將回水溫度降至20—30攝氏度,由此拉大溫差,將輸送能力提高60%以上,項目在實際運行工況下的平均降溫控制在0.9攝氏度。

  “回水溫度降低,反過來又為電廠余熱回收創造有利條件。”付林進一步稱,在此推動下,古交電廠的余熱資源得到充分挖掘,現已占到總供熱量的70%以上,“相當于七成的熱由‘原被排掉的熱’提供。包括熱源、輸送工程、系統改造等成本在內,整個項目初投資為48億元,相當于每平米投入不超過100元,在同等條件下遠低于其他清潔取暖方式。尤其相比以燃氣為主的采暖方式,前者不僅大大節約天然氣用量,還可減少供暖成本50%左右。”

  可滿足北方城鎮供暖

  太古項目的環保效益同樣不可忽視。統計顯示,項目運行以來已替代太原254臺分散燃煤鍋爐,減少城市用煤400萬噸,年節約標煤100萬噸左右。

  近日在住建部科技與產業化發展中心與中國城鎮供熱協會主辦的評估會上,以中國工程院院士倪維斗、肖緒文、聞雪友為首的12位評審專家,進一步肯定太古項目的價值——該工程為北方地區供熱開辟了新途徑,余熱利用應作為城鎮清潔供暖的主流方式。專家組認為,若能全面挖掘燃煤機組的余熱潛力,未來每年將為北方地區節約標煤1億噸以上。

  該觀點也得到中國工程院院士江億的贊同。“屋內通常只需維持在20度左右,就可滿足冬季采暖需求。因此我們常說供熱是‘吃粗糧’,任何高于20度的熱源均可使用。為防止天然氣等寶貴‘細糧’被高能低用,電廠余熱應成為未來主流熱源之一。”

  如何用好這些“主流”熱源?付林指出,燃煤電廠目前仍在我國電力系統占據主導地位,僅以單機容量300兆瓦以上的機組計算,北方火電裝機就達6億千瓦,對應供熱能力超9億千瓦。“凡是城市周邊200公里半徑內的火電廠,均可實現長距離經濟輸送。因此將北方60%的余熱用起來,再加上不到總熱量5%的天然氣在嚴寒期調峰,就可滿足約200億平方米供熱,足以覆蓋目前141億平方米城鎮供熱需求。”

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