本文提出以電廠(chǎng)循環(huán)水為低位熱源、利用熱泵技術(shù)升溫后供熱的一種城市集中供熱新形式。經(jīng)過(guò)多方的配合和努力完成了北京市多家熱電廠(chǎng)循環(huán)水余熱潛力的調(diào)研，提出了電廠(chǎng)循環(huán)水區(qū)域供熱的系統(tǒng)總體構(gòu)想；分析了采用該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性以及給北京市帶來(lái)的節(jié)能效益和環(huán)保效益。---北京熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司吳星；清華大學(xué)建筑學(xué)院建筑節(jié)能研究中心付林胡鵬
緒論：盡管三十年來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，但是我們卻不得不面對(duì)這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)，當(dāng)下中國(guó)經(jīng)濟(jì)成果的取得一定程度上是以犧牲資源環(huán)境為代價(jià)換來(lái)的。由此產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性問(wèn)題以及越來(lái)越大的國(guó)際輿論壓力。“節(jié)能減排”政策方針正是基于我國(guó)面臨的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展因素、環(huán)境因素、國(guó)際政治因素而制定，是一項(xiàng)長(zhǎng)期堅(jiān)定不移執(zhí)行的國(guó)策。
北京是一個(gè)高耗能城市。隨著能源供需形勢(shì)的變化、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，為了確保北京能源發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)，保障首都經(jīng)濟(jì)社會(huì)安全，北京市制定了以改善環(huán)境質(zhì)量為基本出發(fā)點(diǎn)的能源規(guī)劃和政策，這些規(guī)劃和政策的實(shí)施有賴(lài)于大力發(fā)展高效清潔能源技術(shù)。
相關(guān)資料顯示，北京2004年建筑采暖用能占全市能源消費(fèi)量的17.3%。今后幾年新建采暖建筑面積的擴(kuò)大，北京冬季供暖能源需求將繼續(xù)增加。預(yù)計(jì)到2010
年建筑采暖能耗需求為1519
萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占北京市能源消費(fèi)總量的23.4%。目前北京五大熱電廠(chǎng)和熱力集團(tuán)所屬六個(gè)供熱廠(chǎng)的供熱能力都將達(dá)到極限，將滿(mǎn)負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行。而新建大型熱源投資高、建設(shè)周期長(zhǎng)，并受到城市環(huán)境容量的強(qiáng)烈制約。因此，開(kāi)展能源的高效利用和循環(huán)利用，是降低建筑采暖能耗的重要途徑。
目前北京熱電廠(chǎng)普遍采用大容量的抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，即使在冬季最大供熱工況下，也必須有占電廠(chǎng)總能耗10～20％的熱量由循環(huán)水（一般通過(guò)冷卻塔）排放到環(huán)境。圖1所示為高井熱電廠(chǎng)3＃機(jī)組在冬季最大供熱工況下的能流圖，可以看出仍然有19％的熱量由循環(huán)水排放到環(huán)境中。根據(jù)調(diào)研，北京并入城市熱網(wǎng)的四大熱電廠(chǎng)冬季可利用的循環(huán)水余熱資源量就達(dá)1000MW以上，遠(yuǎn)期規(guī)劃余熱資源量將達(dá)約1700MW。如果利用熱泵技術(shù)將這些余熱加以利用，僅僅考慮有效利用現(xiàn)有余熱量，就相當(dāng)于在不新增電廠(chǎng)裝機(jī)容量和不增加當(dāng)?shù)匚廴疚锱欧诺那闆r下，可新增供熱面積3000萬(wàn)平方米以上。同時(shí)節(jié)約大量因?yàn)檎舭l(fā)而損失的循環(huán)冷卻水；因此這是一種極具吸引力的城市集中供熱新形式。
循環(huán)水供熱系統(tǒng)技術(shù)方案：
由于正常情況下循環(huán)水的溫度比較低（一般冬季20～35℃），達(dá)不到直接供熱的要求，要用其供熱，必須想辦法適當(dāng)提高其溫度。中小型凝汽式汽輪機(jī)可以通過(guò)降低排汽缸真空從而提高循環(huán)水溫度（60～80℃）的方法進(jìn)行供熱，即低真空運(yùn)行循環(huán)水供熱，該技術(shù)在理論上可以實(shí)現(xiàn)很高的能源利用效率，國(guó)內(nèi)外都有很多研究和成功運(yùn)行的實(shí)例，技術(shù)已很成熟，特別在我國(guó)一些北方城市得到了廣泛的應(yīng)用與推廣。但傳統(tǒng)的低真空運(yùn)行機(jī)組類(lèi)似于熱電廠(chǎng)中的背壓機(jī)組，其通過(guò)的蒸汽量決定于用戶(hù)熱負(fù)荷的大小，所以發(fā)電功率受用戶(hù)熱負(fù)荷的制約，不能分別地獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)，即其運(yùn)行也是“以熱定電”，因而只適用于用戶(hù)熱負(fù)荷比較穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)。另外，機(jī)組低真空運(yùn)行須對(duì)機(jī)組結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改造，僅適應(yīng)于小型機(jī)組和少數(shù)中型機(jī)組，對(duì)現(xiàn)代大型機(jī)組則是完全不允許的。在具有中間再熱式汽輪機(jī)組的大型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，凝汽壓力過(guò)高會(huì)使機(jī)組的末級(jí)出口蒸汽溫度過(guò)高，且蒸汽的容積流量過(guò)小，從而引起機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)，危及運(yùn)行安全。
大型汽輪機(jī)組的循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度一般要求不超過(guò)33℃（相應(yīng)的出口溫度在40℃左右），如果供熱溫度在此范圍之內(nèi)，則機(jī)組結(jié)構(gòu)不需作任何改動(dòng)，且適應(yīng)于任何容量和類(lèi)型的機(jī)組。但目前適應(yīng)于該溫度范圍的供熱裝置只有地板低溫輻射采暖，因此其應(yīng)用范圍受到比較大的限制。因此，針對(duì)北京市目前大型熱電廠(chǎng)內(nèi)均為大型機(jī)組，不易改造的現(xiàn)狀，低真空運(yùn)行提高循環(huán)水溫度的方法并不具備大規(guī)模應(yīng)用的條件。
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提高電廠(chǎng)循環(huán)水溫度用于供熱的另一個(gè)方法是采用熱泵技術(shù)，即以電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水為低位熱源、利用熱泵技術(shù)提取其熱量后向用戶(hù)供熱。電廠(chǎng)循環(huán)水與目前常用的熱泵熱源相比，具有熱量巨大、溫度適中而穩(wěn)定、水質(zhì)好、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)的熱泵熱源。以電廠(chǎng)循環(huán)水作為熱泵低位熱源進(jìn)行供熱，可以方便靈活的實(shí)現(xiàn)供熱量與用戶(hù)需求之間的“質(zhì)”與“量”的匹配，也不會(huì)對(duì)發(fā)電廠(chǎng)原熱力系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。因此電廠(chǎng)循環(huán)水源熱泵是回收利用電廠(chǎng)循環(huán)水余熱進(jìn)行供熱的一種較理想方式。
目前常用的熱泵裝置，根據(jù)驅(qū)動(dòng)能源的類(lèi)型分類(lèi)，主要有以熱能為驅(qū)動(dòng)能源的吸收式熱泵和以電能（或機(jī)械能）為驅(qū)動(dòng)能源的壓縮式熱泵。循環(huán)水供熱由于供回水溫差較小（為10～15℃左右），同樣供熱負(fù)荷下較城市熱網(wǎng)需要更大的管網(wǎng)投資和水泵電耗。因此循環(huán)水供熱的適用范圍為電廠(chǎng)周邊半徑3～5公里以?xún)?nèi)。理論上熱泵既可以設(shè)置在熱源端（電廠(chǎng)內(nèi)），也可以設(shè)置在用戶(hù)端。但從減少管網(wǎng)輸送熱損失和熱泵規(guī)格的角度考慮，熱泵應(yīng)盡量設(shè)置在靠近用戶(hù)端。循環(huán)水供熱系統(tǒng)基本方案如圖2所示，將熱電廠(chǎng)的循環(huán)冷卻水通過(guò)一次循環(huán)水管網(wǎng)輸送到設(shè)立在各個(gè)用戶(hù)處的熱力站，熱力站內(nèi)分別安裝有吸收式熱泵機(jī)組或者電動(dòng)壓縮式熱泵機(jī)組。電廠(chǎng)循環(huán)水在相應(yīng)的熱泵機(jī)組中放熱降溫后，返回電廠(chǎng)凝汽器吸熱升溫后再輸送到熱力站。如此循環(huán)往復(fù)地將電廠(chǎng)凝汽器余熱輸送到用戶(hù)熱力站，熱泵機(jī)組從循環(huán)水吸熱并加熱二次側(cè)熱媒，通過(guò)二次管網(wǎng)輸送到用戶(hù)處的采暖末端設(shè)備。
熱力站具體采用哪種形式的熱泵，需要結(jié)合電廠(chǎng)周邊用戶(hù)地區(qū)的能源供應(yīng)狀況而定。吸收式熱泵技術(shù)主要是采用高溫?zé)崴?20℃～130℃）、蒸汽（6bar）或天然氣驅(qū)動(dòng)，吸收電廠(chǎng)循環(huán)水的低位熱量，產(chǎn)生45℃～55℃的中溫?zé)崃坑糜诓膳?duì)于電廠(chǎng)周邊熱水網(wǎng)采暖的用戶(hù)以及具備燃?xì)饣蛘羝麠l件的用戶(hù)，可以將循環(huán)水通過(guò)管道引到熱力站，并在熱力站增設(shè)吸收式熱泵，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地區(qū)周邊的高效供熱，節(jié)約用能一倍以上。蒸汽或天然氣沒(méi)有到達(dá)同時(shí)電力容量不受限制的電廠(chǎng)周邊地區(qū)，可采用壓縮式熱泵技術(shù)回收電廠(chǎng)循環(huán)水熱量。壓縮式熱泵系統(tǒng)綜合能源利用率略低于吸收式熱泵，但是壓縮式熱泵的一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是占地小，設(shè)置靈活，可以設(shè)施在熱力站甚至是設(shè)置在住戶(hù)家中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備冬夏兩用，降低設(shè)備初投資。
北京市循環(huán)水供熱潛力分析：
表1分別給出北京市熱電廠(chǎng)現(xiàn)狀和規(guī)劃發(fā)電、供熱以及循環(huán)水余熱潛力的數(shù)量統(tǒng)計(jì)。如綜合考慮建筑采暖熱指標(biāo)45W/m2，考慮高位能量以及一定的調(diào)峰容量，現(xiàn)狀循環(huán)水供熱潛力可實(shí)現(xiàn)3000～4000萬(wàn)平米的供熱面積，規(guī)劃循環(huán)水供熱潛力可實(shí)現(xiàn)6000～7000萬(wàn)平米的供熱面積。
北京的熱電廠(chǎng)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，周邊的負(fù)荷密度很大，像國(guó)華，鄭常莊這樣的熱電廠(chǎng)，供熱半徑3公里范圍內(nèi)的熱負(fù)荷，就足以使循環(huán)水供熱發(fā)揮優(yōu)勢(shì)了。
循環(huán)水供熱成本分析：
循環(huán)水供熱節(jié)能環(huán)保分析以下對(duì)熱水型吸收式熱泵、蒸汽型吸收式熱泵、電動(dòng)壓縮式熱泵等不同循環(huán)水供熱方式與傳統(tǒng)的燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t及城市熱網(wǎng)供熱的能效和能源成本進(jìn)行比較，如表2所示?？梢钥闯?，采用吸收式熱泵提取循環(huán)水熱量供熱成本接近于熱網(wǎng)和燃煤鍋爐房；而采用電動(dòng)壓縮式熱泵提取循環(huán)水余熱供熱成本明顯高于燃煤鍋爐房，但遠(yuǎn)低于燃?xì)忮仩t房的供熱成本。
循環(huán)水供熱節(jié)能環(huán)保分析：
假設(shè)按照40％余熱采用電動(dòng)壓縮式熱泵利用，其余60％采用吸收式熱泵利用的方案。以北京市現(xiàn)有循環(huán)水余熱量為計(jì)算依據(jù)：整個(gè)采暖季實(shí)現(xiàn)供熱量1859萬(wàn)GJ，回收循環(huán)水余熱約943萬(wàn)GJ，共計(jì)消耗電能29935萬(wàn)度，消耗蒸汽量為320.7萬(wàn)噸，將該種方式與相同規(guī)模的燃煤鍋爐房和燃?xì)忮仩t房比較。由于三個(gè)方案所消耗的能源種類(lèi)不同，為了能夠進(jìn)行統(tǒng)一比較，需折算成同一種能源。北京市采用循環(huán)水供熱后年采暖節(jié)能量如表3所示。
相對(duì)與燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t房，現(xiàn)狀循環(huán)水余熱供熱全部利用后，每年可以節(jié)約標(biāo)煤33.9萬(wàn)噸或節(jié)氣2.76億立方米；而規(guī)劃的循環(huán)水余熱全部利用后，每年可以節(jié)約標(biāo)煤49.5萬(wàn)噸或者節(jié)氣4.04億立方米。同時(shí)，考慮現(xiàn)狀循環(huán)水余熱全部利用，一個(gè)采暖季提取循環(huán)水余熱943萬(wàn)GJ，每年可以減少的循環(huán)水蒸發(fā)損失1000～1200萬(wàn)噸。
本文主要通過(guò)對(duì)比各種污染物的排放量來(lái)評(píng)價(jià)不同供熱采暖方式的環(huán)保效益。主要的污染物有煙塵、SOx、NOx、CO2。循環(huán)水供熱方案中消耗的蒸汽屬于電廠(chǎng)原供熱能力的一部分，因此也不會(huì)額外增加北京市的當(dāng)?shù)匚廴疚锱欧?。根?jù)一個(gè)采暖季供熱耗能量，可計(jì)算得到因采暖而造成的污染物排放總量見(jiàn)表4。
可以看出，相對(duì)于燃煤鍋爐房，每年將減少CO2排放880507噸，減少SOx排放12918噸，減少NOx排放3830噸，減少煙塵排放5042噸；相對(duì)于燃?xì)忮仩t房，每年將減少CO2排放586672噸，減少SOx排放3噸，減少NOx排放334噸。另外因熱泵對(duì)循環(huán)水的冷卻作用可減小冷卻塔負(fù)荷，每年可減少電廠(chǎng)循環(huán)水蒸發(fā)損失1000～1200萬(wàn)噸，弱化了循環(huán)水熱濕排放對(duì)電廠(chǎng)周邊環(huán)境的影響，因此該技術(shù)推廣后的環(huán)境效益非常顯著。
結(jié)論及建議：
循環(huán)水供熱技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能環(huán)保效益突出，對(duì)于北京城區(qū)熱電廠(chǎng)更有著應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)，且完全符合當(dāng)前國(guó)家關(guān)于節(jié)能減排的方針政策，同時(shí)滿(mǎn)足北京市當(dāng)前對(duì)“清潔高效”能源的迫切需求，能有效的緩解北京市突出的供熱能源供需矛盾。在推廣應(yīng)用中，政府要加強(qiáng)引導(dǎo)，并給予強(qiáng)有力的政策支持與激勵(lì)機(jī)制做保障。應(yīng)通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與科學(xué)合理的規(guī)劃，盡快有序地實(shí)施推廣電廠(chǎng)循環(huán)水余熱利用技術(shù)。
緒論：盡管三十年來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，但是我們卻不得不面對(duì)這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)，當(dāng)下中國(guó)經(jīng)濟(jì)成果的取得一定程度上是以犧牲資源環(huán)境為代價(jià)換來(lái)的。由此產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性問(wèn)題以及越來(lái)越大的國(guó)際輿論壓力。“節(jié)能減排”政策方針正是基于我國(guó)面臨的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展因素、環(huán)境因素、國(guó)際政治因素而制定，是一項(xiàng)長(zhǎng)期堅(jiān)定不移執(zhí)行的國(guó)策。
北京是一個(gè)高耗能城市。隨著能源供需形勢(shì)的變化、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，為了確保北京能源發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)，保障首都經(jīng)濟(jì)社會(huì)安全，北京市制定了以改善環(huán)境質(zhì)量為基本出發(fā)點(diǎn)的能源規(guī)劃和政策，這些規(guī)劃和政策的實(shí)施有賴(lài)于大力發(fā)展高效清潔能源技術(shù)。
相關(guān)資料顯示，北京2004年建筑采暖用能占全市能源消費(fèi)量的17.3%。今后幾年新建采暖建筑面積的擴(kuò)大，北京冬季供暖能源需求將繼續(xù)增加。預(yù)計(jì)到2010
年建筑采暖能耗需求為1519
萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占北京市能源消費(fèi)總量的23.4%。目前北京五大熱電廠(chǎng)和熱力集團(tuán)所屬六個(gè)供熱廠(chǎng)的供熱能力都將達(dá)到極限，將滿(mǎn)負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行。而新建大型熱源投資高、建設(shè)周期長(zhǎng)，并受到城市環(huán)境容量的強(qiáng)烈制約。因此，開(kāi)展能源的高效利用和循環(huán)利用，是降低建筑采暖能耗的重要途徑。
目前北京熱電廠(chǎng)普遍采用大容量的抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，即使在冬季最大供熱工況下，也必須有占電廠(chǎng)總能耗10～20％的熱量由循環(huán)水（一般通過(guò)冷卻塔）排放到環(huán)境。圖1所示為高井熱電廠(chǎng)3＃機(jī)組在冬季最大供熱工況下的能流圖，可以看出仍然有19％的熱量由循環(huán)水排放到環(huán)境中。根據(jù)調(diào)研，北京并入城市熱網(wǎng)的四大熱電廠(chǎng)冬季可利用的循環(huán)水余熱資源量就達(dá)1000MW以上，遠(yuǎn)期規(guī)劃余熱資源量將達(dá)約1700MW。如果利用熱泵技術(shù)將這些余熱加以利用，僅僅考慮有效利用現(xiàn)有余熱量，就相當(dāng)于在不新增電廠(chǎng)裝機(jī)容量和不增加當(dāng)?shù)匚廴疚锱欧诺那闆r下，可新增供熱面積3000萬(wàn)平方米以上。同時(shí)節(jié)約大量因?yàn)檎舭l(fā)而損失的循環(huán)冷卻水；因此這是一種極具吸引力的城市集中供熱新形式。
循環(huán)水供熱系統(tǒng)技術(shù)方案：
由于正常情況下循環(huán)水的溫度比較低（一般冬季20～35℃），達(dá)不到直接供熱的要求，要用其供熱，必須想辦法適當(dāng)提高其溫度。中小型凝汽式汽輪機(jī)可以通過(guò)降低排汽缸真空從而提高循環(huán)水溫度（60～80℃）的方法進(jìn)行供熱，即低真空運(yùn)行循環(huán)水供熱，該技術(shù)在理論上可以實(shí)現(xiàn)很高的能源利用效率，國(guó)內(nèi)外都有很多研究和成功運(yùn)行的實(shí)例，技術(shù)已很成熟，特別在我國(guó)一些北方城市得到了廣泛的應(yīng)用與推廣。但傳統(tǒng)的低真空運(yùn)行機(jī)組類(lèi)似于熱電廠(chǎng)中的背壓機(jī)組，其通過(guò)的蒸汽量決定于用戶(hù)熱負(fù)荷的大小，所以發(fā)電功率受用戶(hù)熱負(fù)荷的制約，不能分別地獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)，即其運(yùn)行也是“以熱定電”，因而只適用于用戶(hù)熱負(fù)荷比較穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)。另外，機(jī)組低真空運(yùn)行須對(duì)機(jī)組結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改造，僅適應(yīng)于小型機(jī)組和少數(shù)中型機(jī)組，對(duì)現(xiàn)代大型機(jī)組則是完全不允許的。在具有中間再熱式汽輪機(jī)組的大型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，凝汽壓力過(guò)高會(huì)使機(jī)組的末級(jí)出口蒸汽溫度過(guò)高，且蒸汽的容積流量過(guò)小，從而引起機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)，危及運(yùn)行安全。
大型汽輪機(jī)組的循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度一般要求不超過(guò)33℃（相應(yīng)的出口溫度在40℃左右），如果供熱溫度在此范圍之內(nèi)，則機(jī)組結(jié)構(gòu)不需作任何改動(dòng)，且適應(yīng)于任何容量和類(lèi)型的機(jī)組。但目前適應(yīng)于該溫度范圍的供熱裝置只有地板低溫輻射采暖，因此其應(yīng)用范圍受到比較大的限制。因此，針對(duì)北京市目前大型熱電廠(chǎng)內(nèi)均為大型機(jī)組，不易改造的現(xiàn)狀，低真空運(yùn)行提高循環(huán)水溫度的方法并不具備大規(guī)模應(yīng)用的條件。
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“振威中國(guó)供熱展”狠抓效果贏發(fā)展
提高電廠(chǎng)循環(huán)水溫度用于供熱的另一個(gè)方法是采用熱泵技術(shù)，即以電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水為低位熱源、利用熱泵技術(shù)提取其熱量后向用戶(hù)供熱。電廠(chǎng)循環(huán)水與目前常用的熱泵熱源相比，具有熱量巨大、溫度適中而穩(wěn)定、水質(zhì)好、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)的熱泵熱源。以電廠(chǎng)循環(huán)水作為熱泵低位熱源進(jìn)行供熱，可以方便靈活的實(shí)現(xiàn)供熱量與用戶(hù)需求之間的“質(zhì)”與“量”的匹配，也不會(huì)對(duì)發(fā)電廠(chǎng)原熱力系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。因此電廠(chǎng)循環(huán)水源熱泵是回收利用電廠(chǎng)循環(huán)水余熱進(jìn)行供熱的一種較理想方式。
目前常用的熱泵裝置，根據(jù)驅(qū)動(dòng)能源的類(lèi)型分類(lèi)，主要有以熱能為驅(qū)動(dòng)能源的吸收式熱泵和以電能（或機(jī)械能）為驅(qū)動(dòng)能源的壓縮式熱泵。循環(huán)水供熱由于供回水溫差較小（為10～15℃左右），同樣供熱負(fù)荷下較城市熱網(wǎng)需要更大的管網(wǎng)投資和水泵電耗。因此循環(huán)水供熱的適用范圍為電廠(chǎng)周邊半徑3～5公里以?xún)?nèi)。理論上熱泵既可以設(shè)置在熱源端（電廠(chǎng)內(nèi)），也可以設(shè)置在用戶(hù)端。但從減少管網(wǎng)輸送熱損失和熱泵規(guī)格的角度考慮，熱泵應(yīng)盡量設(shè)置在靠近用戶(hù)端。循環(huán)水供熱系統(tǒng)基本方案如圖2所示，將熱電廠(chǎng)的循環(huán)冷卻水通過(guò)一次循環(huán)水管網(wǎng)輸送到設(shè)立在各個(gè)用戶(hù)處的熱力站，熱力站內(nèi)分別安裝有吸收式熱泵機(jī)組或者電動(dòng)壓縮式熱泵機(jī)組。電廠(chǎng)循環(huán)水在相應(yīng)的熱泵機(jī)組中放熱降溫后，返回電廠(chǎng)凝汽器吸熱升溫后再輸送到熱力站。如此循環(huán)往復(fù)地將電廠(chǎng)凝汽器余熱輸送到用戶(hù)熱力站，熱泵機(jī)組從循環(huán)水吸熱并加熱二次側(cè)熱媒，通過(guò)二次管網(wǎng)輸送到用戶(hù)處的采暖末端設(shè)備。
熱力站具體采用哪種形式的熱泵，需要結(jié)合電廠(chǎng)周邊用戶(hù)地區(qū)的能源供應(yīng)狀況而定。吸收式熱泵技術(shù)主要是采用高溫?zé)崴?20℃～130℃）、蒸汽（6bar）或天然氣驅(qū)動(dòng)，吸收電廠(chǎng)循環(huán)水的低位熱量，產(chǎn)生45℃～55℃的中溫?zé)崃坑糜诓膳?duì)于電廠(chǎng)周邊熱水網(wǎng)采暖的用戶(hù)以及具備燃?xì)饣蛘羝麠l件的用戶(hù)，可以將循環(huán)水通過(guò)管道引到熱力站，并在熱力站增設(shè)吸收式熱泵，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地區(qū)周邊的高效供熱，節(jié)約用能一倍以上。蒸汽或天然氣沒(méi)有到達(dá)同時(shí)電力容量不受限制的電廠(chǎng)周邊地區(qū)，可采用壓縮式熱泵技術(shù)回收電廠(chǎng)循環(huán)水熱量。壓縮式熱泵系統(tǒng)綜合能源利用率略低于吸收式熱泵，但是壓縮式熱泵的一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是占地小，設(shè)置靈活，可以設(shè)施在熱力站甚至是設(shè)置在住戶(hù)家中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備冬夏兩用，降低設(shè)備初投資。
北京市循環(huán)水供熱潛力分析：
表1分別給出北京市熱電廠(chǎng)現(xiàn)狀和規(guī)劃發(fā)電、供熱以及循環(huán)水余熱潛力的數(shù)量統(tǒng)計(jì)。如綜合考慮建筑采暖熱指標(biāo)45W/m2，考慮高位能量以及一定的調(diào)峰容量，現(xiàn)狀循環(huán)水供熱潛力可實(shí)現(xiàn)3000～4000萬(wàn)平米的供熱面積，規(guī)劃循環(huán)水供熱潛力可實(shí)現(xiàn)6000～7000萬(wàn)平米的供熱面積。
北京的熱電廠(chǎng)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，周邊的負(fù)荷密度很大，像國(guó)華，鄭常莊這樣的熱電廠(chǎng)，供熱半徑3公里范圍內(nèi)的熱負(fù)荷，就足以使循環(huán)水供熱發(fā)揮優(yōu)勢(shì)了。
循環(huán)水供熱成本分析：
循環(huán)水供熱節(jié)能環(huán)保分析以下對(duì)熱水型吸收式熱泵、蒸汽型吸收式熱泵、電動(dòng)壓縮式熱泵等不同循環(huán)水供熱方式與傳統(tǒng)的燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t及城市熱網(wǎng)供熱的能效和能源成本進(jìn)行比較，如表2所示?？梢钥闯?，采用吸收式熱泵提取循環(huán)水熱量供熱成本接近于熱網(wǎng)和燃煤鍋爐房；而采用電動(dòng)壓縮式熱泵提取循環(huán)水余熱供熱成本明顯高于燃煤鍋爐房，但遠(yuǎn)低于燃?xì)忮仩t房的供熱成本。
循環(huán)水供熱節(jié)能環(huán)保分析：
假設(shè)按照40％余熱采用電動(dòng)壓縮式熱泵利用，其余60％采用吸收式熱泵利用的方案。以北京市現(xiàn)有循環(huán)水余熱量為計(jì)算依據(jù)：整個(gè)采暖季實(shí)現(xiàn)供熱量1859萬(wàn)GJ，回收循環(huán)水余熱約943萬(wàn)GJ，共計(jì)消耗電能29935萬(wàn)度，消耗蒸汽量為320.7萬(wàn)噸，將該種方式與相同規(guī)模的燃煤鍋爐房和燃?xì)忮仩t房比較。由于三個(gè)方案所消耗的能源種類(lèi)不同，為了能夠進(jìn)行統(tǒng)一比較，需折算成同一種能源。北京市采用循環(huán)水供熱后年采暖節(jié)能量如表3所示。
相對(duì)與燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t房，現(xiàn)狀循環(huán)水余熱供熱全部利用后，每年可以節(jié)約標(biāo)煤33.9萬(wàn)噸或節(jié)氣2.76億立方米；而規(guī)劃的循環(huán)水余熱全部利用后，每年可以節(jié)約標(biāo)煤49.5萬(wàn)噸或者節(jié)氣4.04億立方米。同時(shí)，考慮現(xiàn)狀循環(huán)水余熱全部利用，一個(gè)采暖季提取循環(huán)水余熱943萬(wàn)GJ，每年可以減少的循環(huán)水蒸發(fā)損失1000～1200萬(wàn)噸。
本文主要通過(guò)對(duì)比各種污染物的排放量來(lái)評(píng)價(jià)不同供熱采暖方式的環(huán)保效益。主要的污染物有煙塵、SOx、NOx、CO2。循環(huán)水供熱方案中消耗的蒸汽屬于電廠(chǎng)原供熱能力的一部分，因此也不會(huì)額外增加北京市的當(dāng)?shù)匚廴疚锱欧?。根?jù)一個(gè)采暖季供熱耗能量，可計(jì)算得到因采暖而造成的污染物排放總量見(jiàn)表4。
可以看出，相對(duì)于燃煤鍋爐房，每年將減少CO2排放880507噸，減少SOx排放12918噸，減少NOx排放3830噸，減少煙塵排放5042噸；相對(duì)于燃?xì)忮仩t房，每年將減少CO2排放586672噸，減少SOx排放3噸，減少NOx排放334噸。另外因熱泵對(duì)循環(huán)水的冷卻作用可減小冷卻塔負(fù)荷，每年可減少電廠(chǎng)循環(huán)水蒸發(fā)損失1000～1200萬(wàn)噸，弱化了循環(huán)水熱濕排放對(duì)電廠(chǎng)周邊環(huán)境的影響，因此該技術(shù)推廣后的環(huán)境效益非常顯著。
結(jié)論及建議：
循環(huán)水供熱技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能環(huán)保效益突出，對(duì)于北京城區(qū)熱電廠(chǎng)更有著應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)，且完全符合當(dāng)前國(guó)家關(guān)于節(jié)能減排的方針政策，同時(shí)滿(mǎn)足北京市當(dāng)前對(duì)“清潔高效”能源的迫切需求，能有效的緩解北京市突出的供熱能源供需矛盾。在推廣應(yīng)用中，政府要加強(qiáng)引導(dǎo)，并給予強(qiáng)有力的政策支持與激勵(lì)機(jī)制做保障。應(yīng)通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與科學(xué)合理的規(guī)劃，盡快有序地實(shí)施推廣電廠(chǎng)循環(huán)水余熱利用技術(shù)。
