青岛新旧动能转化背景下清洁能源供热设计研究

苏若海

（新地能源工程技术有限公司设计分公司，山东 青岛 266400）

0 引言

紧跟新旧动能转换的时代步伐，对促进和加快我国经济社会转型发展具有重要意义。伴随着新旧动能转化的持续推进，新技术、新产业层出不穷。能源行业率先低碳转型、优化升级，是新旧动能转换的具体体现，也是行业发展的必然之路。因此，如何在保证稳定可靠的能源供应的基础上，实现清洁能源供热成为当前研究的重点。

青岛位于山东半岛东南部，东临黄海，具有明显的北方海滨城市气候特色，初冬到晚春温度一直较低。青岛地区供热季是从每年的11 月中旬到次年4 月初，供热周期比较长，集中供热是最经济的方法。与北方城市一样，青岛居民目前对冬季热源的需求较高，对舒适温暖的居住环境的质量要求也越来越高。青岛现有27 家供热单位，50 个热源点，3054 个换热站，供热管网总长度达到了1.27 万km，集中供热面积3.1 亿m2。

1 现阶段清洁能源供热技术手段

（1）天然气供热：天然气供热主要有天然气锅炉、热电联产系统和天然气热泵等方式。天然气锅炉以天然气为燃料供热；热电联产系统利用煤炭燃烧发电过程中产生的热量，加热循环水，并通过供热循环系统实现热力输送，充分利用能源，从而实现远远高于燃气锅炉的能源梯级利用率。天燃气热泵通过燃烧天然气，利用四通阀门收集环境热量，通过循环水系统实现热量供给。

（2）电锅炉供热：电锅炉通过电热之间的相互转化供热，直接释放热量或通过管道中的热介质进行热量循环。电锅炉供热具备环保、清洁、方便的优势，其供热应用历史悠久，种类繁多。因电能来源广泛，以及电锅炉的环保优势，得到我国政府的政策扶持，进而加速了电锅炉的技术迭代与更新。

（3）多源热泵供热：多源热泵通过压缩机将热量传递到热介质中，以提高热能水平，满足供热需求。近年来，中国在这一领域取得了极大进步。然而，与其他国家相比，我国核心机械部件的工艺水平有待提高，业内相关核心组件也往往采用进口的形式，这些问题限制了该技术在我国的广泛应用。

（4）废热供热：工业生产过程中产生的余热、废热也可以作为清洁能源供热的热源。废热供热往往采用在空压机等设备产生废热部分加装散热与水循环装置等手段，实现热量梯级供给，对废热的利用也成为相关行业的研究热点。

2 新旧动能转化背景下清洁能源供热存在问题

随着信息技术的快速发展与环保标准的不断完善，城市供热呈现分布式发展趋势，许多清洁能源如空气源热泵、地源热泵、电蓄热、电加热瓦等。热量和能量储存技术层出不穷，见表1。

表1 供热方式初始投资与成本对比

虽然清洁能源具有其自身优势，但是由于相比较传统供热方式，清洁能源存在初始投资高、综合供热成本高等问题。此外，受制于相关研究不够深入，清洁能源利用技术不够成熟等问题，往往存在供热效果不好，设备维护成本高等现象，极大地影响了清洁能源的推广。

表3 供热方式污染排放及综合能效比对比

表2 青岛市典型供热单位信息表（数据来源于青岛市城市管理局）

表2 为青岛市比较典型的供热单位，可以看出，现阶段青岛的主要能源仍为煤炭。作为典型的北方供热地区，青岛目前的供热方式主要是中小型热源厂热电联产，清洁能源占比严重不足。现有的热源主要依靠50 个火力发电厂和热源厂；另外，伴随着青岛市经济社会条件的高速发展，居民冬季对供热要求也呈现逐年递增的趋势，供热量与供热能效比急待提升。为实现新旧动能转换目标，引入清洁能源供热技术，提高供热能效比，降低污染排放量，成为青岛供热系统急需解决的问题。

3 清洁能源供热设计研究

3.1 大型机组改造热电联产与天然气供热技术

可酌情分析青岛现有锅炉站点与换热站点，筛选出附近具有天然气资源，或便于天然气接入的场地，通过利用现有锅炉厂房等辅助设施，合理安装水泵、风机等设备，实现大型机组改造热电联产，还可将燃煤锅炉改造为燃气锅炉。经实践，该项改造技术成熟，改造项目较少，不仅安全可靠，而且不会造成二次污染。此外，锅炉煤改气，还具有投资少的特点。

3.2 电锅炉供热技术

通过改造现有锅炉房、厂房辅助设施等资源，建设电阻锅炉、电磁锅炉及电极锅炉等。因锅炉设备改造投资大，资金回收周期长，实际操作工程中，可因地制宜，分片实施。另外，由于电锅炉供热技术大量采用电气化设备，应用过程中可引入先进自动控制系统，通过计算机自动调节相关参数，减少人工干预，从而降低系统运营成本。

3.3 多源热泵供热技术

可将现有锅炉并联空气源热泵。实践发现，初冬时节空气源热泵的效率较高。而当室外温度低于0℃时，则应采用燃气锅炉供暖，烟气余热回收系统应与燃气锅炉联合使用。结合运营数据，整个供暖季空气源热泵提供六成的热量，燃气锅炉提供四成热量，可获得3～5 倍于输入功率的节能回报，提高了锅炉热效率。另外，根据中国地质调查局调查资料，青岛地区地热资源丰富，若能充分利用深井地热，将极大地缓解青岛地区供热压力。

3.4 其他余热利用

工业生产过程中，考虑电厂冷却设备、空压机等大型机械产生废热部位增设换热器，安装水泵，利用工业废热加热循环水，实现将空压机余热通过循环水供热。

除上述技术外，还可结合青岛供热季风能充足等特点，探索风能发电供热、对建筑进行节能改造、利用高效储能系统实现太阳能—电能—热能转换、开发清洁煤和酒精基燃料等方式，积极拓展能源资源，利用各类高新技术，切实贯彻新旧动能转换思路，满足居民供热需求与环保要求

4 结语

新旧动能转换这一时代命题为供热行业转型升级提供新思路、提出新要求。传统供热方式能耗高、污染严重，青岛作为北方典型的集中供热城市，如何结合新旧动能转换的背景，发展高效、清洁、环保的供热方式，值得进一步探索。