700 MW电厂高低品位热源利用探讨

江建平， 彭新科， 张 建， 喻 群

(1. 国家电投集团江西电力有限公司，南昌 330096；2. 国家电投集团江西能源销售有限公司，南昌 330096)

目前，我国主要依靠火电厂提供电能，而火电厂的效率较低，其主要的热损失集中在排烟热损失、循环水热损失等方面。笔者通过综合智慧能源技术方法对电厂高低品位热源进行技术经济分析，利用管网系统向一定区域内的建筑群供冷供热，以提高能源利用效率，充分利用峰谷电价发挥综合智慧能源的优势[1]。

1 技术方案

某供冷供热项目总供能面积为1 261.92万m2，设计供冷负荷为504.77 MW，设计供热负荷为315.48 MW，主要负荷是夏季供冷冷负荷与冬季供热热负荷，夏季供冷时间为135 d，冬季供热时间为90 d，目前尚未实行区域供冷供热。

该项目供冷供热系统由电厂、能源站、市政冷/热管网、换热间(板式换热器)、计量仪表、用户端等组成。能源站与电厂的距离约为6 km，电厂满负荷下循环水质量流量为9.3×104～13.9×104t/h，可以作为区域能源站冬季供热的低温热源。

通过调研技术路线及优化设计，最终采用3种方案进行比选。

1.1 方案一

方案一为提取低品位热源的余热作为水源热泵的热源进行区域供能。方案一能源站的工作流程见图1。

图1 方案一能源站的工作流程

夏季利用水冷冷水机组与水源热泵机组制备空调冷水，并且可回收部分水冷冷水机组的冷凝热制备生活热水；冬季以电厂低品位循环水(温度为25～30 ℃)作为余热热源，将从凝汽器出来的循环水经水泵增压后送至能源站，经换热后再送回电厂，所供热水经过水泵增压后进入水源热泵机组冷凝器侧进行升温后送至用户。由于热源温度较为稳定，能保证系统制热时的高效稳定运行，系统制热系数可达3.5～5.0。

1.2 方案二

方案二为提取电厂高品位蒸汽的热量进行区域供能。方案二能源站的工作流程见图2。能源站空调冷水制备系统主要包含3个系统，分别为蒸汽溴化锂吸收式制冷机组串联离心式冷水机组系统、冷却塔系统，以及能源站和用户之间的空调冷水管网系统。能源站空调热水制备系统主要包含2个系统，分别为汽水换热机组和空调热水管网系统，以及空调冷水和空调热水共用输送管网系统。

图2 方案二能源站的工作流程

该方案使用的高品位蒸汽作为高温热源，蒸汽的压力为 0.5～0.8 MPa、温度为270～320 ℃。利用蒸汽溴化锂吸收式制冷机组串联离心式冷水机组在夏季制备空调冷水，利用汽水换热机组为主的制热系统在冬季制备空调热水[2]。经过换热器换热，将蒸汽的热能转换为水的热能。为提高能源利用率、实现能源梯级利用，能源站设置蒸汽凝结水热回收系统来制备热水。

1.3 方案三

方案三为同时提取电厂高品位蒸汽与低品位循环水的能量进行区域供能。方案三能源站的工作流程见图3。和方案二一样，方案三在夏季直接利用电厂高品位蒸汽及电能[3]，通过蒸汽溴化锂吸收式制冷机组串联离心式冷水机组制冷。能源站空调冷水制备系统主要包含3个系统，分别是蒸汽溴化锂吸收式制冷机组串联离心式制冷机组系统、冷却塔系统、空调水管网系统。能源站空调热水制备系统主要包含2个系统，分别是水水换热机组和空调水管网系统，以及空调冷水和空调热水共用输送管网系统。

图3 方案三能源站的工作流程

电厂余热回收的具体原理见图4。该方案同时利用电厂高品位热源及低品位热源，以压力为0.5～0.8 MPa、温度为270～320 ℃的抽汽作为热源，利用吸收式热泵回收电厂循环水的余热，用来制备70 ℃热水，再经过汽水换热机组，用高品位蒸汽对70 ℃热水进行进一步加热至110 ℃，以制备高温热水，然后将经过水水换热器换热后的50 ℃热水返回吸收式热泵。

图4 电厂余热回收的系统流程

2 方案比较及分析

对3种方案在相同边界条件(见表1)下进行技术经济分析，比较内容包括3种技术方案的运行方式、优缺点、供热水温度、占地面积(包括能源站面积)、效率等，得到3种方案的经济性比较结果(见表2[4])。

表1 边界条件

表1(续)

表2 3种方案的经济性比较结果

方案一效率高、占地面积小，经济性最好，并且系统简单、节能、技术成熟、调节灵活；方案二效率较高、占地面积小、系统简单、设备管道少，但是经济性较差、可调性差；方案三效率较高，但是系统复杂、占地面积大、总投资较大。最终选择方案一作为区域供能的实施方案。

将电厂循环水输送至各能源站，冬季利用水源热泵机组制热，夏季利用水冷冷水机组制冷，再通过二级管网将冷/热水输送到各业态用户。各能源站均设置储能罐进行削峰填谷。采用方案一后，节能率在20%以上，综合能源利用率在80%以上，减排温室气体40%以上。经测算，工程全投资财务内部收益率(税后)在10%以上，资本金财务内部收益率(税后)在15%以上。

3 结语

针对某供能项目，提出3种热源利用方案，并针对3种方案的特点和经济性进行比较，得出的主要结论为：

(1) 方案二和方案三的综合供能价格分别为方案一的116.3%和107.6%，因此方案一的总投资和成本最低、收益最好。

(2) 方案一利用电厂循环水作为低品位热源，既能够很好地满足用户对于冷/热的需求，又提高了能源的利用效率。

方案实施后，拟采用附近某电厂作为热源点，不新建热源点，因此不会新增大气污染物；同时，可取缔现有小锅炉，采用集中供冷/热的方式，其环保效益和经济效益明显。该方案能满足区域冷热负荷的需求，改善周边环境和空气质量。若配套建设屋顶光伏、储能、充(换)电系统，能够充分展现智慧能源项目综合效应。