能源转型背景下的新型供热系统构建--中国期刊网

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能源转型背景下的新型供热系统构建

发表时间：2021/9/6 来源：《中国科技信息》2021年9月下作者：马新厂

[导读] 能源转型背景下，能源呈现多元发展的态势，新兴能源持续替代传统能源，清洁能源成为我国未来能源增量的主体。供热能源逐步向多元、低碳、可持续方向转变，驱动供热系统的转型升级。

青岛新奥新城燃气工程有限公司马新厂山东省青岛市城阳区 266109

摘要：能源转型背景下，能源呈现多元发展的态势，新兴能源持续替代传统能源，清洁能源成为我国未来能源增量的主体。供热能源逐步向多元、低碳、可持续方向转变，驱动供热系统的转型升级。文章将深入研究各类清洁能源的特点，在此基础上提出能够适应多元清洁能源接入的分层分区新型供热系统的总体结构，为城市供热规划提供借鉴思路。
关键词：能源转型；新型供热系统；清洁能源
        引言
        城市供热作为中国市政公用事业中的一部分，是中国城市经济建设和城市化发展建设事业的基础工作之一，是直接关系到社会公共利益、影响人民群众生活质量及城市经济和社会可持续发展的关键因素，是城市赖以生存和发展的基础，因此，对其管理的重要性不言而喻。为使中国城市供热系统管理的体制不断优化，提高供热质量以保障民生，对城市供热系统管理的改进措施进行了探索。
        1供热系统管理的内涵
        1.1含义
        从城市热源，以蒸汽或热水为介质，经供热管网向全市或其中某一地区的用户供应生活和生产用热称城市集中供热，也叫区域供热，它是城市能源建设的一项基础配套。而城市供热系统管理则是城市人民政府有关部门按照各自的职责，协同供热主管部门对城市集中供热建设、运行、维护过程进行管理，以保证城市供热更加安全、科学、经济、高效地运行。
        1.2工程管理意义
        城市供热是一种新型的区域集中供热方式。它具有很多优良特性，因此被中国北方城市广泛应用。城市集中供热系统管理的优良特性及意义。供热还具有维护简单、管理成本低、供热效果好等诸多优势，无论是在设计、施工安装还是运行过程，均需要系统性管理。管理人员工作水平对集中供热系统的社会与经济利益有直接影响。因此，有针对性且科学合理地对城市供热系统进行管理具有重要意义。
        2城市供热系统问题
        2.1能源消耗大
        目前，中国城市供热虽然在不断发展，但其供热质量却没有明显提高。供热系统调控设备的运行缺乏更高的质量和水平是该问题的主要原因，同时单管供热的设计会使不同楼层出现供热不均等现象。热网主要能量损失为：a)一次网和二次网损失。主要为跑冒滴漏和散热损失。b)换热站间不均匀损失。为保证最冷的换热站温度要求而造成的其他用户供热温度过高的损失。c)楼宇间不均匀损失。同一换热站中为保证最冷的楼宇的供热温度要求，而造成其他楼宇供热温度过高的损失。
        2.2运行管理不足
        目前国内各供热企业技术管理参差不齐，供热专业的人才储备不足，缺乏供热相关的标准规范。供热管理平台不够完善，部分供热设备老旧，安全性差，效率较低。供热管理职能和制度建设上有待提高。在城市集中供热系统运行时，管理工作也不可或缺，在进行运行管理的过程中常见水力失调的问题。用户端冷热不均，换热站自控效果未充分发挥，负荷调节曲线不准确，热负荷未实现实时调节，即因没有切实有效的调节设备导致热用户达不到预期的调节效果，并可能出现明显的资源浪费。
        3清洁供热能源及其供热形式研究
        3.1太阳能
        太阳能是一种分布广泛、零污染的能源，具有能流密度低及不稳定的特点。太阳能供热系统利用太阳能集热器吸收热能，经转换分配后为用户供热，由于太阳能间歇性的特征通常需要设置辅助备用热源及蓄热系统。根据蓄热系统形式可分为短期蓄热供热系统及季节蓄热供热系统，其中短期蓄热供热系统仅储存数天集热量用户供热。集热器一般安装在建筑物屋顶等，供热及蓄热规模均较小，设施占用空间相对较小，宜靠近用户端应用。

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季节蓄热供热系统利用全年太阳能热能为用户供热，可作为主力热源，集热器通常安装在地面或街区相邻建筑屋顶。每平方米集热器可供应的建筑面积约为短期蓄热系统的4倍～7倍，对应的贮热水箱（池）的容积为其数十倍。供热规模及储热设施容积均较大，需占用较大空间，投资较大。集热器规模越大，单位集热器成本越低，建议推广大型季节蓄热供热系统。
        3.2中深层地热
        中深层地热能蕴藏于中、新生代沉积盆地中的地下热水中（埋深通常在3000m以内），具有热流密度大、热物参数稳定的优点，能够连续供能，可作为供热系统的主力热源。我国中深层地热供热的主要方式为水热型地热供热，通过抽取地下水换热的方式提取热量。开采过程中要求地热水同层回灌，否则将引起地下水位下降及地面沉降等问题，因此需要严格监管。中深层地热单井供热面积约为10万m2～30万m2，适宜作为街区供热系统热源，为地热资源可开采地区的用户供暖，由于打井初期投资较高，实际运行中一般用于解决基础负荷需求，深冷期通常采用其他方式进行调峰。
        3.3风能
        风能具有蕴藏量大等优点，但与太阳能一样能流密度较低，稳定性较差。与风能发电相比，风能供热发展较为缓慢，尚处于技术研发阶段，目前主要的研究方向为风力致热。风力致热将机械能直接转换为热能，较风电供热，能够减少能源转换过程中的能量损失，能源转换效率更高，是一种有前景的风能利用技术。研究较多的三种形式有液体搅拌致热、液体挤压致热和电涡流致热，但技术仍不成熟，存在制热效果不佳、效率低等问题。受风能资源分布、噪声、景观等的影响，风能供热项目宜与城区保持一定距离，未来可探索风力资源较为丰富的三北地区及沿海地区，采用长输热网的形式将风能转换的热能输送至城区作为集中热源。
        4分层分区新型供热系统构建
        4.1城市供热系统
        城市供热系统统筹收集转换市（县）域范围的资源为城市供热，设置城市供热站，满足工业余热、风能等距离城市较远、需要规模化利用能源的接入需求。供热站一般设置工业余热回收利用设施、风力致热设施等，通过高温热水管网向下级供热站输送热能，供能面积通常在200hm2以上。为提高经济性，建议采用大温差长输热网输送热能。
        4.2街区供热系统
        街区供热系统设置街区供热站，作为街区供热分区的热源，调节转换来自区域供热站的热能，并能满足中深层地热、小型污水处理厂余热、分散工业余热等适宜相对集中利用的本地能源的就近接入。供热站一般设置中深层地热取用设施、污水源热泵、工业余热回收利用设施、换热设施等，通过低温热水管网向下级供热站输送热能，供能面积宜控制在50万m2以内。在普遍层高较低，且屋顶面积充足的街区，太阳能以及负荷较小、具备大量空地可埋管的浅层地热可接入此级供热站。酒店、医院、商业等楼宇群的街区供热站可设置天然气分布式能源系统。
        4.3用户供热系统
        用户供热系统设置用户供热站，作为用户供热分区的热源，接收来自街区供热用户站的热能，并能满足集中供热系统用户接入和浅层地热、太阳能、电能等适宜靠近用户端应用能源的就地转换利用。供热站一般设置分集水器、土壤源热泵、小型太阳能供热设施、小型蓄热式电锅炉等，供能面积宜控制在10万m2以内。供热站通过低温热水为用户供热。
        结束语
        文章总结了多种清洁供热能源对应供热方式的特点，并分析研究了各类供热方式的适用场景，提出了支持多元清洁能源分层分区接入的新型供热系统的构建思路。但仅从供热能源转变的单一角度研究新型供热系统变革方向，具有一定的局限性。
参考文献
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[3]高祯，丁昀，王飞等.风制热技术发展及在分散式建筑供热中应用可行性探讨[J].节能，2019，38(12):33-36.