传统供热主要是燃煤供热,是北方地区冬季大气污染的主要来源之一。近年来,根据节能减排和大气污染治理的需要,我国诸多地区正在调整能源结构。在供热领域,可供选择的能源方式主要包括电直热、电储热、热泵、地热能利用、低品位工业余废热利用和天然气等。

一、电直热是利用即通即热产品直接将电能转换为热能的供热形式

产品主要有发热电缆、电热膜、碳纤维、碳晶板、油汀、电锅炉等,其热效比不超过1。

主要优点:一是使用过程中环保无排放;二是使用时间、地点、规模不限,单间、单户、整栋建筑均可使用,特别适合低温采暖的库房、车间,有寒假的学校等远离热网和没有其他热源的区域;三是可调控性好,适于小区智能供热管理;四是可靠性高,电气设备和线路日常维护简便费用低;五是计量准确,特别有利于用户行为节能,方便收费管理。

主要问题:一是电网问题,供热耗能负荷巨大,季节不平衡;二是费用问题,运行费用而且完全取决电价,一般高于传统供热方式;三是能效问题,能效比较低。

二、电储热是将谷电或弃风弃光电转换成热能储存起来,通过交换装置全天24小时连续释放供热

目前产品有小到单间房屋使用的储热式电暖器,也有模块式任意规格组合的电储热锅炉。电储热具备电直热的所有优点,还可以消化低谷电和弃风弃光电,有利于解决采暖季节电网电力平衡问题,也降低了供热用电成本。

三、热泵技术是经过电力驱动压缩机使热媒反复相变,将周围环境中的低温热能转变成高温热能,以实现供热的技术

根据提取能量的环境不同,热泵可以分为空气源热泵、污水源热泵、水源热泵和土壤源热泵等。热泵实质上是一种热量提升装置,热能是从环境中提取的,电能主要消耗在驱动压缩机的过程中,因此,热泵技术除了具有电热采暖的全部优点外,最大的优点是极大地提高了能效比,通常可达3倍以上。

按照技术特点,不同热泵的使用都有一定的限制条件:空气源热泵受地区气温变化影响较大,热泵设备的选择非常关键,必须充分考虑地区气温适用范围;污水源热泵主要受污水量限制,供热面积有限;水源热泵需要打井并且进行回灌,容易造成地下水污染和水资源管理失控;地源热泵虽然不影响地下水,但是打井多,占地面积大,建设投资大。另外,水源热泵和地源热泵多年使用后,很容易发生地温平衡被破坏的情况,效能递减,目前已有许多热源井报废的案例。

四、地热能供热指提取地壳米以上深处的热能用以供热

地热能是绿色环保可再生能源,安全可靠,无污染排放,热效率高,运行成本低。适合在热负荷附近钻井取热换热,实现分布式供热,无需建设长距离供热管网,城市基础设施建设投资低,运行可靠性高。

主要问题:一是受区位因素限制强,在热负荷附近必须有地热能分布;二是必须做到取热不取水,保护地下水资源;三是必须统筹协调,开展地热资源勘探,编制地热能综合利用规划,提高地热能利用效率,避免资源破坏。

五、工业余废热供热是回收工业生产过程中产生的低品位余热或废热用以供热

工业余废热广泛地分布在钢铁、化工、发电、造纸、纺织等行业。我国工业余废热消耗占能源消耗比例达7.3%,利用率不足35%,利用潜力巨大,是节能减排主要对象。

主要问题:受生产工艺制约,工业余废热不稳定、不集中,供热可靠性差。不同的生产工艺,要有针对性地设计余废热回收系统。工业余废热利用,属于被动利用,区位特点明显。

六、燃气供热是燃烧天然气等可燃气体加热水用以供热的方式

燃气壁挂炉适用于单户直接供暖,计量方便,有利于行为节能。燃气锅炉适合于小区锅炉房,便于小集中分布式供暖。燃气锅炉也可模块式组合使用,做为大型热源厂的备用锅炉。燃气供热适合于任意规模供热,大气污染物排放少、热效率高,建设周期短。

主要问题:天然气管网覆盖是使用的前提条件,热价主要取决燃气价格,运行成本高;京津冀地区气源总体不足,季节用量严重不平衡,采暖季节气源更为紧张;天然气是化石能源不可再生,燃烧时产生大量的氮氧化物,也有污染物排放。

七、煤炭清洁燃烧技术是改善煤炭使用方式,改进燃煤设备,增加除尘脱硫脱硝装置,以实现煤炭清洁燃烧供热

煤炭清洁燃烧技术可按阶段划分为燃烧前净化洗选、燃烧中净化燃烧和燃烧后净化排放:

燃烧前采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法,除去或减少灰分、矸石、硫等杂质;或加入石灰固硫剂把散煤加工成型煤,降低二氧化硫和烟尘排放;

燃烧中采用煤粉炉,改进锅炉窑炉结构和燃烧方式,减少二氧化硫和氮氧化物排放量;采用循环流化床降低燃烧温度减少氮氧化物排放量,煤中添加石灰减少二氧化硫排放量;

燃烧后采用静电除尘器消烟除尘,喷淋石灰浆水除去烟气中的二氧化硫,喷淋氨水并催化除去烟气中的氮氧化物。目前煤炭洁净燃烧技术日趋多样和成熟,改造成本逐步降低。

八、其他清洁能源供热技术

除了以上清洁能源供热技术之外,目前还有许多尚处在研究和实验阶段的清洁能源供热技术和方案,主要包括太阳能供暖方案、干热岩技术、深水井式核供热技术和生物质清洁燃烧技术。

太阳能供热水目前已广泛应用,太阳能热水供暖因采暖期阳光最弱,不能直接连续供暖,需要其他能源辅助加热,太阳能利用率低。占用面积大也是其主要弊端。因此太阳能供热技术有待进一步研究。

干热岩是地壳深处~0米的高温岩体,储热量巨大,如没有基岩裂隙结构,也就没有地热水,但可以通过钻井设置换热装置提取干热岩中的地热能用以供热。目前西安、延安、沧州等地已有建成的案例。

深水井式核供热技术是采用常压池式核反应堆输出低温热水的核能供热技术。其主要装置是在水井深处放置反应堆堆芯,核反应把水加热到约90℃,经过两次换热输出低温热水约70℃,输送到供热管网。运行费用大约是燃煤供热的1/4,没有大气污染物排放。它与核电站反应堆不同,池内大量的水可充分冷却堆体,常压运行,经过两次换热,产生核泄漏风险极低,是一种十分安全的核能利用方式。国家核安全局已对常压池式(也称深水井式)核供热技术的安全可靠性,给予了“技术完善,系统安全可靠,具备建造条件”的评价。

通过分析和对比,我们将供暖方式分为两类:一是直接利用一次能源,主要是燃烧直接供热,包括燃烧煤炭、天然气等矿物质和生物质;二是利用二次能源电能供热,包括电热采暖和电能驱动设备提取环境热能、工业和生活余废热、地热能等。清洁能源供热方式多种多样,适合于不同的供热需求,应当科学合理选择供热方式。

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