江亿：发电和工业余热实现北方城镇清洁供热(2)

此外，冬季北方受枯水期限制和避免黄河冰凌的影响，水力发电能力大幅下降，也需要额外1亿千瓦火电来补充冬季水电的不足。这样，我国北方冬季应有5亿千瓦以上的火电和核电运行，才能在大比例发展风电、光电、水电的前提下满足未来的电力供应，大于供热所要求的4亿千瓦火电的装机容量。

然而，这些冬季按照热电联产方式运行的火电和核电必须同时承担电网的快速峰谷调节任务，而不能按照传统的“以热定电”模式运行。当进入电厂的热网回水温度低于20℃后，通过在电厂设大容量的蓄热装置和电动热泵，可以在需要发电时全功率发电，用蓄热罐的热量供热，并蓄存发电余热；而在电力需求低谷期最大量抽气，并开启大容量电动热泵，提升电力高峰期蓄存的低品位余热。通过工艺流程优化，可以使热电厂全天的综合热效率高于95%，输出电力在35%~100%范围内快速调节，而全天输出电力与输出热量之比不低于45%。

对于沿海修建的核电和火电，还可以进一步利用发电余热进行海水淡化，从而通过改变抽气量、蓄热量和使用电动热泵提升低温余热的品位，在全年都可实现大范围的电力峰谷调节和高效余热利用。北方沿海地区同时也是淡水资源匮乏区，热、电、水联产可以实现全年的电力灵活调节和余热的充分利用。

多热源联合供热是大势所趋

我国北方90%的县以上城镇都已建成较完善的城区供热管网，这是发展余热供热的必备条件，在世界上绝大多数发达国家都不具备。具体考察北方各县以上城镇地理位置，可发现80%的城镇都可以在100公里半径的范围内找到足够的具有潜在可利用的余热资源。当把输送距离提高到150公里时，则热源与热负荷的匹配度高于90%。

采用低回水温度技术，热量输送的经济距离可增长50%。同时，单位热量的输送成本也随容量增大而下降，单位热量管道热损失亦与管径成反比，输送5000兆瓦热量的管网的经济输送距离是500兆瓦热量管网的3倍。实现大温差输送，输送容量达几千兆瓦，经济输送距离是常规温差、容量为几百兆瓦管网的4~5倍。

自上世纪80年代起，我国建设了不少输送距离达30~40公里的热网，至今仍在安全运行。由此，采用大温差和大容量技术，可接受的输送距离就是100~150公里，目前北方大多数城镇在这个半径内都可以找到与建筑规模相匹配的热电联产或工业余热热源。近年来，我国已在太原、银川、石家庄等地相继建成40~60公里的大容量长距离热网，其建设和运行实践也证实了这一点。目前又有多地正在规划、设计、和建造规模更大、距离也更长的热网，并都将在未来2~3年内完工投运。

冬季供热是重要的民生工程，以单一的工厂或电厂为热源为一个区域供热，很难达到高安全高可靠。实现区域大联网，多个热源联合供热，再加上终端的天燃气调峰，就可以实现多源互补、优化运行，保证系统的可靠与安全。

完善地建成覆盖北方大多数城镇的区域热网，全面采集各种余热资源，相互补充，并实现发电、调峰、供热、供气之间的协同，这将是在低碳的要求下我国未来城市能源系统的最适模式。这需要统一规划，分散建设，在中央统一规划协调下发挥地方的积极性、依靠市场机制调动逐步实施，还需要相应制定合理的定价机制，均衡热、电、气价格，并充分考虑各种调峰对系统的贡献。（作者系中国工程院院士）