大氣污染防治與碳達峰碳中和發(fā)展要求下，我國實(shí)施嚴控新增煤電的發(fā)展戰略。在此背景下，一方面，火電廠(chǎng)正逐漸轉型為調峰電站，為可再生能源發(fā)電讓路或提供必要保障，也使得供熱電氣化成為未來(lái)發(fā)展大勢；另一方面，近年來(lái)各地紛紛加大了火電純凝機組和熱電聯(lián)產(chǎn)機組技術(shù)改造力度，將純凝火電改造為熱電聯(lián)產(chǎn)并回收余熱熱量成為未來(lái)熱電聯(lián)產(chǎn)的主要發(fā)展模式。

但在熱電聯(lián)產(chǎn)機組“以熱定電”的運行模式下，尤其是在冬季用電高峰時(shí)期，電、熱矛盾愈發(fā)凸顯。熱電機組若發(fā)揮最大供熱能力，發(fā)電出力不可調節；若為了滿(mǎn)足電力調峰需求而降低發(fā)電出力，供熱能力則隨之下降。

有沒(méi)有既滿(mǎn)足電力調峰需求，又能有效保障熱網(wǎng)供暖的方法？談及這一話(huà)題，近日，清華大學(xué)建筑節能研究中心付林教授在接受本報記者專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)“開(kāi)”出了發(fā)展熱電協(xié)同集中供熱新模式的“藥方”。“熱電廠(chǎng)必須改變現有運行模式，走熱電協(xié)同之路，如此既可以按照改造前純凝電廠(chǎng)的方式承擔原有的發(fā)電調峰職責，又不降低電廠(chǎng)的供熱能力，可謂一舉兩得。”

電廠(chǎng)既供熱又調峰難兼顧

現行改造手段高能低用弊端明顯 

火力發(fā)電目前仍是我國發(fā)電的主體，且短期內地位難以改變。我國火力發(fā)電廠(chǎng)約一半以上集中在北方地區，其中80%以上的火力發(fā)電廠(chǎng)屬于熱電聯(lián)產(chǎn)廠(chǎng)，發(fā)電的同時(shí)兼具保障供熱功能，熱電廠(chǎng)其實(shí)是火力發(fā)電廠(chǎng)靈活性調節的主力。

“火電未來(lái)的定位是同時(shí)滿(mǎn)足北方地區供熱和為可再生能源調峰，然而熱電聯(lián)產(chǎn)‘以熱定電’運行模式，熱電輸出相互耦合、相互制約。因此需要找到一種解耦熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電輸出，使得熱電機組在滿(mǎn)足供熱負荷時(shí)，發(fā)電還能在大范圍內進(jìn)行調節的方式。”付林指出。

目前，不少熱電聯(lián)產(chǎn)廠(chǎng)正在研究、實(shí)施靈活性改造，通過(guò)“熱電解耦”給電網(wǎng)調峰。但在付林看來(lái)，現行主要熱電聯(lián)產(chǎn)調峰手段在實(shí)際操作中存在諸多制約，或影響總供熱能力，或存在不可逆損失，在提高電廠(chǎng)靈活性的同時(shí)會(huì )降低能源利用效率。

如通過(guò)電熱鍋爐解耦，需要在熱源側設置電熱鍋爐，電負荷低谷期時(shí)消耗過(guò)剩電力供熱。此方法對原系統改造小，熱電解耦能力強，甚至可以實(shí)現機組零上網(wǎng)或負上網(wǎng)，但高能低用、系統低效的缺點(diǎn)也十分明顯。

而在汽輪機旁通主蒸汽對外供熱解耦這一方式雖然改造簡(jiǎn)單，熱電解耦能力強，不降低電廠(chǎng)供熱出力，但與電鍋爐類(lèi)似，都是將低谷期的電直接轉化為熱，系統能效低下。

“以電熱鍋爐為例，雖然1度電可轉變成1份熱，但1份熱只能轉換為0.4度電，能量轉化效率非常低。”付林對記者直言，用電熱鍋爐為熱電解耦，整個(gè)過(guò)程相當于先將之前的1份熱轉變?yōu)?.4度電，之后又將這0.4度電轉化為0.4份熱，換言之最終是將1份熱降低為了0.4份熱，無(wú)疑是一種能源資源的極大浪費。

熱電協(xié)同為北方地區提供大型“儲能寶”

每年可釋放2億千瓦調峰能力

“熱電廠(chǎng)必須改變現行‘以熱定電’的運行方式。為解決這一問(wèn)題，我們提出了熱電協(xié)同的集中供熱系統新模式，基于電廠(chǎng)余熱回收集中供熱，可兼顧提高熱電聯(lián)產(chǎn)的能源利用效率與靈活性。”付林強調，通過(guò)熱電協(xié)同，熱電廠(chǎng)仍可按照改造前純凝電廠(chǎng)的方式承擔原有發(fā)電調峰職責，且不降低電廠(chǎng)的供熱能力。

付林介紹，在熱電協(xié)同模式下，電負荷高峰期時(shí)，熱電廠(chǎng)需要發(fā)更多電量，此時(shí)可在系統設置一個(gè)低溫蓄熱罐，用系統無(wú)法回收的余熱加熱蓄熱罐里的低溫水，將熱儲存起來(lái)，并將高溫蓄熱罐已儲存好的的熱水置換出來(lái)，以維持系統供熱能力；而電力負荷低谷期，則少發(fā)電多供熱，或者用熱泵制備熱水，并儲存在高溫儲罐里用于電力高峰期供熱。

這樣一來(lái)，在電力負荷高峰期，熱電廠(chǎng)也能多發(fā)電，熱網(wǎng)供熱能力卻不會(huì )降低，從而突破了電廠(chǎng)余熱回收系統的發(fā)電功率調節范圍限制，實(shí)現了熱電協(xié)同，大大提高了系統能效。

“與熱電聯(lián)產(chǎn)電廠(chǎng)相比，該模式相當于是一個(gè)儲電廠(chǎng)、抽水蓄能電站，或者說(shuō)是超大號的儲電池，而且效率高、成本低。”付林說(shuō)，若該系統作為調峰使用，并在全國推廣，估計每年可為北方地區釋放約2億千瓦的調峰能力，這相當于2億千瓦的電力儲能。

經(jīng)濟技術(shù)可行

建議政府主導啟動(dòng)試點(diǎn)示范

在付林看來(lái)，未來(lái)北方地區冬季清潔取暖“煤改電”規模持續擴大，以及熱力行業(yè)整體電氣化逐步推進(jìn)，冬季電力負荷無(wú)疑將逐年增長(cháng)，這意味著(zhù)冬季熱、電需求將同步迎來(lái)高峰。

以北京為例，隨著(zhù)農村地區大范圍推進(jìn)煤改電，導致當地電力負荷冬夏基本一致。不僅如此，未來(lái)，隨著(zhù)可再生能源發(fā)電高比例增長(cháng)，系統不穩定性增加，也會(huì )讓原本缺電的冬季“雪上加霜”。

“如果采用固有方式，則需要多建火力發(fā)電廠(chǎng)，但這一模式雖然可以滿(mǎn)足冬季需求，在夏季卻造成浪費，從而推高成本。”付林坦言，對熱電聯(lián)產(chǎn)廠(chǎng)進(jìn)行熱電協(xié)同改造是能解決燃眉之急的方法。

以北方地區某熱電廠(chǎng)2×300MW濕冷機組組成的供熱系統為例，對電廠(chǎng)進(jìn)行熱電協(xié)同改造，實(shí)現供暖期發(fā)電負荷調節范圍14%—91%，所需核心設備為400MW熱泵和10萬(wàn)立方米蓄熱罐，共約需投資4億元。

“電廠(chǎng)采用熱電協(xié)同系統后，可增加供暖季低谷期機組供熱量和高峰期機組發(fā)電量，每個(gè)采暖季可獲得收益約0.5億元，熱電協(xié)同系統投資回收期約為8年。”付林指出。

“熱電協(xié)同系統推廣應用已經(jīng)具備技術(shù)可行性，從長(cháng)遠看社會(huì )、經(jīng)濟、環(huán)境效益兼具。但因其畢竟屬于新興事物，初期所需投資相對較高，目前遺憾還沒(méi)有找到落地場(chǎng)景。”付林坦言，因為現行上網(wǎng)電價(jià)機制，并不鼓勵高峰期多發(fā)電，反而鼓勵了不少地方更多采用低效消耗低谷電的方式，從而導致了能源浪費，也不能解決高峰期電力短缺的問(wèn)題。

“但如果可以享受與抽水蓄能電站相同的電價(jià)，熱電協(xié)同系統比抽水蓄能電站的投資更小、成本更低。在保持總發(fā)電量不減小的情況下，如果將低谷期上網(wǎng)電價(jià)降低50%，而高峰上網(wǎng)電價(jià)提高50%，上述熱電協(xié)同系統的增量回收期降可低至4.9年，經(jīng)濟性進(jìn)一步大幅提升，如此電熱協(xié)同才有望真正實(shí)現。”付林進(jìn)一步建議，政府有關(guān)部門(mén)積極牽頭開(kāi)展試點(diǎn)示范，取得一定經(jīng)驗成效后再適時(shí)鼓勵推廣應用。