按热源来区分,集中供热一般可分为区域集中供热系统和热电联产集中供热系统,也可以是由各种热源共同组成的混合系统。区域供热系统的燃料包括天然气、煤、油等化石燃料,也可以是生物质、太阳能、地热、江河湖海水、核能等非化石和可再生能源。
区域供热
以热水或蒸汽作为热媒,由一个或多个热源,经供热管网向城市、镇或其中某一地区的用户供应生活和生产用热的方式。是城市能源建设的一项基础设施。
- 英文名称
- district heating
- 所属学科
- 土木工程
区域供热的国际情况和中国情况有所不同。
区域供热的历史可以追溯到古罗马帝国的热水浴和温室。区域供热系统在欧洲中世纪和文艺复兴时期取得较大的进展,法国从14世纪就有了区域供热系统。1853年,美国安纳波利斯的美国海军学院开始蒸汽供热服务。1877年,美国纽约建成了世界上第一个区域锅炉房向附近的14家用户供热。该项目的设计人美国水利工程师B.霍利(Birdsill Holly,1820-11-08~1894-04-27)被认为是现代区域供热的创始人。
20世纪初,一些工业发达的国家开始利用发电厂汽轮机的排汽,供给工业生产和居民生活用热,其后逐步演化成为现代意义上的热电厂供热——热电联产。第二次世界大战之后,随着全世界经济复苏,城镇集中供热事业得到了前所未有的蓬勃发展,其主要原因是集中供热(特别是热电联产)具有明显的节约能源、改善环境、提高人民生活水平和提供生产用热等优点。
苏联和东欧一些国家,长期以来将热电联产作为主要发展方向。苏联集中供热的规模曾居世界首位。1980年,苏联热电厂总装机容量达到了9600万千瓦,全国工业与民用的年总供热量的70%由集中供热方式的热电厂和区域锅炉房提供。
天气寒冷的北欧国家,如瑞典、丹麦、芬兰等,第二次世界大战后,城市区域供热发展迅猛,普及率较高。丹麦最早的热电联产电厂是1903年建成的。它是一个垃圾焚烧厂,可在处理垃圾的同时为附近的医院提供电力和热量。1920~1930年,基于当地电力生产过程中过剩的热量,丹麦发展起来一个集体的区域供热系统。从此,来自热电联产的区域供热开始在丹麦较大的城市展开,到20世纪70年代,30%左右的家庭由区域供热系统供热。21世纪20年代初期,63%丹麦住户的供暖与生活用水都来自区域供热。此外,北欧提出了第四代低温区域供热系统技术。其供应温度从90℃降低到55℃。较低的回水温度可促进热电厂高效运行,低温系统意味着管网中较少的热损失。低运行温度也能够促进与低温热源的直接式连接以及通过热泵的连接,例如工业流程热、太阳能和地热能。
20世纪50年代期间,中国供热的设计、施工、运行管理,主要是学习苏联的供热技术。经过广大供暖通风技术人员的不断努力,在1975年建设部颁布的设计规范基础上,于1987年颁布了适合中国国情的《采暖通风与空调设计规范》(GBJ 19—1987),2003年对该规范全面修订,颁布了新规范(GBJ 50019—2003)。该标准已被《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50019—2015)和《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736—2012)替代。20世纪80年代是中国供热事业突飞猛进发展的时期。1980年,全国单机容量6000千瓦及以上的供热机组容量为443.1万千瓦。
北京集中供热的发展代表了中国集中供热的历程。1957年,北京市第一热电厂作为苏联援建中国的156个重点建设项目之一开始建设。1958年,集中供热的第一条蒸汽管道“光华线”破土动工,开启了用地下管道把热能输送到各个建筑物的历程。1959年,沿长安街新建了“国庆工程”的十大建筑及中南海供热的重点工程——长安线。20世纪80年代,北京就实行了多热源联网供热,保证了运行的安全性。20世纪的最后几年,华能北京热电厂和双榆树供热厂相继落成。其供热面积达到了2.75亿平方米,热力站3928座,管网1494千米,是全国最大的城市集中供热管网。
区域供热热源分为集中热源和分散热源。
区域供热集中热源的优点主要包括:①可提高能源利用率,节约能源。分散的小型燃煤锅炉热效率只有50%~60%,而区域锅炉房的大型供热锅炉热效率可达80%~90%。②集中区域锅炉房供热,就有条件安装高烟囱和高效率的烟气净化装置,从而减轻大气污染,还易于实现当地低质燃料和垃圾的有效利用。③采用集中区域热源供热可以腾出城市中大批分散的小锅炉房的占地,减少司炉人员,免除城市分运燃料和灰渣的运输量,消减运输过程中灰尘颗粒的散落量,改善市容和环境卫生。④提高供热的质量。
区域供热集中热源的缺点主要包括:①总体建设投资过大,即使中小城市建设集中供热设施,动辄也要投资数亿元甚至十几亿元。已建成集中供热设施的城镇,如果要扩大供热面、维修或升级设备,投资更是不菲。②热网管道过长,动辄要铺设几十千米甚至上百千米的热网管道,不仅造价高、维护难,而且远距离送热损耗严重,同时热网的固定成本和变动成本都比较大,末端用热户受严重制约,缺乏灵活性。由此可见,集中供热的发展水平与一定的经济社会发展水平存在密切的相关关系。
区域供热分散热源的优点主要包括:①与集中热源相比,建设更为灵活,便于调节和控制。②由于外网规模小,一般无中间换热站,热损失和动力消耗小,易克服水力失调。其缺点主要包括:能源利用率较低、污染较严重、供热质量较差。