北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司水資源與環(huán)境院副院長戴明華帶來《再生水源熱泵耦合大型熱電聯(lián)產(chǎn)熱網(wǎng)分布式清潔供能實踐報告》。
以下為現(xiàn)場速記:
戴明華:謝謝許總的介紹,很高興收到組委會邀請,來分布式能源論壇做交流。上午多位專家的報告我認真學(xué)習(xí)過,剛才幾位也分享了空氣源熱泵相關(guān)內(nèi)容。下面重點分享再生水源熱泵耦合清潔分布式能源的工程實踐。我的分享分為五個板塊,分別是政策導(dǎo)向、主要實施策略、落地案例、思考與展望。
首先從政策導(dǎo)向來看,今年是十五五開局之年,十五五相關(guān)文件中多次提及分布式能源,新型基礎(chǔ)設(shè)施、碳達峰碳中和相關(guān)工作均對能源轉(zhuǎn)型提出對應(yīng)要求。2025 年 11 月發(fā)布碳達峰碳中和中國行動白皮書,搭建一加 N 政策體系,明確各行業(yè)碳達峰行動方案。近年非化石能源消費占比逐年提升,化石能源消費占比持續(xù)下降。主要溫室氣體排放集中在能源、工業(yè)、建筑、交通、農(nóng)業(yè)五大領(lǐng)域,占總排放量 90% 以上。
國家層面出臺多項配套政策,2020 年發(fā)布可再生能源發(fā)展指導(dǎo)意見,針對水、生物質(zhì)能源提出發(fā)展要求;2025 年 2 月出臺綠色轉(zhuǎn)型相關(guān)規(guī)劃建議;2025 年 4 月印發(fā)推動熱泵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展方案,鼓勵利用城市污水、工業(yè)再生水等低品位熱源替代燃煤熱源,推進水源熱泵規(guī)模化落地。
此前滕總也介紹過北京本地配套政策,本地?zé)崃π袠I(yè)年二氧化碳排放 4.1 億噸。早期供熱以燃煤為主,2000 年后逐步推進煤改氣、煤改電改造;2017 年后大規(guī)模推廣清潔能源;2020 年至今多元低碳分布式能源搭配智慧調(diào)控模式全面落地。原有化石能源供熱占比超 80%,按照政策規(guī)劃,預(yù)估 2035 年本地可再生能源供熱占比提升至 25% 以上。
下面介紹各類水體熱源與市政管線配套現(xiàn)狀。城市市政管網(wǎng)包含供水、排水、再生水、熱力、燃氣管線,排水管網(wǎng)鋪設(shè)范圍最廣,蘊藏余熱資源開發(fā)潛力大。四類水體熱源對比:再生水水質(zhì)穩(wěn)定、全年水量均衡,是最優(yōu)熱泵熱源;市政污水水量充足,但雜質(zhì)較多,運行易產(chǎn)生水垢;自然河湖水體水量可觀,但水溫季節(jié)波動大,取水審批流程繁瑣;自來水管控嚴(yán)格,僅允許小型零星項目使用,優(yōu)先保障居民日常供水。
管網(wǎng)規(guī)模統(tǒng)計:全國供水管網(wǎng)總長 120 萬公里,排水管網(wǎng)約 100 萬公里,再生水管網(wǎng)僅 2 萬公里;北京本地再生水管網(wǎng)總長 1000 公里,日產(chǎn)再生水 1 億立方米,華北采暖區(qū)域管網(wǎng)配套完善,余熱利用價值突出。
再生水資源利用分為三個發(fā)展階段:2000 年前以基礎(chǔ)探索為主,多用于農(nóng)田灌溉,行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)缺失;2000 至 2020 年定位為城市第二水源,配套規(guī)范逐步完善;2020 年至今側(cè)重設(shè)備友好精細化利用,細分不同場景熱源使用標(biāo)準(zhǔn)。
再生水常規(guī)用途包含河湖生態(tài)補水、工業(yè)冷卻、城市雜用、農(nóng)田回灌、地下水補給,同時可作為熱泵低溫?zé)嵩础T偕|(zhì)指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)供暖回水標(biāo)準(zhǔn),對換熱設(shè)備腐蝕、磨損風(fēng)險低。
再生水供熱適用距離劃分:黃金開發(fā)半徑 1 公里內(nèi),冷熱輸送損耗極低;經(jīng)濟適用半徑 1 至 5 公里;極限適配半徑 5 至 8 公里;管線長度超過 16 公里屬于超長輸送線路,需要加厚管道保溫層、加大埋深,或采用多點分布式取水模式,青島、鄭州鄭東新區(qū)項目為典型超長管線案例。
經(jīng)濟性測算標(biāo)準(zhǔn):每立方米再生水可提取 20 兆焦熱量,10 萬噸日處理污水廠冬季進水 5℃、夏季 7℃,可滿足 6 至 8 萬平方米建筑供暖需求,項目年可削減二氧化碳 4.8 萬噸,單位碳排放強度 1.33kg/㎡,可實現(xiàn)污水廠自身碳中和。
再生水源熱泵與大型市政熱網(wǎng)存在三種耦合模式:第一種串聯(lián)耦合,熱泵產(chǎn)出熱量直接并入市政一次熱網(wǎng),適配大型城市污水廠、中心熱電項目;第二種獨立分布式能源站,配套冷熱雙供管網(wǎng),服務(wù)污水廠周邊小區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū);第三種梯級分段取熱,分層次提取水中余熱,匹配不同溫度負荷,減少能源輸送損耗。
規(guī)模化落地四大實施策略:第一,規(guī)劃引領(lǐng),摸排城市污水廠、熱力管網(wǎng)分布,繪制熱源與負荷匹配分布圖;第二,同步編制再生水余熱專項規(guī)劃,搭建取水干線、換熱站三級配套體系,依托城市更新加密再生水管網(wǎng),預(yù)留熱泵取水接口,統(tǒng)一多專業(yè)協(xié)同施工標(biāo)準(zhǔn);第三,因地制宜分類落地項目,熱源富集區(qū)域就地轉(zhuǎn)化清潔能源,管網(wǎng)完善區(qū)域遠距離輸送補充市政熱源,零碳園區(qū)配套大型再生水能源站;第四,持續(xù)開展技術(shù)創(chuàng)新,研發(fā)耐高溫、防腐熱泵機組與換熱設(shè)備,搭配 AI 大數(shù)據(jù)智能調(diào)控系統(tǒng),適配各類極端氣候穩(wěn)定運行。
落地工程案例一:北京高碑店污水廠配套華能東部熱電中心 污水廠日處理規(guī)模 100 萬噸,與熱電中心僅一路之隔,每日引水 10 萬噸配套 30 兆瓦水源熱泵機組,串聯(lián)接入熱電一次回水系統(tǒng);冬季再生進水溫度 13 至 18℃,供回水溫差 7℃,小時供熱量 117 吉焦。項目 2025 年底建成投產(chǎn),運行參數(shù)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。項目年節(jié)約天然氣 1000 萬立方米,年削減二氧化碳排放 2.3 萬噸,為國內(nèi)首個再生水熱泵耦合大型城市熱電聯(lián)產(chǎn)標(biāo)桿項目,新華社做過專題報道。北京現(xiàn)有 730 萬噸日處理再生水資源,全部開發(fā)后可滿足中心城區(qū) 5000 至 6000 萬平方米供暖需求,覆蓋全市一成供熱面積。
落地工程案例二:高校獨立再生水分布式能源站 高校原有 20 年老舊蒸汽燃氣鍋爐,同步開展城市更新改造,校區(qū)南側(cè)配套再生水主干管線,就近取水搭建獨立冷熱能源站,僅提取水中熱量,換熱后再生水回流原有管網(wǎng)。冬夏季水源穩(wěn)定維持 7 至 8℃,小時供能 24 吉焦,項目測算投資回收期 8.5 年,年減排二氧化碳五百余噸。
最后做總結(jié)與行業(yè)建議。當(dāng)前雙碳轉(zhuǎn)型進入落地實施關(guān)鍵周期,市政再生水管網(wǎng)覆蓋范圍廣,是低成本開發(fā)城市低品位廢熱、搭建分布式清潔供熱體系的核心載體。通過統(tǒng)一規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)化工程方案打造可復(fù)制項目模式,把再生水余熱利用納入城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施體系,精準(zhǔn)匹配熱源與用熱負荷,實現(xiàn)能源市場化協(xié)同運營。現(xiàn)階段行業(yè)短板集中在再生水供熱定價、碳減排收益分配、跨區(qū)域能源共享機制不完善,后續(xù)需要相關(guān)部門完善市場化交易規(guī)則,吸引社會資本參與;同步推進高溫?zé)岜谩⒎栏瘬Q熱設(shè)備、智能調(diào)控系統(tǒng)技術(shù)迭代,依靠技術(shù)升級推動城市供熱全面低碳轉(zhuǎn)型。以上分享存在不足,歡迎各位專家指正,謝謝。
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