产业报告2020丨地区篇：一、北方严寒地区城市清洁供热规划与方案选择

第四篇 地区篇

清洁供暖本质上是在满足建筑物内冷暖舒适的条件下消耗最少的化石能源、排放最少的污染物，这就要求从建筑物用热末端、集中供热管网和供暖热源等环节分别努力：通过选择高效清洁热源，通过建筑保温降低对热量的需求，通过高效和智能的输配系统降低输配过程损失和过量供热损失，最终实现清洁取暖。我国北方地域辽阔，纬度覆盖范围大，不同地区的气候特征以及当地资源禀赋的差异，决定各地区清洁供热路线的不同。

从地理位置上看，“秦岭-淮河线”划分了传统意义上的北方地区和南方地区，也一直以来作为是否采用集中供热的判断依据。随着人们生活水平的提高，各地对冬季供暖的需求不断增长，以往没有供暖的夏热冬冷地区也表达了对供热的强烈期望。在“清洁供热”要求下，各地供热环保压力剧增。由于各地资源禀赋和供需关系存在较大差异，应该采取何种方式供暖，未来规划的清洁供热技术如何，都需结合地区特点确定。

城市、小城镇和农村在供热热源、管网敷设、居民可承受能力上有较大的差别。城市供热系统的能效提升主要是集中供热管网和用户的热效率提升，而农村供热应强调因地制宜，用户易操作、可接受，因此在清洁供热模式上有较大差异。根据《民用建筑热工设计规范》GB50176中的相关规定，将北方地区划分为寒冷和严寒地区，寒冷地区冬季寒冷，2000≤HDD18<3800，严寒地区冬季时间长，气候异常寒冷，HDD18≥3800。因此可以按照地域位置将城市供热分为北方严寒地区、中部寒冷地区和夏热冬冷地区（见表4-1）。

表4-1 清洁供热地区划分

一、北方严寒地区城市清洁供热规划与方案选择

1. 严寒地区清洁供热一般概述

典型的严寒地区，即泛东北区域。从地理位置上看，泛东北区域包括东北三省及蒙东地区的通辽市、兴安盟和呼伦贝尔市。该区域冬季气候寒冷且漫长，集中供热时长除南部辽宁省为5个月外，普遍都长于6个月，最北部呼伦贝尔地区供热时长甚至达到8个月。

表4-2 北方严寒地区各省省会城市耗热量指标与实际值

泛东北区域主要是传统供热模式，热电联产与锅炉房作为主要热源。随着清洁供热工程的实施，大量锅炉房被拆除。在热负荷逐年稳步增长的情况下，诸多地区出现热源不足的情形。寻找清洁高效的热源，平稳渡过热源的替代阶段成为了该区域内清洁供热的主题。

2017年，该区域内实际供热城市中燃煤锅炉占比60%，城镇中锅炉占比84%，热源形式较为单一。从装机容量上看，该区域内热电联产总供热能力为92GW，占城市与城镇的总供热负荷峰值的68%。

图4-1 东北区域清洁取暖资源供热潜力与城镇需求对比（单位：GW）

对于其他清洁热源形式，辽宁省是传统工业大省，工业余热资源丰富；而吉林和黑龙江地区以种植业、林业和畜牧业为主。在丰富的农业资源的基础上，东北地区整体生物质资源较为丰富，除农民自用后仍可以满足城市的供热需求。根据该区域内工业产品产量和农作物产量，估计工业余热资源15GW，生物质资源61.8GW。

综合热电联产、生物质资源和工业余热三类清洁热源，即可满足目前该区域内所有供热负荷，城市污水与生活垃圾占比较小，可以集中处理作为城市热源的补充。总体上看，该地区的清洁供热首先应该充分发挥现有热电厂供热能力，推广热电厂乏汽余热回收，增加电厂供热能力。同时，因地制宜，尽可能开发生物质资源，用生物质锅炉代替现有的燃煤锅炉供热，并在工业余热丰富的大型工厂附近考虑采用工业余热供暖。

暂不考虑生物质资源在城镇间的运输。计算到东北区域整体供热结构，并与现状进行对比，由图4-2可以看出，大城市与小城镇有很大的差异。大城市中拥有热电联产资源和工业余热资源的相对较多，通过中低温余热可以显著提升供热能力，生物质补热仅占20%左右。而小城镇中现状大多以燃煤锅炉为主，规划后生物质供热量提高到占近60%，可以使燃煤锅炉用量大幅度降低。

图4-2 东北区域热源结构对比

2. 呼和浩特供热规划与运行

呼和浩特市地处内蒙古自治区的中部，东、北与乌兰察布市相连，西与包头市接壤，南与鄂尔多斯市和山西省相邻。呼和浩特属中温带大陆性季风气候，四季气候变化明显，冬季漫长严寒，夏季短暂炎热。呼市中心城区含玉泉区、新城区、回民区、赛罕区和两个国家级经济开发区（金川开发区、如意开发区）。

2019年，呼和浩特全市常住人口为313.68万人，其中城镇人口为220.99万人，城市建设用地260平方公里。规划远期2020年，呼和浩特中心城区建设用地规模控制在310平方公里以内，城镇人口达258万人。

（1）热源现状与供热格局。

截至2017年底，呼市总供热面积为14417万平方米，其中热电联产供热面积5493万平方米，占总供热面积的38.1%；燃煤锅炉供热面积5668万平方米，占总供热面积的39.3%；天然气锅炉供热面积3186万平方米，占总供热面积的22.1%；电供热等清洁能源供热面积70万平方米，占总供热面积的0.5%（如图4-3所示）。

图4-3  呼和浩特市2017年底供热面积

呼市有热电厂4座、大型热源厂5座、燃煤区域锅炉房55座、燃气锅炉房772座及少量热泵机组、壁挂炉、电供热等。

1）热电联产。呼和浩特市的热电厂4座，分别是呼和浩特市电厂、金桥热电厂、金山热电厂、京能盛乐热电厂。

呼和浩特市电厂位于市区西部，现装机容量为2×200MW+2×350MW热电机组，截至2017年底供热面积达到1793万平方米；金桥热电厂位于金桥经济技术开发区南部，现装机容量为2×300MW热电机组，截至2017年底供热面积为1650万平方米；金山热电厂位于呼和浩特市西部金山开发区境内，现装机容量为2×300MW热电机组，截至2017年底供热面积约1100万平方米；京能盛乐热电厂位于呼和浩特市南约26km的和林格尔县，现装机容量为2×350MW热电机组通过长输管道至城发公司辛家营热源厂，已于2017年下半年与辛家营热源厂完成并网正式投运，目前供热面积950万平方米。

表4-3 呼和浩特城区供热现有热电厂（截至2017年底）

图4-4  呼市现有热电厂供热区域

2）燃煤锅炉房。截至2017年，呼市有55座燃煤锅炉房，供热面积5668万平方米。单台装机全部在40蒸吨/小时的锅炉房18座67台，供热面积4197万平方米；单台装机在20~40吨的燃煤锅炉房有19座54台，供热面积1057万平方米；单台装机全部在20吨及以下的燃煤锅炉房有18座，36台，供热面积为414万平方米。大型热源厂5座，分别为三合村、桥靠、辛家营、巴彦、光明热源厂。其中辛家营热源厂供应区域于2017年底被盛乐热电厂长输供热取代。

表4-4 呼和浩特城区大型燃煤热源厂

图4-5 呼和浩特城区现状大型燃煤热源厂分布图

图4-6 呼和浩特城区现状分散燃煤锅炉房分布图

3）燃气供热。截至2019年，呼市天然气供热面积为3186万平方米，占总供热面积的22.1%，其中政府主导的“煤改气”天然气供热锅炉房153座，供热面积1275万平方米；商业自建天然气供热锅炉房619座，供热面积1661万平方米；天然气壁挂炉用户2.6万户，供热面积约250万平方米。

图4-7 呼和浩特城区现状燃气锅炉房分布图

4）电供热。呼市目前通过电供热等清洁能源供热总供热面积为70万平方米，电供热大部分采用空气源热泵供热方式，主要分布在供热管网、燃气管网达不到的区域。呼市供热格局汇总如表4-5所示。

表4-5 呼和浩特市城区供热热源格局汇总

根据目前热源分布情况，呼和浩特市公管局将城市总体规划范围划分为8个供热区域，各区域范围如图4-8所示。

图4-8  呼和浩特市现状供热分区

8个分区的热源情况如表4-6所示。

表4-6 呼和浩特市城区各供热分区热源

（2）供热系统运行数据。

庭院管网中的供暖能耗主要分为耗热量和耗电量两部分，其中耗热量主要用于满足用户的热负荷，耗电量主要用于承担输配热量到用户中的循环水泵电功。内蒙古自治区对应的耗热量约束值为0.36GJ/(㎡·a)，引导值为0.27 GJ/(㎡·a)。供暖期为6个月的集中供热管网水泵电耗指标约束值为2.5kWh/(㎡·a)，引导值为1.5 kWh/(㎡·a)。

以呼和浩特市代表性热力企业——富泰热力公司为例，对其下属部分供热区域2017-2018整个供暖季的运行参数进行分析。

1）热耗。呼市富泰热力公司2017-2018供暖季25个热源区域（含新华西街、光明、巴彦、海拉尔分公司）的单位面积耗热量统计如图4-9所示。

图4-9 富泰热力公司单位实供面积耗热量统计（2017-2018采暖季）

采暖时间为2015年10月11日至2016年4月16日，天数为188天（2017-2018年数据缺失）。计算热耗时以热源出口数据为准，计算时使用的供热面积为热源在本供暖季的实供面积。

图4-10  富泰热力公司单位实供面积耗热量分布

从以上两图中我们可以看到，呼市富泰热力公司各热源区域的耗热量差异较大，且大部分供热面积的热耗都超过了建筑耗热量指标约束值。不存在耗热量在引导值以下的供热区域；耗热量在引导值和约束值之间的供热面积占3%；而耗热量高于约束值的供热面积达到了97%。平均热耗水平为0.5 GJ/(㎡.a) ，为约束值的1.4倍。

以富泰热力公司下属新华西街分公司供热区域为例。热源为呼市热电厂，单位面积耗热量0.49 GJ/(㎡.a），计算逐日热耗如图4-11所示，新华西街供暖区域整个供暖季尖峰供热量为42.5W/㎡。

图4-11  新华西街供暖区域逐日供热量（2017-2018供暖季）

2）电耗。通过富泰热力公司各热力站耗电量统计数据，对各热力站电耗水平进行分析，共收集到183个热力站数据，单位为kWh/（㎡·a）。

图4-12 富泰热力公司热力站单位面积耗电量统计（2017-2018采暖季）

图4-13 富泰热力公司热力站电耗分布

由上面两图可得，各热力站供暖季单位面积耗电量存在较大的差异。换热站耗电量普遍超标，在引导值以下的面积比仅为5%，在引导值和约束值之间的面积比31，%，而高于约束值的面积比则达到了64%，平均值为3kWh/（㎡·a）。

（3）清洁供热方案探究。

呼和浩特市政府目前现有供热规划中预测2020年供热面积19302万平方米。根据调研所计得到的呼和浩特市耗热量指标，取单位面积热负荷指标为42.5W/㎡，则现状（2017-2018供暖季）热负荷为6127MW，2020年热负荷为8203.35MW

电厂资源方面，除目前已经投入供热的呼市、金山、金桥、盛乐热电厂外，距呼和浩特市南约70km有一内蒙古托克托电厂，现已装机8×600MW+2×300MW发电机组，正在筹建五期两台600MW机组（已经核准）。

图4-14  呼和浩特市电厂分布图

根据调研得到的各电厂设计参与热平衡图，对各电厂的供热能力进行计算，其供热能力如表4-7所示。

表4-7 呼和浩特市电厂情况和最大供热能力

在工业余热方面，呼和浩特市无炼钢企业，无钢铁余热利用潜力；有若干水泥企业，但正在面临逐步迁出呼市的趋势，不具有长远的供热潜力。

在农业生物质方面，根据统计数据估算得到呼市年秸秆产量186.5万吨，呼市行政区内农村户数达33万余户以上，若按照每户每日30千克的供暖秸秆需求量，则呼市秸秆量不足以满足农村供暖需求，故不考虑农业生物质向城区供热。

由以上分析可以得出，呼市虽然工业余热、农业生物质资源较为匮乏，但电厂资源较为丰富。一方面，现有热电厂仍有较大的供热潜力可以挖掘；另一方面，通过采用长输形式充分利用周边电厂（盛乐、托克托），可以大大增加热电联产供热能力，使其完全可以满足呼市供热需求。

基于清洁供暖基本思想，结合呼和浩特市清洁热源资源特点，呼和浩特市供热热源规划应遵循的原则是：以热电联产为基本热源，以燃气为调峰热源，尽可能停用燃煤锅炉。

呼和浩特市现状和2020年末的热负荷和电厂、燃气供热能力如图4-15、图4-16所示。呼市目前已经投入供热的四座热电厂（呼市、金山、金桥、盛乐热电厂）在充分利用电厂余热的前提下，供热能力最大可达5115MW，供热能力目前尚未得到充分的挖掘。若充分挖掘现状热电厂供热能力、联通各区域热网，采用“已有热电厂承担基础负荷、燃气锅炉承担尖峰负荷”的改进方案，则现有热电厂和燃气锅炉完全能够满足现状热需求，燃煤锅炉可不启用。而对于未来如2020年的负荷，则可引入托克托电厂长输供热，电厂供热能力满足热负荷，无需启用燃煤锅炉。

图4-15  呼和浩特市供热能力及热负荷

图4-16  改造前后呼市逐日供热情况

分别计算现状运行方案与改进方案的一次能源消耗量和碳排放量、污染物排放量，如表4-8所示，可见改进方案下一次能源消耗量与各类排放量均明显下降.

表4-8 呼市供热方案改进前后能源消耗与排放量对比

初投资主要为电厂改造费用，约为66300万元，方案的运行费用如表4-9所示，运行费用节省54.33%。

表4-9 呼市供热方案改进前后运行方案费用对比（单位：万元）

3. 包头供热规划

包头是内蒙古自治区的制造业、工业中心及最大城市，是连接华北和西北的重要枢纽。包头市下辖5个市辖区、1个县、2个旗及一个国家级开发区。2017年末全市常住总人口287.8万人，比上年末增加2.0万人，其中城镇人口239.7万人。

（1）热源现状与供热格局。

2015年底包头市全面完成主城区燃煤锅炉拆除并网，基本实现热电联产集中供热和清洁能源供热的全覆盖。2017年底，包头市主城区供热总面积为9710万平方米，其中集中供热面积9408万平方米；热电联产供热面积8659万平方米，热电联产比重达到89.18%，燃气供热面积993万平方米，地源热泵、太阳能等其他方式供热面积58万平方米。

图4-17 包头供热面积现状（2017-2018供暖）

目前，包头市集中供热方式主要以热电联产为主，清洁能源为辅，逐渐形成“八源一网双备，多元补充”的供热格局。“八源”指包头城市供热的八所热电联产热源，包括包头第一热电厂新厂（昆都仑电厂）及老厂、包头第二热电厂、包头第三热电厂、东华热电厂、华电河西热电厂、希望铝业自备电厂、包铝自备电厂和包钢余热回收首站，总装机容量6345MW，目前通过实施技改项目后（包头第一热电厂、包头第二热电厂、东华热电厂实施余热回收、高背压机组改造）实际供热能力达到9960万平方米。“一网”指各个热源联网互为备用，实现供热资源的充分分配与调节；“双备”值两大燃气热源厂青山热源厂和阿尔丁东热源厂，作为供热尖寒期调峰备用。

图4-18  包头热源分布图

1）包头第一热电厂。老厂全厂现有装机容量为1×100MW+2×125MW供热机组。2015年包头第一热电厂对一台125MW供热机组进行了高背压技术改造。主要为昆区范围内供热，是市热力总公司热源之一。

新厂（昆都仑电厂）全厂现有装机容量为2×300MW供热机组，设计供热能力780万平方米。2015年昆都仑电厂对一台300MW供热机组进行了高背压技术改造。为市热力总公司提供热源。

2）包头第二热电厂。全厂现有装机容量为2×200MW+ 2×300MW，设计供热能力为1500万平方米，2012年包头第二热电厂对供热机组进行了冷凝热余热回收技术改造， 2014年进行高背压技术改造。主要为青山区范围内供热，为二电供热公司、市热力总公司、满都拉供热公司、广洁源热力公司、一机福利区提供热源。2014年通过青山联络干线与包三电厂热源实现联网。

3）包头第三热电厂。主要为九原区以及新都市区、青山职教园区范围供热，直营二O二区域供热，同时为华融热力公司、中晟热力公司和晶瑞物业公司提供热源。2014年通过青山联络干线与包二电厂热源实现联网。

4）东华热电厂。全厂现有装机容量为2×300MW供热机组，设计供热能力860万平方米，2012年通过对供热机组进行冷凝热余热回收技术改造。主要为东河区范围供热，是华源热力公司热源。2014年与包铝自备电厂实现联网。

5）华电河西热电厂。

全厂现有装机容量为2×600MW供热机组，设计供热能力800万平方米，2015年实施了热泵改造项目，目前已投入使用，主要向滨河新区供热及替代阿尔丁热源厂，为市热力总公司和富磊热力公司提供热源。

6）希望铝业自备电厂。

一期装机容量为4×155MW供热机组，设计供热能力600万平方米，二期装机容量2×350MW。主要为昆区南部区和开发区范围供热，为市热力总公司和金达立热力公司提供热源。

7）包铝自备电厂。全厂现有装机容量2×300MW供热机组，负责为糖厂、铝厂厂区及生活区供热。2014年与东华热电厂联网。

8）包钢余热回收首站。2014年由中节能公司实施包钢余热回收项目，包含两个板块：

①热电厂凝汽器乏汽余热回收和炼铁厂烧结环冷机烟气余热回收。

电厂乏汽余热市政供热能力140MW，同时回收烟气余热给包钢厂区内选矿换热站和炼铁换热站供热能力50MW。市政实际供热面积290万平方米。

图4-19  包铝电厂余热回收流程图

②高炉水冲渣余热回收。

提取4号、6号高炉冲渣水和放散蒸汽的废热，将废热供给包钢新体系原料库采暖，本版块提取总热量约60MW。

表4-10 包头市城区供热现状热电厂信息汇总

另外，包头还有两应急备用热源：一是青山热源厂，隶属包头市热力总公司，原有4×29MW热水锅炉，2014年实施“煤改气”项目，新建4×29MW燃气锅炉，设计供热能力200万平方米，2016年已完成改造，作为供热尖寒期调峰备用。二是阿尔丁东热源厂，隶属包头市热力总公司，原有4×29MW热水锅炉，2015年实施“煤改气”项目，新建4×29MW燃气锅炉，设计供热能力200万平方米，2016年完成改造，作为供热尖寒期调峰备用。

（2）供热系统运行数据。

以包头市代表性热力企业——包头热力总公司为例，对其下属供热区域2017-2018供暖季的运行参数进行数据调研和分析计算。

1）热耗。

选择包头热力总公司2017-2018供暖季各分所代表性热力站19个，各热力站单位面积耗热量统计图4-20所示。当年采暖时间为10月15日至次年4月15日，共186天。计算时使用的供热面积为换热站在本供暖季的实供面积。

图4-20  包头热力总公司热力站单位面积耗热量统计（2017-18采暖季）

2）电耗。

通过包头热力总公司各分所耗电量统计数据，对电耗水平进行分析，单位为kW·h/（㎡·a）。由图4-21可得，包头热力总公司电耗水平整体较低，仅有一个分所的电耗水平超过了约束值。经计算，包头热力总公诉平均单位面积耗电量1.59kW·h/（㎡·a），略高于约束值。

图4-21 包头热力总公司各分所单位面积耗电量统计（2017-2018采暖季）

（3）清洁供热方案探究。

根据规划，2020年包头市供热面积将达到12150万平方米。取综合热指标40W/㎡，估算得2020年，包头城市供热负荷4860MW。

包头市电厂资源极为丰富，目前包头市区及周边邻近区域共8个电厂已全部投入供热。对包头市第二热电厂进行了实地调研，了解到包头第二热电厂目前装机为2×200MW为湿冷机组+2×300MW ，其中2×300MW直接式空冷机组（3号、4号机组）已进行乏汽余热供热系统进行增容改造，3号机采用热泵回收，4号机采用背压改造，对乏汽供热进行深度回收利用。改造工程完成后，2×300MW机组供热总负荷为769.7MW，新增供热负荷314.7MW。

其他电厂由于时间和条件限制未能进行实地调研，通过政府了解其基本信息，对它们在全部回收乏汽余热情况下的最大供热能力进行估算。各电厂的最大供热能力整理如表4-11所示。

表4-11 包头各电厂供热能力信息汇总

在工业余热方面，包头市钢铁产量较大，市区边缘处存在一大型国营钢厂——包头钢铁（集团）有限责任公司钢铁厂，2014年由中节能公司实施包钢余热回收项目，目前仅对烧结环节的烟气余热、炼铁环节高炉冲渣水余热和热电厂的乏汽余热进行了回收，且高炉冲渣水余热回收遇到了一定的实际困难，尚存在一定的供热挖掘潜力。

在农业生物质方面，根据统计数据估算得到包头市年秸秆产量162万吨，包头市行政区内农村户数达16.4万余户以上，若按照每户每日30千克的供暖秸秆需求量，则包头所产秸秆在满足农村供暖需求的前提下，可提供40.5万吨左右富余量用于城镇供热，考虑到包头市区电厂供热能力十分充裕，富余的农业生物质应优先提供给旗县的小城镇使用，尤其是距离电厂距离远、人口居住较为分散的达茂旗。

图4-22  包头市供热能力现状及2020供需对比

由图4-24分析可以得出，包头市热电联产发展形势良好，电厂资源极为丰富，未来热源较为充足。充分挖掘热电厂供热潜力和工业余热供热潜力，保持并进一步发展“以热电联产为主，其他清洁热源为辅”的供热格局。