电厂常态化调峰背景下保障长输供热管网运行安全的思考

中国工业报 2025年07月28日

  ■  李 红

  供热工作事关千家万户冷暖,是重要的民生工程。在能源结构调整与电力系统运行方式变革的当下,供热企业作为保障民生的关键力量,肩负着重大社会责任。尤其是在电厂调峰常态化背景下,如何确保供热安全稳定成为供热企业亟待解决的重要课题。2024—2025年采暖季,山东临沂市新城热力集团有限公司(以下简称“新城热力”)集中供热入网面积3627万平方米,实际供热面积1772万平方米,供热热源为国能费县电厂和金锣热电厂,其中1000万平方米由国能费县电厂承担。国能费县电厂现有2台650兆瓦超临界机组,现状实际供热面积约1500万平方米(包括临沂市中心城区1000万平方米、费县城区500万平方米),工业供蒸汽量约150t/h。2024—2025年采暖季国能费县电厂受电网调峰影响,多次出现热源降负荷、供热能力骤减现象,导致长输供热管网供水温度多次瞬时骤降,严重影响供热安全运行与供热系统稳定。

  调峰对供热系统的影响:

  从热源到管网的连锁风险

  热源供热能力的波动与缺口。目前,国能费县电厂#1机组已完成宽负荷脱硝改造工程,设计供热最低出力为40%,#2机组改造工程目前正在有序推进。理想状态下(即电网不进行调峰)在保障150t/h工业蒸汽稳定供应的前提下,双机组协同运行可实现约3400万平方米供热能力。若解除工业供汽约束,则供热能力可提升至3940万平方米。然而,根据费县电厂提供的“电—热”耦合关系图,电网调峰深度与热源供给能力显著关联,当机组调峰深度达到43%时,热源供热能力降至2600万平方米;调峰深度加深至35%时,供热能力进一步缩减至2100万平方米;若进入20%的深度调峰状态,供热能力将急剧下降至1000万平方米。

  2024—2025 年采暖季,统筹结合供暖负荷和电网调峰,临沂费县电厂供暖初末期的2个月,采用单机运行,供暖中期的2个月,采用双机运行。该采暖季费县电厂调峰次数多达数十次,电网最大调峰深度43% ,采暖抽汽短期内发生剧烈变化,虽满足供热需求,但如此高频高幅度的调峰需求,造成长输供热管网供水温度交替骤变。

  2025—2026年采暖季,国家电网对国能费县电厂要求调峰深度更大,约35%-40%,预估调峰次数更多,采暖季每月调峰约20次。在电网调峰深度至35%时,单机电负荷为230MW,采暖抽汽能力约660t/h(约1050万平方米)。同时采暖热负荷将增长至1970万平方米(含费县城区500万平方米),双机运行(最大调峰深度35%时)基本可满足供热需求,但若遇极寒天气,将出现供热缺口。

  根据《新一代煤电升级专项行动实施方案(2025—2027年)》,现役机组电力最大调峰深度力争达到25%或更低。若国能费县电厂调峰深度降至20%,则单机电负荷降至130MW,采暖抽汽能力仅320t/h(约500万平方米),即使双机运行也无法满足供热需求。

  长输管网供水温度骤降引发安全风险。电网深度调峰导致国能费县电厂热源能力骤降,而长输供热管网水流量较大,难以瞬时调整,造成供水温度骤降,如长期在调峰工况下运行,易出现热应力骤变与管件疲劳破坏,缩短供热设施的使用寿命;若要保证供水温度不降低,则需要减少管网流量,而管网流量的急剧减少会引发泵站突然关闭或减速造成水锤效应,损坏管道或阀门。

  大流量管网系统与热源功率调峰波动形成尖锐矛盾。长输供热管网受制于大流量运行特性,难以实时响应热源突变,导致供水温度急剧下跌。实际运行数据显示,2024—2025采暖季最大调峰时段,供水温度在4小时内由95℃骤降至55℃,创下单次调峰40℃降温纪录。

  供水温度剧烈波动进而引发管道及管件热应力剧烈变化。这种频繁的温度交变会加速材料应力疲劳,导致弯头等应力集中区域开裂、补偿器密封失效等问题,不仅会缩短管网使用寿命,还会显著增加供热安全事故风险。2024—2025 年采暖季,始建于2007—2008年的城区一次网,发生多起因弯头、三通等管件疲劳破坏造成的管道泄漏,调查发现调峰时段与泄漏时刻完全重合,说明电网调峰运行加速了供热设施的疲劳破坏,若叠加管网老化风险,将成为重大安全隐患。

  供热企业运营模式的转型压力与认知瓶颈

  转型压力。在“双碳”目标持续推进与电厂调峰需求日益凸显的背景下,新城热力的生产运营模式面临较大转变。这一转变,不仅冲击着传统的供热生产体系,还为供热企业今后工作与发展带来了重大挑战。

  认知瓶颈。对政策理解存在偏差。部分供热企业管理层与员工对“双碳”目标与电厂调峰政策缺乏系统性、前瞻性的战略认知,片面地将“双碳”目标等同于节能减排指标任务,将电厂调峰机制简单视作阶段性应急手段,未能从产业升级高度把握二者协同推进形成的战略耦合点。这种认知局限导致企业价值传导机制出现断层,政策要求难以转化为基层员工的价值认同与行动自觉,个别基层人员甚至滋生政策适应性障碍,对生产模式适应性调整存在认知偏差,片面强调运行参数波动带来的操作压力,缺乏对能源供给侧结构性改革的战略性机遇研判。

  固有思维束缚创新。长期形成的稳定生产模式使得员工习惯了传统的工作节奏和方式。在应对电厂调峰导致供热负荷频繁波动、“双碳”目标倒逼技术革新的双重挑战时,部分员工受固有思维影响,对新的生产工艺、管理模式存在畏难心理。

  保障长输供热管网运行安全的应对方案与实施路径

  解决电网调峰问题的关键在于维持电厂供热能力不降低,实现电厂热电解耦。国能费县电厂机组现状已完成的改造可以满足40%调峰深度的常规需求,配合提前规划的检修维护,能够保障供暖期间的供热安全运行。但若遇调峰深度不足40%,将对供热产生较大影响。目前,热电解耦技术成熟,电极锅炉和熔盐储热在一些电厂中有应用,但电锅炉由于将电直接转化为热,增加供热能力受限,且效率低下,不是未来发展方向,而熔盐储热成本高,不适合供暖。热泵与热水储能结合的方式具有供热能力大、成本低且效率高的特点,是一项技术成熟、经济良好的热电解耦创新方式,以该技术为依托的热电协同工程已经在济南长清2×660MW新建电厂立项,正在启动实施。

  今年济南建成并投运唐冶热源厂池式蓄热储能示范项目,主要建设内容为开挖8.12万立方米蓄热水池一座,储热温度为95°C,占地面积约9600平方米,开挖深度18米;同时,建设大焓差热能充放机组一套,采用燃气、电力混合驱动,其中燃气设计用量为896立方米每小时,电力设计用量为2910kW,用于蓄热水池的热能充放和应急调峰。

  在国能费县电厂厂内建设蓄热调峰设施,实现热电解耦,可从根本上保障热源的供热能力和供热管网的安全运行,实现电厂热电协同优化。考虑到热源侧改造涉及多方利益与资源整合,为保障临沂市中心城区供热需求,应尽快推进费县电厂热电解耦技术改造,确保临沂市中心城区的供热安全运行。

  同时,通过在长输项目能源站建设蓄热水池储能系统,也可保障供暖季长输供热系统稳定与安全。储热模式下:在非采暖季,主要通过储存电厂余热、弃风光电热及工业余热进行蓄热。在采暖季,主要通过利用热网水的热量,市政热网热水进入能源站,通过大焓差热能充放机组降温后回市政热网回水,同时将储能池温度提高,实现储热过程。放热模式下:将供热管网的回水引入能源站内大焓差机组,被加热至足够温度后供回管网供水管道。放热工况分为应急和调峰两种运行工况,当供热管网出现故障时,储热池作为应急热源为城市管网提供热量或在出现高寒天气时作为调峰热源为供热管网调峰,提高供热系统的稳定性。当电厂进行深度调峰时,蓄热池亦可作为补充热源,维持管网供水温度基本稳定,保证市区供热管网安全。

  此外,在供暖季期间,应加强对供热管网的监测和调节,及时发现和处理供热温度和压力的波动。通过长输项目能源站DCS控制平台和调度指挥中心智慧供热平台,结合电网调峰需求、各热源特性(调峰能力、响应速度)、储热状态、热负荷预测等信息,采取相应的调节措施,进行全局优化调度,保证供热的稳定性和舒适度。通过分布式光纤测漏技术,可及时发现长输供热管网泄漏情况;通过定期维护和巡检的方式,及时发现和处理设备故障和损坏,保证供热的安全性和可靠性。

  在电厂常态化调峰背景下保障长输供热管网安全运行,关键在于打破“热电耦合”。通过热电解耦技术应用、储能系统建设、智慧调度升级等多维举措,结合企业认知转型与多方协同机制,才能构建起适配调峰工况的供热保障体系。这不仅是对供热企业技术能力与管理水平的考验,还是关乎民生冷暖与能源安全的系统工程,需政企协同、技管并重,在变革中筑牢供热安全防线,为民生温暖与产业升级提供坚实支撑。

  (作者单位:临沂市新城热力集团)

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