引言为了推动能源行业结构的优化升级，进一步提升煤电机组清洁高效灵活运行的水平，助力全国碳达峰碳中和目标如期实现[1]，山东省某电厂根据集团公司要求编制供热系统改造规划，在规划指导下有序推进技术改造工作。规划前期的热负荷分析工作包括调研该电厂周边50 km内的热源点、高耗能企业情况，落实周边外部市场的需求情况，结合周边县市供热发展规划，确定该电厂周边市场未来10年内的需求情况。根据供热介质和参数、供热指标，对工业供汽和居民采暖热负荷分类进行统计和策划，为制定该电厂供热系统改造发展规划提供热负荷数据支撑。1电厂概况电厂距所在县城10 km，距所在地级市市区45 km。现有2台650 MW机组，1号机组2006年12月并网发电，2号机组2007年5月投产发电。锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的超临界参数变压运行燃煤直流锅炉，型号为HG1913/25.4/571/569-YM。汽轮机由上海汽轮机厂设计制造，型号为N650-24.2/566/566，为超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式、八级回热抽汽。电厂已完成汽轮机通流改造、中压缸抽汽改造、冷再抽汽改造、中调门参调热再对外抽汽改造等项目。随着近年来机组利用时长降低和调峰力度加大，难以满足不断扩大的供热市场需求。2周边供热现状分析2.1供热现状概况2.1.1供热居民供暖现状电厂所在县城区以该电厂作为民生供暖唯一热源，供热运营企业为该县某国有热力公司，2020~2021年采暖季入网面积达410万m2，实际供暖收费面积为360万m2，已基本实现集中供热全覆盖。电厂所在地级市北部某辖区（距离该电厂45 km）现有建筑面积3 024万m2，供热运营企业为该市某国有热力公司，现状热源为市1#热源、市2#热源提供的高温水，2020~2021年采暖季入网面积达2 650万m2。其中，市1#热源区域1 865万m2、市2#热源区域785万m2。实际供热收费面积为1 455万m2，市1#热源区域883万m2，市2#热源区域572万m2。该电厂为所在地级市北部某辖区潜在供暖热源。上述区域采暖供热系统为高温热水管网间接连接。2.1.2工业供汽现状电厂周边区域的工业供汽市场主要为食品加工和木材加工企业。目前，自电厂引出6路工业供汽管网，供汽量约3 000~4 000 t/d（折合最大233 t/h，平均145 t/h）。现状供热运营企业为5家供汽热力公司。电厂近期潜在供汽用户主要有城区西部木业产业园、城区东部的制药公司、县经济开发区等，潜在工业蒸汽市场巨大。现状工业蒸汽供热系统为蒸汽管网直接连接。2.1.3电厂现状供热能力分析该电厂热源设计最大供汽量为0.6~1.2 MPa蒸汽2×750 t/h，平均供汽量为0.6~1.2 MPa蒸汽2×500 t/h。目前，电厂实际对外工业供汽量为145~233 t/h，采暖供汽量为190~270 t/h。因电网调度需求及检修，每年有1~2个月单机运行。在厂内机组实施挖潜供热改造前，热源侧稳定供汽能力余量140~280 t/h。2.2周边主要热源现状经调研，该电厂周边50 km内共有热源点4家，分别为县1#热源、县2#热源、市1#热源、市2#热源。县1#热源位于该电厂北部5.5 km处的某镇工业园，装机规模为1×150 t/h循环流化床锅炉，配置1×B12 MW+1×B15 MW背压机组，主要为该镇工业园企业和集团内部两家造纸企业供应蒸汽，目前已基本满负荷。县2#热源位于所在县城东北角，距电厂11 km，为制药企业自备电厂，装机规模为5×75 t/h锅炉，配置2×C15 MW机组。目前只运行两台75 t/h锅炉以满足企业自用，不对外供热。根据调研，县2#热源即将关停，企业已向该电厂提出用汽申请。市1#热源位于所在地级市北部，为焦化余热发电，现有3×C12 MW+2×B50 MW+1×C25 MW机组和9台锅炉，总供热能力1 200万m2。热源通过该市某国有热力公司高温水管网向该市北部某辖区部分区域供热，2021年实际供热面积883万m2。市2#热源位于所在地级市南部，全厂共6台机组。其中，1、2号机组容量为350 MW，3、5、6、7号机组容量为140 MW。1号机组为中排抽汽供热，2、3号机组为切缸供热，5、6、7号机组为高背压供热，全厂供暖能力约2 565万m2。热源主要通过控股供热企业和趸售供热企业对城市供热，已建成4条高温水供热主管网，基本覆盖该地级市的中心城区。2021年采暖季入网供热面积达3 989万m2，实际供热面积为2 426万m2。其中，市2#热源在北部某辖区实际供热面积为572万m2。比较全厂实际供热能力和实际供热面积，目前市2#热源富裕能力仅139万m2。2.3供热现状存在问题所在县城换热首站供热能力接近饱和。县城现有换热首站设计供热能力500万m2，根据2020年实际运行情况，首站供热能力已趋近于饱和。随着负荷的增长，2022年采暖季以后现有供热设施将难以满足供热需求。所在地级市北部某辖区近期存在巨大的民用采暖供热缺口。所在地级市北部某辖区现有建筑面积共3 024万m2，2020~2021年采暖季入网面积为2 650万m2。根据预测，未来10年内该辖区集中供热需求增长迅速，远远超出该辖区现有两家趸售热源的供热能力。特别是市2#热源因地级市中心城区自有供热范围内用热增长迅速，供需矛盾突出，向地级市北部某辖区趸售供热的压力越来越大。电厂周边工业供汽市场尚有较大开发潜力。根据调研，县经济开发区工业用热需求稳定，随着环保政策趋严，县2#热源即将关停，东部开发区工业用户将面临热源缺失的问题。应加快该电厂热能开发利用进度，将富余蒸汽尽快引入城东工业园和经济开发区，解决区内工业用汽需求。电厂所在地级市西郊工业园、木业集中区由于集中热源缺失，区内用汽企业基本处于停产状态。因此，该电厂周边工业供汽市场尚有较大开发潜力。3热负荷分析3.1热源供热区域该电厂10年内可以承担的热负荷区域范围包括现状已供热负荷和近、远期新增热负荷。根据《某县城镇供热专项规划》和《某市能源发展“十四五”规划》，该电厂可以承担的采暖热负荷主要涉及所在县城区和所在地级市北部某辖区，工业热负荷主要涉及该电厂周边部分乡镇工业园区、县制药企业、经济开发区、临近县部分乡镇工业园区、地级市木业集群等。3.2规划采暖热负荷3.2.1规划供热面积（1）所在县城区。近期规划供热面积：根据热负荷发展情况，经现场实际调研，县城区近期2026年前计划新接入供暖面积总计约181.5万m2。近期规划至2026年县城区总供热面积将达到410+181.5=591.5万m2。远期规划供热面积：根据总体规划预测，远期至2031年县城区总供热面积将达到1 218万m2。（2）至所在地级市北部某辖区。近期规划供热面积：近期该电厂热源计划敷设一路主管径2×DN1 400、总长约43.6 km的长输供热管网至所在地级市北部某辖区，该长输管网近期规划的供热面积结合该辖区新增用户及发展速度测算。2020~2021年采暖季该辖区现状已入网建筑面积达2 650万m2，实际供热面积1 455万m2。根据实际用热率增长速度，至2026年现状已入网建筑实际供热面积可达1 680万m2。该辖区近年来每年新增入网面积约210万m2，近期至2026年累计新增入网面积约1 260万m2，新增供热面积约958.4 m2。该辖区东北部的高铁片区现状亟须供热的建筑面积为307.5万m2，预测2026年高铁片区近期集中供热面积约215.3万m2。该辖区西北部的某镇现状亟须供热的建筑面积为114.4万m2，预测2026年该镇近期集中供热的面积约为80.3万m2。长输管网沿途经过所在县城区、3个乡镇等中心镇区，上述镇区木业加工业发达、人口密集、经济条件较好，长输管网可沿途预留分支，以解决镇区现状及未来清洁采暖需求。沿途距长输管网较近、较为集中的建筑面积约73万m2，预测2026年近期集中供热面积约51万m2。该电厂热源长输供热管网至所在地级市北部某辖区近期规划供热面积为2 985万m2。管网建成投运后，引入该电厂为基础热源，该电厂和市1#热源联合供热，将市1#热源燃煤蒸汽换热首站改造为蒸汽驱动大温差能源站，降低长输管网回水温度，实现大温差长输供热[2]。近期该电厂和市1#热源承担供热面积2 480万m2，市2#热源承担505万m2。远期规划供热面积：根据预测，远期至2031年该辖区总供热面积约2 800万m2，该辖区东北部的高铁片区约1 200万m2，总供热面积将达到4 000万m2。远期该电厂、市1#热源、市2#热源联网联供所在地级市北部辖区。研究范围内规划集中供热面积如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.006.T001表1研究范围内规划集中供热面积项目近期2026年远期2031年合计3 576.55 218所在县城区591.51 218至所在地级市北部某辖区2 985.04 000万m23.2.2采暖热指标根据相关行业标准[3-4]，考虑新增热负荷绝大多数为节能建筑以及长输管网的因素，按照不同建筑类型热指标取值及建筑面积占比计算，确定折算到该电厂新建供热首站的近期采暖综合热指标取值为44 W/m2，远期采暖综合热指标取值为42 W/m2。3.2.3规划采暖热负荷根据表1研究范围内规划集中供热面积汇总数据，结合采暖综合热指标取值，研究区域内近期和远期规划采暖热负荷统计结果如表2和表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.006.T002表2研究区域内近期规划采暖热负荷统计结果区域采暖总热负荷/MW采暖热负荷/(GJ/h)合计1 573.75 665.1所在县城区260.3936.9至所在地级市北部某辖区1 313.44 728.210.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.006.T003表3研究区域内远期规划采暖热负荷统计结果区域采暖总热负荷/MW采暖热负荷/(GJ/h)合计2 191.67 889.6所在县城区511.61 841.6至所在地级市北部某辖区1 680.06 048.03.3规划工业热负荷3.3.1近期工业热负荷根据调研，随着该电厂至所在地级市西郊工业园30 km工业供汽管道项目和该电厂至城区西部木业产业园工业供汽管道项目的投运，至2026年电厂周边30 km范围内需要承担的平均工业用汽量将达到1 011 t/h。考虑5%的管网漏损和0.85的同时使用系数，并折算到热源出口，得出近期设计工业热负荷最大用汽量为1 198.8 t/h，平均用汽量为902.5 t/h。3.3.2远期工业热负荷根据预测，至2031年电厂周边30 km范围内需要承担的平均工业用汽量将达到1 270 t/h，考虑5%的管网漏损和0.85的同时使用系数，并折算到热源出口，得出远期设计工业热负荷最大用汽量为1 545.8 t/h，平均用汽量为1 144.9 t/h。4供热系统改造发展规划根据该电厂10年内可以承担的热负荷区域范围内的现状已供热负荷和近、远期新增热负荷，确定该电厂周边外部市场需求情况，并结合当地相关规划，制定该电厂10年内供热系统改造规划方案。4.1近期改造规划近期按照整体统筹、分步实施的原则进行厂内居民采暖和工业供汽供热能力提升改造。2022~2023年，规划对2台机组进行低压缸零出力供热改造[5]。改造后单机采暖供热能力达732.36 MW，折合供热面积1 653万m2，双机采暖供热能力达3 306万m2，作为供热区域内的居民采暖基础热源。2022~2023年度，启动新建首站建设工作，新增供热能力1 500万m2，满足短期采暖供热需求。2024~2025年，扩建供热首站，增加1 500万m2面积供热能力，满足近期采暖供热需求。2023~2024年，进行厂内工业供热管线整合。2025~2026年，进行厂内机组工业供热改造，改造后单机最大工业供汽能力达到600 t/h，满足近期最大工业供汽需求[6]。4.2远期改造规划远期根据负荷发展适时新建高效抽背机组，从根本上解决热源不足的问题，同时解决远期新增居民采暖和工业供汽需求。远期配套外网进行大温差供热改造[7]，提升管网供热能力，满足远期供热区域内采暖供热需求。5结语在碳达峰碳中和目标背景下，常规燃煤发电机组节能减排压力巨大，亟须进行改造升级。为了确保电厂在未来政策导向下获得更大生存空间，提升企业盈利水平，对该电厂未来10年内工业供汽和居民采暖热负荷需求进行分析和策划。根据热负荷分析，随着电厂所在县城区和所在地级市北部某辖区以及电厂周边工业园区工业供热需求的增长，区域内热源供需矛盾日益突出，该电厂实施供热系统改造有足够的负荷支撑，具有很强的必要性和迫切性。