“黑科技”温暖一座座城

2021-11-24 12:19:08

今年冬天,“暖核一号”在山东省海阳市提前6天投运,供暖面积覆盖全城区、惠及20万居民。居民的取暖费每平方米较往年下调了1元钱,海阳也成为全国首个“零碳”供暖城市。

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受能源价格上涨、寒潮等多重因素叠加影响,今年我国能源供应方面压力较大。对此,国家发展改革委明确表示,今冬明春民生用电和用气全额保障没有问题。

在今年能源保供攻坚战中,一些“黑科技”表现非常亮眼,成为这个采暖季里保障民生的关键力量。

“智慧矿山”

“真来劲!像操作一个大玩具一样,动动手指头,就把巷道给掘了。”矿井下的集控室里,中国中煤能源集团公司(以下简称“中煤集团”)下属大屯公司姚桥煤矿的综掘机司机武士新轻轻推动操作杆,150米开外的综掘机立刻根据指令“指哪打哪”,自行开到迎头,找准角度,沿断面成型轨迹进行截割。“与普通综掘工作面相比,智能化掘进快速、安全,提高了施工人员的安全系数和工作效率,降低了作业人员的劳动强度。”该矿生产技术科掘进主任工程师王念雷说。

这样的场景正在姚桥煤矿多个采区上演。该项远距离“可视化”遥控作业,能将综掘机实时工作画面传至井下和地面集控中心,依据综掘机司机预设的轨迹定位截割,做到高标准一次做成巷道。并且,当综掘机启动后工作人员误入截割区域时,会自动预警、停机操作,避免人员伤害,提高了综掘机的安全水平。

以前的井下是“信息孤岛”,而现在,在地面上就能采煤。无论是百米井下工作面,还是地面选运装煤流系统,姚桥煤矿处处是忙而有序的生产景象:智能采煤、记忆割煤、快速掘进;地面生产指挥中心,远程集中控制、一键启停、各系统联调联动……目前,姚桥煤矿采煤三队7260工作面采煤动作全部自动完成,与传统开采模式相比,智能开采将职工从危险性较高的采煤工作面转移到安全环境较好的顺槽监控中心和地面远控中心,使单班作业人数减少一半。

因地质条件的复杂性和起伏坡度的不同,让各地区的矿山智能化建设“因地制宜”。例如,在中煤集团西北能源公司纳林河二号矿井智能化工作面,“记忆割煤”完全不能适用,“要做就做纯粹的智能化,如果割煤过程中还要人工干预,那最多只能算半智能、半自动。”为此,综采二队创造性地探索出“程序割煤”技术,即根据煤层走向在集控中心输入目标刀数据,对煤机在工作面的路径进行规划,保证了顶、底板平滑过渡,提高了工程质量。

随着智能化工作面的建成,特别是在“程序割煤”技术投用以来,工作面产量较之前提高30%,人均功效提高3倍以上。井下泵站、皮带、转载机、运输机等设备均可以“一键启动”,综采二队生产班人数由之前的14人降低到6人,冲击风险区域不再用固定人员值守,最大程度实现“减人、减负、减流程”。中煤集团表示,至今年年底,将建成6处国家首批智能化示范煤矿,井下固定岗位全部实现无人值守和远程监控。至2022年年底,中煤集团所属矿井将全部实现智能化生产。

煤电灵活性提升“利器”——低压缸零出力技术

位于黑龙江省小兴安岭腹地的伊春市,冬季严寒漫长,极端天气时最低温度达零下40℃。作为市中心城区唯一主力电源和热源,中国华能集团有限公司下属华能伊春热电有限公司承担着为当地20万人、1399万平方米供热面积稳定供电、供热的艰巨任务。

然而,对于承担冬季供热任务的传统煤电机组而言,在深寒期想提升供热温度,往往是“心有余而力不足”。华能伊春热电总经理王文钢表示,“以热定电”的运行问题一直困扰着东北地区的煤电企业,即传统供热机组的供热量与发电量成正比,而冬季(低谷时段)的社会用电量限制了发电量,导致供热量上不去。特别是在新能源高比例接入的情况下,煤电兜底保供和应急备用的调峰作用受限。

华能西安热工研究院研发的低压缸零出力技术,就是解决火电运行灵活性问题,达到高效供热的“黑科技”。该技术可以突破低压缸最小进气流量限制,仅用每小时约20吨的冷却蒸汽,实现低压缸“近零”出力运行。“在必要时将低压缸的发电能力完全转为供热能力,实现低压缸零出力在线灵活切换,从而增大机组对外供热能力和深度调峰能力。”西安热工院节能公司总经理居文平说。

2019年,华能伊春热电先后完成两台机组低压缸零出力的改造,解决了电、热产出高度关联的困扰,让更多能量进入供热系统以提升温度。“据实际测算,在50%发电负荷的同等条件下,两台机组低压缸零出力运行方式可增加供热能力184.4兆瓦,增加供热面积348万平方米,为伊春全市安全稳定供热提供了更为坚实的技术保障。”王文钢说。

“家里温度在24℃左右,供暖非常好。”家住伊春市尚河富都小区的王成龙告诉中青报·中青网记者,以前每到夜里室内温度就会下降,“前年开始,情况改善很明显,现在即使是夜里,室内温度仍然非常均衡,很舒适。”

据华能伊春热电生产部主任孙明兴介绍,从2019年至今的供暖季,双机低压缸零出力运行方式为电网调节和供热保障起到关键作用,特别是夜间电网调峰时段,可降低发电负荷68.16兆瓦,减少电量富裕压力,保证电网安全运行,同时提升供热出力,保证对外供热量充足可调,居民室内采暖舒适度明显提高。

截至今年10月,低压缸零出力技术已累计应用于国内130余台机组灵活供热改造,预计每年可提高清洁能源发电消纳能力39亿度,可节约120余万吨标准煤,减少二氧化碳排放260余万吨。

暖核一号

这个冬天,从山东再度传来好消息:国家电力投资集团有限公司(以下简称“国家电投”)“暖核一号”——国家能源核能供热商用示范工程二期450万㎡项目,在海阳市提前6天投运,供暖面积覆盖全城区、惠及20万居民。同时,海阳居民住宅取暖费每平方米较往年下调了1块钱,是真正清洁、安全、稳定、高效的惠民工程。海阳也成为全国首个“零碳”供暖城市。

早在2018年海阳核电1号机组商运当年,国家电投子公司山东核电就提出了核能供热的构想,在国内率先开展大型压水堆热电联产研究与实践。2019年,70万㎡供热项目作为我国首个核能供热商用工程投运,被国家能源局命名为“国家能源核能供热商用示范工程”。

海阳核电站1号机组已成为世界上最大的热电联产机组,取代了当地12台燃煤锅炉,每个供暖季可节约原煤10万吨、减排二氧化碳18万吨,相当于种植阔叶林1000公顷,并将原本要排放到环境中的130万吉焦的余热,用于供暖,有效改善区域大气环境和海洋生态环境。

“暖核一号”是如何供热的?国家电投山东核电有限公司董事长吴放表示,“暖核一号”是由国家电投自主开发的具有完全自主知识产权的核能零碳供热技术,大型核电站供热原理是从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源(热源没有放射性),通过厂内换热首站、厂外供热企业换热站进行多级换热,再经市政供热管网将热量传递至最终用户。

关于核能供热是否有安全隐患的问题,吴放说:“多级换热过程中没有介质交换,因此不用担心会发生放射性物质泄漏等问题。”核能供暖和煤电厂供暖都是电厂余热的利用,供暖方、采暖方之间只有热量交换,不存在其他任何介质传输。“整个过程中,只发生了蒸汽加热水和水加热水两个步骤。”吴放说。

海阳核能供热迈出了我国核能综合利用的第一步。国家能源局副局长余兵强调,要将核能供暖作为构建北方地区清洁高效、多元供暖体系的一种全新选择。目前,在浙江省海盐县,以秦山核电站为依托的核能供暖节能工程示范项目正在推进建设,黑龙江、吉林、辽宁等地小型模块化供热堆、大型热电联产核电项目也在开展项目前期工作。业内分析人士认为,随着我国降碳和清洁取暖进程加快,核能供热正迎来全新发展的“窗口期”。

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