煤電硅谷用能管理論文
時間：2022-07-05 10:04:00
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摘要：本文對鄂爾多斯地區(qū)能源利用狀況和面臨問題進行了分析，并對在該地區(qū)采用太陽能、風能與天然氣、煤電互補的用能方案進行了分析。為當?shù)卦诓煌瑮l件下，選擇最佳用能方案提供參考。
關鍵詞：煤炭天然氣太陽能風能節(jié)能環(huán)保
0引言
可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，使得如何有效利用化石能源和可再生能源，開發(fā)新能源已經成為刻不容緩的全球性大課題。我國資源儲量豐富但人均占有量低于世界平均水平，我國已探明的煤炭儲量居世界第3位，天然氣儲量居第19位，石油儲量居第11位，水能儲量居第1位[2]，但還面臨石油和天然氣不足的問題。從2001年我國能源結構來看，煤炭占67.0％，石油和天然氣占26.1％，水電和核電占6.9％，這種以煤為主的消費結構將面臨環(huán)境保護和提高能源經濟效益的雙重壓力。能源問題的解決不但依賴國家制定合理的方針政策，更有依賴于地方制定具體的實施方案。位于我國西部的內蒙古鄂爾多斯地區(qū)，資源豐富，擁有我國最大的整裝氣田蘇格里氣田和世界上煤質最好的神府煤田、同時還具有豐富的太陽能和風能，是我國的“煤電硅谷”，肩負著向華北、東北、華東、華南供應煤炭和電力，并向日本、韓國、菲律賓、馬來西亞、美國出口精煤。該地區(qū)如何合理利用當?shù)刭Y源緩解國家能源壓力，同時保護尚未污染的大草原是開發(fā)西部所面臨的一個具有現(xiàn)實意義和長遠意義的課題。
鄂爾多斯地區(qū)的能源
鄂爾多斯地區(qū)的化石能源
鄂爾多斯地區(qū)位于內蒙古自治區(qū)西南部，是著名的“河套文化”發(fā)祥地。東西長約400公里、南北寬約340公里，總面積87428平方公里，西、北、東三面為黃河環(huán)繞，南臨古長城與黃土高原相連，與寧夏、陜西、山西三省毗鄰。
鄂爾多斯地區(qū)化石能源豐富。煤炭已探明儲量1496億噸（相當于1282億tce），約占全國已探明儲量的六分之一。現(xiàn)有大中型煤礦15座,煤炭年生產加工能力500萬噸。煤炭質量高：具有低灰、低硫、低磷、高熱值、高揮發(fā)分等突出特征，屬于優(yōu)質動力煤、汽化煤、冶金煤系列，被國內外稱為環(huán)保型的“綠色”潔凈煤。天然氣已探明儲量7504億立方米，其中蘇格里氣田是我國最大的整裝氣田，已探明儲量5000億立方米，預計可探明儲量將達7000億立方米。
鄂爾多斯地區(qū)的可再生能源
鄂爾多斯地區(qū)地處鄂爾多斯高原，日照資源極為豐富，僅次于青藏高原，按照太陽能資源的多少和利用情況分屬一類地區(qū)。年日照一般在2716-3194小時，年均實照時數(shù)為3008.9小時，由南向北逐漸增高，年日照百分率為67.8％。可照時數(shù)到冬至（12月21日或22日）時最短，一日一般為9小時左右，以后逐日增長，到夏至（6月21日或22日）時最長，一日一般為15小時，北部略高于南部。其它時間可照時數(shù)多在13至15小時。由該地區(qū)設立的太陽輻射站測量的實測值和理論計算可得，年平均太陽總輻射量為5.929×106KJ/m2，年際變化在5.748×106KJ/m2—6.037×106KJ/m2之間，變化幅度為2.89×105KJ/m2。太陽輻射的時間分布是：1月較少，后逐漸增多，5月達到最大值，為每日2.1×104KJ/m2以上；5月以后逐月減少，12月最低。全年平均氣溫為5.3-8.7℃。
表1鄂爾多斯地區(qū)月平均太陽輻射量和平均日照時數(shù)表
月份
1
2
3
4
5
6
輻射量×104（kJ/m2）
32.33
36.38
49.64
59.05
72.64
70.09
日照時數(shù)（h/m）
230.5
221.1
262.5
267.6
306.2
308.6
月份
7
8
9
10
11
12
輻射量×104（kJ/m2）
65.43
58.80
50.77
42.74
31.57
28.77
日照時數(shù)（h/m）
288.1
269.2
255.2
255.1
222.3
220.7
鄂爾多斯地區(qū)風能也極為豐富，年平均風速在3.0—4.3m/s之間。風速的年分布規(guī)律以春季為最大，多數(shù)地區(qū)在3.0-5.0m/s之間；夏冬季次之，多數(shù)地區(qū)在3.0-4.0m/s之間；秋季最小，一般在3.0m/s以下。大風日數(shù)平均為50天。大風日數(shù)的季節(jié)分配以春季為最多，占全年大風日數(shù)的40至50％，冬季大風日數(shù)占全年大風日數(shù)的16至32％，夏季大風日數(shù)占18至32％。大部分地區(qū)風速≥3m/s，日數(shù)約為220天左右，占全年總日數(shù)的60%。平均有效風能功率密度為150—200W/m2。風能儲量472MKWh。利用可再生資源有待開發(fā)。
表2鄂爾多斯地區(qū)歷年各月平均風速和大風日數(shù)表
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
平均風速
（m/s）
3.2
3.4
3.7
4.4
4.2
3.6
3.3
3.1
3.0
3.2
3.5
3.3
3.5
平均大風日數(shù)（d）
1.4
2.0
3.7
5.3
4.5
3.7
1.5
0.9
1.2
1.1
2.3
1.8
28.1
鄂爾多斯地區(qū)能源開發(fā)利用狀況
煤炭方面，地處鄂爾多斯地區(qū)的內蒙古伊泰煤炭股份有限公司是其主要開采企業(yè)，是內蒙古自治區(qū)最大的地方煤炭產、運、銷企業(yè)，現(xiàn)有大中型煤礦15座,在京包、包蘭、包神、大準鐵路沿線建設了9個現(xiàn)代化的煤炭加工發(fā)運站，煤炭年生產加工能力500萬噸，煤炭年運輸能力達800萬噸。煤炭供應華北、東北市場的同時，在秦皇島港、天津港、京唐港中轉下水，供應華東、華南等地區(qū)的電力和冶金市場，并出口日本、韓國、菲律賓、馬來西亞等國。
當?shù)卣岢鰧⒍鯛柖嗨勾蛟鞛橹袊摹懊弘姽韫取保衙禾烤偷剞D化為清潔能源電能。在1992年國家投資修建大型火電廠達旗電廠，把煤以電的形式輸出，實現(xiàn)了煤的高空傳輸，至今達旗電廠裝機容量已達到132萬KW，年發(fā)電量為79.55億KWh。目前，鄂爾多斯市境內發(fā)電裝機容量89.55萬KW，35KV及以上變電站53座，主變容量50萬千伏安，35KV及以上輸電線路59條。其中，除鄂爾多斯市境內自備發(fā)電機組（已投產5.9538萬KW）用于平衡本地區(qū)用電負荷外，幾乎八十余萬千瓦電力全部供應其它地區(qū)。2000年開始興建的托克托電廠是全亞洲最大的火力電廠，該電廠緊鄰鄂爾多斯，全部發(fā)電用煤均取至鄂爾多斯。鄂爾多斯已成為華北地區(qū)的一個重要能源基地。
天然氣的開發(fā)利用處在初級階段，圍繞天然氣和煤層氣的開發(fā)利用，鄂爾多斯市正在進行總投資達8.7億元，用于總長511公里的長呼天然氣管輸建設工程以及天然氣和煤層氣深加工的前期建設。在民用方面，實行市場經濟體制，鼓勵一些有投資實力的企業(yè)和個人創(chuàng)業(yè)，現(xiàn)在處于起步階級，在東勝區(qū)至2003年11月鋪設了天然氣的主管道。蘇里格氣田的發(fā)現(xiàn)，為國家實施“西氣東輸”提供了極具經濟價值的后備氣源，同時也為延伸產業(yè)鏈、提高天然氣的加工深度、發(fā)展有機化工和精細化工，提供了充足的原料。
太陽能的利用主要是使用戶用太陽能熱水器，提供用于洗浴、洗衣物和洗滌器皿等生活用水。太陽能采暖、太陽能發(fā)電和太陽能集熱器與建筑物的結合等應用非常有限。
風能主要在農牧地區(qū)得到利用，由于牧民居住分散，且居住區(qū)沒有國家電網，風力發(fā)電便于采用，但規(guī)模非常小，與風能的可利用程度相比非常有限。
總之，太陽能和風能的利用在處于起步階段。
能源利用面臨的問題
由于地處我國西部的內蒙古鄂爾多斯地區(qū)屬經濟欠發(fā)達地區(qū)，對煤炭進行粗加工、精加工的技術不成熟，目前主要通過鐵路以直接輸出原料為主，運輸困難，同時制約了當?shù)亟洕焖侔l(fā)展。
火電廠發(fā)電的效率在30％左右，能源利用率低，同時煤炭燃燒產生的SO2，COX，NOX和煙塵對環(huán)境污染不容忽視。整個鄂爾多斯地區(qū)每年發(fā)電燃煤約8.71×106t(熱值按1.672×104KJ/Kg計算)，每年由此產生的污染物分別為：SO2，COX和NOX為2.14×107t,灰渣排放量2.5×106t。
由于當?shù)孛禾抠Y源豐富，且相對天然氣和電價格低，無論集中供熱還是分散供暖幾乎全部采用燃煤，且分散式熱源的效率極低，如土暖氣鍋爐，冒出的濃煙中經常帶有紅火，產生大量污染物。與此同時，居民生活用熱也幾乎全部采用燃煤。例如東勝城區(qū)面積約2200平方公里，人口18萬，已有建筑面積約9.977×107m2，屬于小型城市。市區(qū)集中供熱主要三家企業(yè)承擔，分別為電廠、熱力站和鄂爾多斯羊絨集團動力廠，實現(xiàn)集中供熱的比率只有70%左右，采用小區(qū)鍋爐供熱和家用鍋爐供熱的用戶約占1/3。所有鍋爐幾乎采用褐煤（發(fā)熱量為16728kJ/Kg）作燃料，個別采用天然氣作燃料的用戶也僅限于商場和賓館為數(shù)不多的幾家，雖有用太陽能熱水器供生活熱水，但數(shù)量也很有限。
因此，作為能源豐富的我國未來的煤電硅谷和尚未污染鄂爾多斯大草原，在向國家作貢獻的同時，正面臨被嚴重污染的威脅。
對該地區(qū)用能方式的思考
世界新能源革命和能源結構優(yōu)質化趨勢，使得燃料多元化，設備小型微型化，冷熱電聯(lián)產化，網絡化，智能化控制和信息化管理，高標準的環(huán)保水平成為新一代能源系統(tǒng)的特征。位于我國西部的內蒙古鄂爾多斯地區(qū)擁有豐富的煤炭、天然氣、太陽能和風能資源，人口居住分散，具有良好的實現(xiàn)燃料多元化的自然條件，發(fā)展分布式能源系統(tǒng)對當?shù)靥貏e有利。
4.1發(fā)展熱電聯(lián)產，同時發(fā)展清潔生產技術，將現(xiàn)有火力發(fā)電廠改造為熱電廠，可以在為國家供應電力的同時，還可向當?shù)丶爸苓叺貐^(qū)供熱，取代中小燃煤鍋爐供熱5.9×107m2。減少SO2，COX和NOX排放量1.68×107t，灰渣排放量1.97×106t，相當于減少現(xiàn)在所有電廠污染物的79％。發(fā)展熱電聯(lián)產是提高能源利用率，節(jié)約能源減少污染的有效途徑。
4.2東勝城區(qū)分散燃煤鍋爐供熱面積約2.3×107m2（按100W/m2計算），每年用煤約為2.7×106t。現(xiàn)有人口18萬，按四口之家，液化氣普及率為40％計算，每年炊事用煤約為392t。如利用天然氣，取代分散燃煤鍋爐供熱和戶用炊事用煤，減少SO2，COX和NOX排放量6.6×106t，灰渣排放量7.1×105t。
4.3發(fā)展分布式能源系統(tǒng)，利用太陽能與天然氣、煤、電互補供暖、供生活用熱。就目前太陽能熱水器應用的實踐表明，熱水溫度可達90℃以上，僅用太陽能與天然氣互補代替分散供暖，就可減少SO2，COX和NOX排放量8.2×106t，灰渣排放量8.9×105t。如果我國太陽能、風能利用技術有大的突破，能源利用的潛力非常可觀。因此，可再生能源的利用是節(jié)約化石能源、將當?shù)匚廴緶p少到最低的有效途徑。
5結論
我國未來的煤電硅谷和尚未污染的大草原鄂爾多斯地區(qū)，在向國家作貢獻的同時，正面臨被嚴重污染的威脅。而供電改為熱電聯(lián)供、當?shù)刎S富的清潔能源天然氣和可再生能源的開發(fā)與利用，是保護這片草原的資源和環(huán)境的最有效途徑。
參考文獻
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