中國北方供暖能耗和低碳發(fā)展路線
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根據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心建立的中國建筑能耗模型（CBEM）的研究成果，2017年，我國北方城鎮(zhèn)供暖能耗為2.01億tce（噸標(biāo)準(zhǔn)煤），占建筑能耗的21%。2001年~2017年，北方城鎮(zhèn)建筑供暖面積從50億m2（平方米）增長到140億m2，增加了將近2倍，能耗總量增加不到1倍。能耗總量的增長明顯低于建筑面積的增長，表明節(jié)能工作取得的顯著成績。平均單位面積供暖能耗從2001年的23kgce/m2（噸標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米）降低到2017年的14kgce/m2，降幅明顯。
能耗強(qiáng)度降低的主要原因有三個方面，即：建筑保溫水平提高、高效熱源方式占比提高和供熱系統(tǒng)效率提高。
一是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫水平提高。近年來，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部通過多種途徑提高建筑保溫水平，包括：建立覆蓋不同氣候區(qū)、不同建筑類型的建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系、從2004年年底開展節(jié)能專項(xiàng)審查工作、既有居住建筑節(jié)能改造等，使我國建筑的保溫水平整體得到大幅提高，起到了降低建筑實(shí)際需熱量的作用。
二是高效和清潔供暖熱源方式占比迅速提高�？傮w看來，隨著北方地區(qū)冬季清潔供暖工作的逐步推進(jìn)，高效的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖、區(qū)域鍋爐方式大量取代小型燃煤鍋爐房和戶式分散小煤爐，讓熱源的整體效率大幅提升。隨著煤改氣、煤改電政策的推廣，以燃?xì)鉃槟茉吹墓┡绞奖壤黾樱瑫r水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵的供暖面積也快速發(fā)展。此外，工業(yè)余熱供暖、生物質(zhì)供暖、太陽能供暖等可再生能源供暖方式也開始出現(xiàn)。
三是供暖效率提高。“十二五”以來，供暖系統(tǒng)節(jié)能增效改造以及清潔供暖工作的推進(jìn)使得各種形式的集中供暖系統(tǒng)效率得到整體提高。
我國清潔取暖政策新進(jìn)展
清潔取暖是解決我國社會主要矛盾的一個實(shí)踐。黨的十.九大提出，新時代我國社會主要矛盾是人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。當(dāng)前，北方開展的清潔取暖重大工程正是源于對這一矛盾的深刻認(rèn)識所提出的。
隨著城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，城市供暖的主要問題已經(jīng)從20年前的室溫低、高投訴、熱費(fèi)上繳率低等民生問題轉(zhuǎn)變成為室溫過熱、高能耗、降低污染物排放等面向生態(tài)文明發(fā)展的新要求。
從2016年年底到2019年年初的三個供暖季，中央和地方政府相繼出臺清潔取暖規(guī)劃、工作方案等，穩(wěn)步推進(jìn)清潔取暖工作進(jìn)程。
2016年12月21日，習(xí)*近.平總*書.記主持召開中*央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議并強(qiáng)調(diào)，推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖等6個問題，都是大事，關(guān)系廣大人民群眾生活，是重大的民生工程、民心工程。推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖，關(guān)系北方地區(qū)廣大群眾溫暖過冬，關(guān)系霧霾天能不能減少，是能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、農(nóng)村生活方式革命的重要內(nèi)容。要按照企業(yè)為主、政府推動、居民可承受的方針，宜氣則氣，宜電則電，盡可能利用清潔能源，加快提高清潔供暖比重。由此，“清潔取暖”首.次進(jìn)入全國視野，在北方地區(qū)引起廣泛討論。
2017年3月5日，國*.務(wù)院*李*克.強(qiáng)在政府工作報告中提出“堅決打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，并要求“推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖”，將“清潔取暖”推上了新高度。
隨后，國*.務(wù)院和地方政府加快制定發(fā)展清潔取暖的具體規(guī)劃和技術(shù)路線。
2017年12月5日，國*.務(wù)院印發(fā)了由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十個部委共同制定的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017年~2021年）》（以下簡稱《規(guī)劃》），明確了清潔取暖的定義，強(qiáng)調(diào)清潔取暖必須從熱源、熱網(wǎng)和用戶末端三個方面同時推進(jìn)、缺一不可，并提出了具體推進(jìn)策略，即因地制宜選擇供暖熱源、全面提升熱網(wǎng)系統(tǒng)效率、有效降低用戶取暖能耗。
根據(jù)自身特點(diǎn)、充分考慮居民的消費(fèi)能力，天津、河北、內(nèi)蒙古、北京、山西、吉林、黑龍江、河南、甘肅、遼寧、山東、青海等地在“十三五”規(guī)劃中均針對清潔取暖提出了各自的目標(biāo)和要求。
城鎮(zhèn)供暖低碳發(fā)展路線
建筑供暖要求的室溫是20℃左右，因此只要是能夠在20℃下釋放熱量的熱源，從原則上講都可以作為供暖熱源。建筑供暖應(yīng)以低品位能源為主，而燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、電鍋爐都是把高品位能源轉(zhuǎn)換為低品位熱量，會造成嚴(yán)重浪費(fèi)，因此不應(yīng)作為建筑供暖熱源。
目前，我國城鎮(zhèn)供熱熱源中仍有超過一半是各類鍋爐，這與節(jié)能低碳的要求完全不符。因此，北方供暖要實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展，必須徹底改變當(dāng)前的熱源模式，向以低品位熱源為主的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。
據(jù)統(tǒng)計，我國北方供暖面積為140億m2，未來將發(fā)展到200億m2，如何才能找到足夠的低品位熱源以滿足未來的供熱需求呢？
西部地區(qū)為了調(diào)節(jié)風(fēng)電、光電的變化，需要有足夠的火電為其調(diào)峰，已具備穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)電源。調(diào)峰火電的余熱可以作為西部地區(qū)冬季供熱的主要熱源。東部地區(qū)為了適應(yīng)終端用電末端的峰谷差變化，也需要足夠的火電作為調(diào)峰電源。這些火電的冬季余熱也成為東部北方地區(qū)的供熱熱源。
如果回收工業(yè)低品位余熱的50%、熱電聯(lián)產(chǎn)余熱的80%，則在供暖季至少可獲得35億GJ（吉焦）的余熱熱量。如果未來我國北方地區(qū)可接入城鎮(zhèn)集中供熱管網(wǎng)的建筑面積為160億m2，則平均每平方米可以獲得用于供暖的余熱0.22GJ/m2（吉焦/平方米）接近供暖平均需熱量的0.23GJ/m2。如果在終端再采用天然氣鍋爐或天然氣吸收式熱泵調(diào)峰，補(bǔ)充嚴(yán)寒期熱量，由天然氣提供0.02GJ/m2的熱量，那么只需要再補(bǔ)充110億m3（立方米）天然氣，就可以解決這160億m2城鎮(zhèn)建筑的供暖熱源。所需要的能源僅為110億m2天然氣和輸配工業(yè)與發(fā)電余熱的水泵電耗、約400億kWh（千瓦時），以及提取部分低品位熱量所需要的一些蒸汽和電力、約1200億kWh電力。按照發(fā)電煤耗計算，1600億kWh電力再加上110億m3天然氣，共折合燃煤5300萬tce、單位供熱能耗3.5kgce/m2，僅為目前北方地區(qū)供暖強(qiáng)度的1/4。這應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)供暖低碳節(jié)能的方向，而且與我國整體能源發(fā)展方向一致。
北方城鎮(zhèn)建筑的另外20%、約40億m2，由于各種原因不能與集中供熱網(wǎng)連接，則可以采用各類電動熱泵或燃?xì)獗趻鞝t分散供暖。如果兩種方式各占一半，則需要800億kWh電力和200億m3天然氣，折合5500萬tce。這樣，未來，在我國城鎮(zhèn)建筑面積達(dá)到200億m2后，總的供暖能耗為1.08億tce，僅為目前140億m2建筑面積供暖能耗的54%。
但是，需要注意的是，要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)必須解決以下兩個問題：
一是火電廠、產(chǎn)生工業(yè)余熱工廠的分布情況與需要供暖的城鎮(zhèn)建筑在地理位置上存在不匹配的問題。這一問題可通過熱量長途輸送的方式予以解決。經(jīng)分析表明，輸送半徑在150公里以內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)熱量產(chǎn)生與供暖需熱量之間的匹配。目前，國內(nèi)已有一批實(shí)際工程案例，運(yùn)行結(jié)果也顯示了這一技術(shù)的可行性和優(yōu)越性。
二是火電廠規(guī)劃的主要功能為電力調(diào)峰，當(dāng)冬季改為熱電聯(lián)產(chǎn)方式，在發(fā)電的同時還要承擔(dān)建筑供熱，存在如何滿足電力調(diào)峰需求的問題。這需要徹底改變目前火電廠熱電聯(lián)產(chǎn)的模式，變“以熱定電”的方式為“熱電協(xié)同”的方式。在火電廠安裝巨量的蓄熱裝置，同時通過電動熱泵和吸收式熱泵提升發(fā)電過程排出的低品位余熱，使發(fā)電過程產(chǎn)生的余熱能全部回收利用，在不改變電廠鍋爐蒸汽量的前提下大范圍調(diào)節(jié)對外輸出的電量。這種改造方式雖然設(shè)備投入較高，但是可以有效解決熱電廠存在的電與熱之間的矛盾。未來，我國北方地區(qū)的火電廠都同時肩負(fù)電力調(diào)峰和冬季供熱的任務(wù)，這種模式應(yīng)是未來北方火電廠的主要模式。
總之，從我國可再生能源為主、化石能源為輔的能源系統(tǒng)藍(lán)圖出發(fā)，可以得出我國北方地區(qū)城鎮(zhèn)的供暖熱源方式：主要依靠調(diào)峰用火電廠的低品位余熱以及鋼鐵、有色、化工、建材等工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的余熱，作為基礎(chǔ)供熱熱源承擔(dān)90%以上的總熱量和70%以上的*負(fù)荷，構(gòu)建北方地區(qū)熱能大聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。同時，輔之終端以燃?xì)鉃閯恿Φ恼{(diào)峰熱源，承擔(dān)30%左右的*負(fù)荷和不到10%的總熱量，構(gòu)建我國北方地區(qū)新型供熱熱源系統(tǒng)。
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