中國(guó)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(guó)建筑能耗模型（CBEM）的研究成果，2017年，我國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)明顯低于建筑面積的增長(zhǎng)，表明節(jié)能工作取得的顯著成績(jī)。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(gè)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(jì)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(guó)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�，同時(shí)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(guó)清潔取暖政策新進(jìn)展
清潔取暖是解決我國(guó)社會(huì)主要矛盾的一個(gè)實(shí)踐。黨的十.九大提出，新時(shí)代我國(guó)社會(huì)主要矛盾是人民日益增長(zhǎng)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(duì)這一矛盾的深刻認(rèn)識(shí)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(gè)供暖季，中央和地方政府相繼出臺(tái)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(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會(huì)議并強(qiáng)調(diào)，推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖等6個(gè)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(dòng)、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(guó)視野，在北方地區(qū)引起廣泛討論。
2017年3月5日，國(guó)*.務(wù)院*李*克.強(qiáng)在政府工作報(bào)告中提出“堅(jiān)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(guó)*.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(guó)*.務(wù)院印發(fā)了由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十個(gè)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(jiǎn)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(gè)方面同時(shí)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(duì)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(huì)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(guó)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(jì)，我國(guó)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(guó)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(shí)），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(jì)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(guó)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(dòng)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(guó)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(gè)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(zhǎng)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(guó)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(shí)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(shí)通過電動(dòng)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(duì)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(guó)北方地區(qū)的火電廠都同時(shí)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(guó)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(guó)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(shí)，輔之終端以燃?xì)鉃閯?dòng)力的調(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(guó)北方地區(qū)新型供熱熱源系統(tǒng)。
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