中國北方供暖能耗和低碳發(fā)展路線(xiàn)
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根據清華大學(xué)建筑節能研究中心建立的中國建筑能耗模型（CBEM）的研究成果，2017年，我國北方城鎮供暖能耗為2.01億tce（噸標準煤），占建筑能耗的21%。2001年~2017年，北方城鎮建筑供暖面積從50億m2（平方米）增長(cháng)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(cháng)明顯低于建筑面積的增長(cháng)，表明節能工作取得的顯著(zhù)成績(jì)。平均單位面積供暖能耗從2001年的23kgce/m2（噸標準煤/平方米）降低到2017年的14kgce/m2，降幅明顯。
能耗強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效率提高。
一是建筑圍護結構保溫水平提高。近年來(lái)，住房和城鄉建設部通過(guò)多種途徑提高建筑保溫水平，包括：建立覆蓋不同氣候區、不同建筑類(lèi)型的建筑節能設計標準體系、從2004年年底開(kāi)展節能專(zhuān)項審查工作、既有居住建筑節能改造等，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。總體看來(lái)，隨著(zhù)北方地區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、區域鍋爐方式大量取代小型燃煤鍋爐房和戶(hù)式分散小煤爐，讓熱源的整體效率大幅提升。隨著(zhù)煤改氣、煤改電政策的推廣，以燃氣為能源的供暖方式比例增加，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(yáng)能供暖等可再生能源供暖方式也開(kāi)始出現。
三是供暖效率提高。“十二五”以來(lái)，供暖系統節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(huì )主要矛盾的一個(gè)實(shí)踐。黨的十.九大提出，新時(shí)代我國社會(huì )主要矛盾是人民日益增長(cháng)的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。當前，北方開(kāi)展的清潔取暖重大工程正是源于對這一矛盾的深刻認識所提出的。
隨著(zhù)城鎮化的快速推進(jìn)，城市供暖的主要問(wèn)題已經(jīng)從20年前的室溫低、高投訴、熱費上繳率低等民生問(wèn)題轉變成為室溫過(guò)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清潔取暖規劃、工作方案等，穩步推進(jìn)清潔取暖工作進(jìn)程。
2016年12月21日，習*近.平總*書(shū).記主持召開(kāi)中*央財經(jīng)領(lǐng)導小組第十四次會(huì )議并強調，推進(jìn)北方地區冬季清潔取暖等6個(gè)問(wèn)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)北方地區冬季清潔取暖，關(guān)系北方地區廣大群眾溫暖過(guò)冬，關(guān)系霧霾天能不能減少，是能源生產(chǎn)和消費革命、農村生活方式革命的重要內容。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)入全國視野，在北方地區引起廣泛討論。
2017年3月5日，國*.務(wù)院*李*克.強在政府工作報告中提出“堅決打好藍天保衛戰”，并要求“推進(jìn)北方地區冬季清潔取暖”，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劃和技術(shù)路線(xiàn)。
2017年12月5日，國*.務(wù)院印發(fā)了由住房和城鄉建設部等十個(gè)部委共同制定的《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017年~2021年）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規劃》），明確了清潔取暖的定義，強調清潔取暖必須從熱源、熱網(wǎng)和用戶(hù)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)系統效率、有效降低用戶(hù)取暖能耗。
根據自身特點(diǎn)、充分考慮居民的消費能力，天津、河北、內蒙古、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”規劃中均針對清潔取暖提出了各自的目標和要求。
城鎮供暖低碳發(fā)展路線(xiàn)
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。建筑供暖應以低品位能源為主，而燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、電鍋爐都是把高品位能源轉換為低品位熱量，會(huì )造成嚴重浪費，因此不應作為建筑供暖熱源。
目前，我國城鎮供熱熱源中仍有超過(guò)一半是各類(lèi)鍋爐，這與節能低碳的要求完全不符。因此，北方供暖要實(shí)現低碳發(fā)展，必須徹底改變當前的熱源模式，向以低品位熱源為主的能源結構轉型。
據統計，我國北方供暖面積為140億m2，未來(lái)將發(fā)展到200億m2，如何才能找到足夠的低品位熱源以滿(mǎn)足未來(lái)的供熱需求呢？
西部地區為了調節風(fēng)電、光電的變化，需要有足夠的火電為其調峰，已具備穩定的優(yōu)質(zhì)電源。調峰火電的余熱可以作為西部地區冬季供熱的主要熱源。東部地區為了適應終端用電末端的峰谷差變化，也需要足夠的火電作為調峰電源。這些火電的冬季余熱也成為東部北方地區的供熱熱源。
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(lái)我國北方地區可接入城鎮集中供熱管網(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峰，補充嚴寒期熱量，由天然氣提供0.02GJ/m2的熱量，那么只需要再補充110億m3（立方米）天然氣，就可以解決這160億m2城鎮建筑的供暖熱源。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)電煤耗計算，1600億kWh電力再加上110億m3天然氣，共折合燃煤5300萬(wàn)tce、單位供熱能耗3.5kgce/m2，僅為目前北方地區供暖強度的1/4。這應該是實(shí)現城鎮供暖低碳節能的方向，而且與我國整體能源發(fā)展方向一致。
北方城鎮建筑的另外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(lèi)電動(dòng)熱泵或燃氣壁掛爐分散供暖。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(wàn)tce。這樣，未來(lái)，在我國城鎮建筑面積達到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)現上述目標必須解決以下兩個(gè)問(wèn)題：
一是火電廠(chǎng)、產(chǎn)生工業(yè)余熱工廠(chǎng)的分布情況與需要供暖的城鎮建筑在地理位置上存在不匹配的問(wèn)題。這一問(wèn)題可通過(guò)熱量長(cháng)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?xún)染涂梢詫?shí)現熱量產(chǎn)生與供暖需熱量之間的匹配。目前，國內已有一批實(shí)際工程案例，運行結果也顯示了這一技術(shù)的可行性和優(yōu)越性。
二是火電廠(chǎng)規劃的主要功能為電力調峰，當冬季改為熱電聯(lián)產(chǎn)方式，在發(fā)電的同時(shí)還要承擔建筑供熱，存在如何滿(mǎn)足電力調峰需求的問(wèn)題。這需要徹底改變目前火電廠(chǎng)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(chǎng)安裝巨量的蓄熱裝置，同時(shí)通過(guò)電動(dòng)熱泵和吸收式熱泵提升發(fā)電過(guò)程排出的低品位余熱，使發(fā)電過(guò)程產(chǎn)生的余熱能全部回收利用，在不改變電廠(chǎng)鍋爐蒸汽量的前提下大范圍調節對外輸出的電量。這種改造方式雖然設備投入較高，但是可以有效解決熱電廠(chǎng)存在的電與熱之間的矛盾。未來(lái)，我國北方地區的火電廠(chǎng)都同時(shí)肩負電力調峰和冬季供熱的任務(wù)，這種模式應是未來(lái)北方火電廠(chǎng)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藍圖出發(fā)，可以得出我國北方地區城鎮的供暖熱源方式：主要依靠調峰用火電廠(chǎng)的低品位余熱以及鋼鐵、有色、化工、建材等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的余熱，作為基礎供熱熱源承擔90%以上的總熱量和70%以上的*負荷，構建北方地區熱能大聯(lián)網(wǎng)系統。同時(shí)，輔之終端以燃氣為動(dòng)力的調峰熱源，承擔30%左右的*負荷和不到10%的總熱量，構建我國北方地區新型供熱熱源系統。
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