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江億:我國北方供暖能耗和低碳發展路線
2019-07-25 13:14:24    暖通家    來源: 暖通家
  根據清華大學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50億平方米增長到140億平方米,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,表明節能工作取得的顯著成績。平均單位面積供暖能耗從2001年的23噸標準煤/平方米降低到2017年的14噸標準煤/平方米,降幅明顯。
  
  能耗強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效率提高。
  
  一是建筑圍護結構保溫水平提高。近年來,住房和城鄉建設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、不同建筑類型的建筑節能設計標準體系、從2004年年底開展節能專項審查工作、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,隨著北方地區冬季清潔供暖工作的逐步推進,高效的熱電聯產集中供暖、區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,以燃氣為能源的供暖方式比例增加,同時水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵的供暖面積也快速發展。此外,工業余熱供暖、生物質供暖、太陽能供暖等可再生能源供暖方式也開始出現。
  
  三是供暖效率提高。“十二五”以來,供暖系統節能增效改造以及清潔供暖工作的推進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展  
  清潔取暖是解決我國社會主要矛盾的一個實踐。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展之間的矛盾。當前,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識所提出的。
  
  隨著城鎮化的快速推進,城市供暖的主要問題已經從20年前的室溫低、高投訴、熱費上繳率低等民生問題轉變成為室溫過熱、高能耗、降低污染物排放等面向生態文明發展的新要求。
  
  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劃、工作方案等,穩步推進清潔取暖工作進程。
  
  2016年12月21日,習近平總書記主持召開中央財經領導小組第十四次會議并強調,推進北方地區冬季清潔取暖等6個問題,都是大事,關系廣大人民群眾生活,是重大的民生工程、民心工程。推進北方地區冬季清潔取暖,關系北方地區廣大群眾溫暖過冬,關系霧霾天能不能減少,是能源生產和消費革命、農村生活方式革命的重要內容。要按照企業為主、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”首次進入全國視野,在北方地區引起廣泛討論。
  
  2017年3月5日,國務院總理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,國務院和地方政府加快制定發展清潔取暖的具體規劃和技術路線。
  
  2017年12月5日,國務院印發了由住房和城鄉建設部等十個部委共同制定的《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017年~2021年)》(以下簡稱《規劃》),明確了清潔取暖的定義,強調清潔取暖必須從熱源、熱網和用戶末端三個方面同時推進、缺一不可,并提出了具體推進策略,即因地制宜選擇供暖熱源、全面提升熱網系統效率、有效降低用戶取暖能耗。
  
  根據自身特點、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一半是各類鍋爐,這與節能低碳的要求完全不符。因此,北方供暖要實現低碳發展,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140億平方米,未來將發展到200億平方米,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?
  
  西部地區為了調節風電、光電的變化,需要有足夠的火電為其調峰,已具備穩定的優質電源。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。
  
  如果回收工業低品位余熱的50%、熱電聯產余熱的80%,則在供暖季至少可獲得35億吉焦的余熱熱量。如果未來我國北方地區可接入城鎮集中供熱管網的建筑面積為160億平方米,則平均每平方米可以獲得用于供暖的余熱0.22吉焦/平方米接近供暖平均需熱量的0.23吉焦/平方米。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0.02吉焦/平方米的熱量,那么只需要再補充110億立方米天然氣,就可以解決這160億平方米城鎮建筑的供暖熱源。所需要的能源僅為110億平方米天然氣和輸配工業與發電余熱的水泵電耗、約400億千瓦時,以及提取部分低品位熱量所需要的一些蒸汽和電力、約1200億千瓦時電力。按照發電煤耗計算,1600億千瓦時電力再加上110億立方米天然氣,共折合燃煤5300萬噸標準煤、單位供熱能耗3.5噸標準煤/平方米,僅為目前北方地區供暖強度的1/4。這應該是實現城鎮供暖低碳節能的方向,而且與我國整體能源發展方向一致。
  
  北方城鎮建筑的另外20%、約40億平方米,由于各種原因不能與集中供熱網連接,則可以采用各類電動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800億千瓦時電力和200億立方米天然氣,折合5500萬噸標準煤。這樣,未來,在我國城鎮建筑面積達到200億平方米后,總的供暖能耗為1.08億噸標準煤,僅為目前140億平方米建筑面積供暖能耗的54%。
  
  但是,需要注意的是,要實現上述目標必須解決以下兩個問題:
  
  一是火電廠、產生工業余熱工廠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題。這一問題可通過熱量長途輸送的方式予以解決。經分析表明,輸送半徑在150公里以內就可以實現熱量產生與供暖需熱量之間的匹配。目前,國內已有一批實際工程案例,運行結果也顯示了這一技術的可行性和優越性。
  
  二是火電廠規劃的主要功能為電力調峰,當冬季改為熱電聯產方式,在發電的同時還要承擔建筑供熱,存在如何滿足電力調峰需求的問題。這需要徹底改變目前火電廠熱電聯產的模式,變“以熱定電”的方式為“熱電協同”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電過程排出的低品位余熱,使發電過程產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存在的電與熱之間的矛盾。未來,我國北方地區的火電廠都同時肩負電力調峰和冬季供熱的任務,這種模式應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藍圖出發,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的低品位余熱以及鋼鐵、有色、化工、建材等工業生產過程中排放的余熱,作為基礎供熱熱源承擔90%以上的總熱量和70%以上的最大負荷,構建北方地區熱能大聯網系統。同時,輔之終端以燃氣為動力的調峰熱源,承擔30%左右的最大負荷和不到10%的總熱量,構建我國北方地區新型供熱熱源系統。

       來源:中國建設報  
關鍵詞: 供暖 低碳
 
 

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