我国北方供暖能耗和低碳发展路线

我国北方城镇供暖能耗降幅明显

根据清华大学建筑节能研究中心建立的中国建筑能耗模型（CBEM）的研究成果，2017年，我国北方城镇供暖能耗为2.01亿tce（吨标准煤），占建筑能耗的21%。2001年~2017年，北方城镇建筑供暖面积从50亿m2（平方米）增长到140亿m2，增加了将近2倍，能耗总量增加不到1倍。能耗总量的增长明显低于建筑面积的增长，表明节能工作取得的显著成绩。平均单位面积供暖能耗从2001年的23kgce/m2（吨标准煤/平方米）降低到2017年的14kgce/m2，降幅明显。

能耗强度降低的主要原因有三个方面，即：建筑保温水平提高、高效热源方式占比提高和供热系统效率提高。

一是建筑围护结构保温水平提高。近年来，住房和城乡建设部通过多种途径提高建筑保温水平，包括：建立覆盖不同气候区、不同建筑类型的建筑节能设计标准体系、从2004年年底开展节能专项审查工作、既有居住建筑节能改造等，使我国建筑的保温水平整体得到大幅提高，起到了降低建筑实际需热量的作用。

二是高效和清洁供暖热源方式占比迅速提高。总体看来，随着北方地区冬季清洁供暖工作的逐步推进，高效的热电联产集中供暖、区域锅炉方式大量取代小型燃煤锅炉房和户式分散小煤炉，让热源的整体效率大幅提升。随着煤改气、煤改电政策的推广，以燃气为能源的供暖方式比例增加，同时水源热泵、地源热泵、空气源热泵的供暖面积也快速发展。此外，工业余热供暖、生物质供暖、太阳能供暖等可再生能源供暖方式也开始出现。

三是供暖效率提高。“十二五”以来，供暖系统节能增效改造以及清洁供暖工作的推进使得各种形式的集中供暖系统效率得到整体提高。

我国清洁取暖政策新进展

清洁取暖是解决我国社会主要矛盾的一个实践。党的十九大提出，新时代我国社会主要矛盾是人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。当前，北方开展的清洁取暖重大工程正是源于对这一矛盾的深刻认识所提出的。

随着城镇化的快速推进，城市供暖的主要问题已经从20年前的室温低、高投诉、热费上缴率低等民生问题转变成为室温过热、高能耗、降低污染物排放等面向生态文明发展的新要求。

从2016年年底到2019年年初的三个供暖季，中央和地方政府相继出台清洁取暖规划、工作方案等，稳步推进清洁取暖工作进程。

2016年12月21日，习近平总书记主持召开中央财经领导小组第十四次会议并强调，推进北方地区冬季清洁取暖等6个问题，都是大事，关系广大人民群众生活，是重大的民生工程、民心工程。推进北方地区冬季清洁取暖，关系北方地区广大群众温暖过冬，关系雾霾天能不能减少，是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。要按照企业为主、政府推动、居民可承受的方针，宜气则气，宜电则电，尽可能利用清洁能源，加快提高清洁供暖比重。由此，“清洁取暖”首次进入全国视野，在北方地区引起广泛讨论。

2017年3月5日，国务院总理李克强在政府工作报告中提出“坚决打好蓝天保卫战”，并要求“推进北方地区冬季清洁取暖”，将“清洁取暖”推上了新高度。 

随后，国务院和地方政府加快制定发展清洁取暖的具体规划和技术路线。 

2017年12月5日，国务院印发了由住房和城乡建设部等十个部委共同制定的《北方地区冬季清洁取暖规划（2017年~2021年）》（以下简称《规划》），明确了清洁取暖的定义，强调清洁取暖必须从热源、热网和用户末端三个方面同时推进、缺一不可，并提出了具体推进策略，即因地制宜选择供暖热源、全面提升热网系统效率、有效降低用户取暖能耗。 

根据自身特点、充分考虑居民的消费能力，天津、河北、内蒙古、北京、山西、吉林、黑龙江、河南、甘肃、辽宁、山东、青海等地在“十三五”规划中均针对清洁取暖提出了各自的目标和要求。

城镇供暖低碳发展路线

建筑供暖要求的室温是20℃左右，因此只要是能够在20℃下释放热量的热源，从原则上讲都可以作为供暖热源。建筑供暖应以低品位能源为主，而燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉都是把高品位能源转换为低品位热量，会造成严重浪费，因此不应作为建筑供暖热源。

目前，我国城镇供热热源中仍有超过一半是各类锅炉，这与节能低碳的要求完全不符。因此，北方供暖要实现低碳发展，必须彻底改变当前的热源模式，向以低品位热源为主的能源结构转型。

据统计，我国北方供暖面积为140亿m2，未来将发展到200亿m2，如何才能找到足够的低品位热源以满足未来的供热需求呢？ 

西部地区为了调节风电、光电的变化，需要有足够的火电为其调峰，已具备稳定的优质电源。调峰火电的余热可以作为西部地区冬季供热的主要热源。东部地区为了适应终端用电末端的峰谷差变化，也需要足够的火电作为调峰电源。这些火电的冬季余热也成为东部北方地区的供热热源。

如果回收工业低品位余热的50%、热电联产余热的80%，则在供暖季至少可获得35亿GJ（吉焦）的余热热量。如果未来我国北方地区可接入城镇集中供热管网的建筑面积为160亿m2，则平均每平方米可以获得用于供暖的余热0.22GJ/m2（吉焦/平方米）接近供暖平均需热量的0.23GJ/m2。如果在终端再采用天然气锅炉或天然气吸收式热泵调峰，补充严寒期热量，由天然气提供0.02GJ/m2的热量，那么只需要再补充110亿m3（立方米）天然气，就可以解决这160亿m2城镇建筑的供暖热源。所需要的能源仅为110亿m2天然气和输配工业与发电余热的水泵电耗、约400亿kWh（千瓦时），以及提取部分低品位热量所需要的一些蒸汽和电力、约1200亿kWh电力。按照发电煤耗计算，1600亿kWh电力再加上110亿m3天然气，共折合燃煤5300万tce、单位供热能耗3.5kgce/m2，仅为目前北方地区供暖强度的1/4。这应该是实现城镇供暖低碳节能的方向，而且与我国整体能源发展方向一致。

北方城镇建筑的另外20%、约40亿m2，由于各种原因不能与集中供热网连接，则可以采用各类电动热泵或燃气壁挂炉分散供暖。如果两种方式各占一半，则需要800亿kWh电力和200亿m3天然气，折合5500万tce。这样，未来，在我国城镇建筑面积达到200亿m2后，总的供暖能耗为1.08亿tce，仅为目前140亿m2建筑面积供暖能耗的54%。

但是，需要注意的是，要实现上述目标必须解决以下两个问题：

一是火电厂、产生工业余热工厂的分布情况与需要供暖的城镇建筑在地理位置上存在不匹配的问题。这一问题可通过热量长途输送的方式予以解决。经分析表明，输送半径在150公里以内就可以实现热量产生与供暖需热量之间的匹配。目前，国内已有一批实际工程案例，运行结果也显示了这一技术的可行性和优越性。

二是火电厂规划的主要功能为电力调峰，当冬季改为热电联产方式，在发电的同时还要承担建筑供热，存在如何满足电力调峰需求的问题。这需要彻底改变目前火电厂热电联产的模式，变“以热定电”的方式为“热电协同”的方式。在火电厂安装巨量的蓄热装置，同时通过电动热泵和吸收式热泵提升发电过程排出的低品位余热，使发电过程产生的余热能全部回收利用，在不改变电厂锅炉蒸汽量的前提下大范围调节对外输出的电量。这种改造方式虽然设备投入较高，但是可以有效解决热电厂存在的电与热之间的矛盾。未来，我国北方地区的火电厂都同时肩负电力调峰和冬季供热的任务，这种模式应是未来北方火电厂的主要模式。

总之，从我国可再生能源为主、化石能源为辅的能源系统蓝图出发，可以得出我国北方地区城镇的供暖热源方式：主要依靠调峰用火电厂的低品位余热以及钢铁、有色、化工、建材等工业生产过程中排放的余热，作为基础供热热源承担90%以上的总热量和70%以上的最大负荷，构建北方地区热能大联网系统。同时，辅之终端以燃气为动力的调峰热源，承担30%左右的最大负荷和不到10%的总热量，构建我国北方地区新型供热热源系统。

本文作者系中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任

（来源：中国建设报    作者：江 亿  2019-07-19 ）