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中国北方地区推广清洁取暖的技术路径分析

国际新能源网  来源:中国能源网  作者:王萌等  日期:2018-05-29
  2017年,北京市的空气质量优良天数为226天,比2016年增加28天,重污染日23天,比2016年减少16天。2017年全年,北京PM2.5有9个月月均浓度为近5年同期最低水平。[1]
 
  回顾上一个采暖季,北京的蓝天数明显增加。这在一定程度上应归功于《大气污染防治行动计划》及《京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案》的有力实施。而京津冀及周边地区在响应这一政策、推进清洁取暖的过程中,由于煤改气规模超出预期,导致了一些城市出现气荒。为了保障供暖,部分地区继续沿用了燃煤取暖方式,气荒才告一段落。因此,围绕清洁取暖和煤改气出现了一些困惑,例如清洁取暖是否就意味着煤改气?清洁取暖的合理技术路径是什么?在此背景下,2017年12月,国家发改委、国家能源局等十部委共同发布《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》(下文简称《规划》)。《规划》 首次明确了清洁取暖的概念和范围,就进一步推动北方地区清洁取暖工作明确了具体目标。
 
  《规划》明确指出,“清洁取暖是指利用天然气、电、地热、生物质、太阳能、工业余热、清洁化燃煤(超低排放)、核能等清洁化能源,通过高效用能系统实现低排放、低能耗的取暖方式,包含以降低污染物排放和能源消耗为目标的取暖全过程,涉及清洁热源、高效输配管网(热网)、节能建筑(热用户)等环节。”
 
  因此,清洁取暖并不简单等同于煤改气,它是一项包括热源选择、建筑能效提升以及热网高效运行等在内的全系统工程。从技术角度来看,清洁取暖的一系列措施可以分为供给侧、需求侧和管网三个方面。供给侧指的是热源选择,不仅包括天然气,还包括其他各种热源形式;需求侧指的是建筑为满足住户舒适性而对取暖的需求,涉及到建筑保温性能、住户行为节能以及室温控制等等;而管网则指的是集中供暖的输配管网,涉及到管网保温性能、热网调控等等。为实现真正的清洁取暖,降低北方地区因冬季取暖而引起的污染物,这三方面需要整合起来考虑和设计,缺一不可。
 
  采暖需求侧优化
 
  清洁取暖涉及的三方面技术措施中,需求侧的优化值得优先考虑,也就是如何在保证室内舒适度的同时降低取暖需求。因为从经济性角度来看,需求侧优化不仅能够减小热源设备和管网的初期投资,而且能够长久的降低运行成本,是最具有经济效益的措施。而需求侧优化可以从两方面入手:一方面,提高建筑能效。通过提高建筑能效降低建筑本体的需热量,从而降低建筑的整体取暖需求。具体可以采纳的措施包括:提高建筑的外墙、屋顶、门窗的保温性能,改善门窗的气密性,以及避免热桥这类保温薄弱环节。另一方面,避免对建筑过量供热。这方面的措施主要是针对北方地区常见的一个现象,即城镇集中供暖住户习惯性通过开窗来解决室内过热的问题。需要解决这一问题,具体的手段包括室温监测控制,以及用户节能意识教育。
 
  热源清洁化
 
  在需求侧优化的基础上,再考虑供给侧如何实现热源清洁化。对于不同的地区,首先考虑当地的能源条件,例如在农村地区推广燃气采暖是否有足够的气源?此外,也要综合考虑热源的投资成本、运行成本、效率、碳排放等因素。
 
  在热源选择上,首先考虑是否可以利用工业余热、电厂余热。由于这部分余热本来是作为废热处理的,将其用于供暖相当于在不额外消耗能源的情况下获得热源,因此具有高效、低碳、低运行成本的特点。但鉴于此措施初期投资成本较高,仅适合为集中供热提供基础负荷。
 
  其次,考虑是否可以利用可再生能源,如地热能、生物质、太阳能、风能等。各类可再生能源的采暖技术也有多种,如地热直接供暖、土壤源热泵、地表水源热泵、生物质制气、生物质颗粒锅炉、太阳能跨季节蓄热系统等等。从终端能源消费电气化的角度来看,随着可再生能源发电占社会总发电比例的提高,以电为驱动的各种形式热泵将越来越具有低碳环保的优势,并有助于解决电力系统“弃风弃光”的问题,具有广泛的适应性,形式包括但不限于土壤源热泵、地表水源热泵、污水源热泵、空气源热泵。
 
  此外,对于传统化石能源采暖方式,应逐步淘汰燃煤锅炉,对城市原有的燃煤热电联产系统进行超低排放改造,在全国电力装机容量过剩的背景下,严格控制新建燃煤热电厂。考虑到国内天然气资源相对缺乏,燃气锅炉应主要作为集中供热系统尖峰热负荷的调节手段。
 
  热网高效运行
 
  集中供热管网运行效率的提升措施也可以从两个方面入手。一方面,需要减少管网的热损、水损 ,改善管网的保温,尤其针对老旧小区的庭院管网,可以进行节能改造;另一方面,需要提高热网自动控制系统水平,建立数据监测平台,改善管网水力平衡,避免冷热不均现象的发生。
 
  除了在供给侧、需求侧和管网三个方面给出一些明确指导意见,《规划》在政策上为积极推进清洁取暖也提供了机制和资金方面的支持,不仅明确了这一工作在国家、地方和企业层面的任务分工,而且提供了多种资金渠道的选择。《规划》的出台将加速北方地区清洁取暖的推进,有利于清洁取暖技术的推广。未来,供暖行业将迎来重大的发展机遇,我们也可以期待北方地区有更多美丽的蓝天。
 
  (作者:王萌,落基山研究所咨询师;郝一涵,落基山研究所部门总监)
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