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“零碳”城镇供热可期
2021-06-01

       相关数据显示,2020年,我国建筑运行阶段二氧化碳排放量为21.7亿吨,其中,化石燃料燃烧排放6.9亿吨,而供热领域化石燃料排放占到总化石燃料燃烧排放的76%。

       

       伴随南方地区供暖需求的爆发式增长,我国供热行业的碳排放潜力将进一步增加。预计到2030年,我国南方地区分户、区域供暖用户数量共计将达到9700万户左右,届时碳排放潜力将超过7000万吨。


       “碳达峰、碳中和”愿景下,城镇供热系统探索低碳绿色发展之路亟待提上日程。对此,中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任、中国城镇供热协会副理事长江亿,近日在由中国城镇供热协会举办的中国国际暖通高峰论坛——“碳达峰、碳中和与清洁供热绿色发展国际峰会”上指出,供热领域碳中和要在明确未来目标的基础上,从四方面入手,即通过高能耗建筑的节能改造,热力末端减少过量供热,深度挖掘电厂余热、工业余热获取足够的零碳热源,以及超前布局区域供热管网规划并分步实施改造,适应未来零碳供热布局。


供热行业减碳已全面启动


       供热行业属高能耗、高排放、高投入、低效率的“三高一低”行业。我国北方城镇采暖热源主要来自热电联产和各类燃煤、燃气锅炉。其中燃煤供热比重高达70—80%。据清华大学建筑节能研究中心测算,2018年,北方城镇供暖能耗为2.12亿吨标准煤、碳排放量约为5.5亿吨,二氧化碳排放量不容小觑。


       相关数据显示,截至目前,我国北方城镇、农村供热面积分别约为147亿、70亿平方米,共计217亿平方米,年能耗约为2.8亿吨标准煤当量。与此同时,我国每年新增的城镇集中供热面积均在3—5亿平方米,且超50%的新增热源均与燃煤相关。


       “当前,在‘碳达峰、碳中和’战略引领下,供热行业的低碳转型已是大势所趋。”住房和城乡建设部城建司一级巡视员赵泽生表示,事实上,“十三五”以来,供热行业减碳早有行动,近年来,尽管集中供热面积仍在扩张,但单位面积供暖能耗呈下降趋势。


       根据住房和城乡建设部于去年12月发布的《2019年城市建设统计年鉴》和《2019年城乡建设统计年鉴》,截至2019年底,全国集中供热面积达近110亿平方米,较2018年增长6亿平方米,增长率约5.78%。“其中,北方地区城市集中供热平均单位面积供暖能耗为14.5千克标准煤/平方米,较2015年的17.8千克标准煤/平方米降低了18.5%。”赵泽生说。


       尤其在2016年以来,我国清洁取暖率得以快速提升。中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院院长徐伟援引数据指出,2016年,我国清洁供暖面积为69亿平方米,清洁供暖率为34%;到2020年,我国清洁供暖面积已达到144亿平方米,清洁供暖率为65%。


清洁电力+余热利用,摆脱热力高碳锁定


       “尽管‘十三五’以来,供热行业减碳取得显著成效,但真正实现供热碳中和还有很长的路要走。”江亿直言,作为新时期发展的重大战略,彻底改变能源结构是解决碳中和问题的根本途径。


       就供热行业而言,江亿认为需要探索由燃煤、燃油、燃气的热源结构转变为水电、风电、光电、核电和生物质能等零碳能源热源,摆脱对化石能源的依赖。


       “供热领域的碳中和要点之一就是要取消各类燃煤燃气锅炉,尽可能依靠清洁电力实现低碳供暖,同时深度挖掘余热热源。”江亿预计,未来北方城镇供热热源将由核电与调峰火电余热,以及多类电驱动热泵等共同组成。


       江亿测算,充分利用1亿千瓦核电产生的1.5亿千瓦余热、1亿千瓦调峰火电产生的4.5亿千瓦余热,再辅之以用燃气末端调峰,即可为北方地区160亿平方米建筑提供所需热源;而其余则可采用多种电驱动热泵、工业低品位余热、中水水源热泵、垃圾焚烧炉等方式满足。


       值得注意的是,基于电厂余热,如沿海核电与调峰火电(生物质)余热的水热联产技术,在北方沿海地区提供城市零碳采暖热源的可行性方面已得到验证,并被寄厚望。


       就在不久前,由国家电投山东核电与清华大学联合建设的世界首创“水热同产同送”科技示范工程在山东海阳投运。其通过对核能进行先发电、后制水、再供暖的三级高效利用,为世界“零碳”供热+“零能耗”制水提供了中国方案。


       江亿测算,水热联产技术结合大型跨季节储热,1亿千瓦的核电厂可年产100亿吨淡水,并可为100亿平方米建筑供热,且成本可降低到“南水北调+热电联产”的50%,“将为我国北方沿海地区彻底解决水资源问题、零碳供暖问题提出新思路。”


大型跨季节蓄热应提上日程


       “零碳情境下,热量将是十分稀缺的资源。”江亿强调,大型跨季节蓄热装置的建设要提上日程。


       “大量的工业、核电、数据中心等余热,都应高效存储用于冬季供暖,而利用大型跨季节蓄热装置回收大量余热资源,将使仅能运行3—4个月的余热回收装置实现全年运行。”江亿说。


       例如,通过建设若干个大型跨季节蓄热装置,开发利用沿海地区核电、火电、钢铁厂余热,理论上可实现80亿平方米的供热;开发利用北方地区保留下来的3亿千瓦火电,即可获取4亿千瓦热量,通过蓄热装置和全部回收余热,亦可为80亿平方米建筑供热;部分钢铁、有色、化工产业和垃圾焚烧等,也应该建立跨季节蓄热装置,充分利用全年排放的余热,有望为10亿平方米建筑提供热源。


       而对于难以连接集中热网的建筑,则可通过集中的中水水源、中深层地源、浅层地源,以及分散的空气源等多种电动热泵方式供热。加之建筑节能+末端调节等多措并举,“从现实出发,科学规划、分步实施,通过政策机制激励,使城镇供热系统碳排放先于建筑达峰,与电力系统同步实现碳中和。”江亿说。


       徐伟进一步建议,下一步供热领域应持续加强清洁化,逐步建立清洁取暖长效、可持续运行机制,力争到2030年城镇分散煤基本清零,到2035年城镇供暖累计替代煤1.1亿吨,基本实现农村地区无煤化。


(来源:中国城市能源周刊,原标题:药方来了!“零碳”城镇供热可期)