新時期我國可再生能源清潔供暖發(fā)展研究

楊童童

（河南建筑職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450064）

入冬以來，北方開始長達四個月的供暖季，大量因采暖排放的煙氣給空氣造成嚴重污染。冬季供暖，經(jīng)歷了從各家燒煤到區(qū)域性集中供熱，從燃煤鍋爐到燒天然氣，每一次轉變，給大氣環(huán)境帶來明顯的變化。近年來北方霧霾天氣加重，這迫使人們加速尋找更加清潔環(huán)保的供暖方式，以達到既能保證能源高效利用、不給環(huán)境造成污染，又能讓室內達到舒適的居住環(huán)境。現(xiàn)在我國正在大力發(fā)展北方地區(qū)冬季清潔供暖，通過采取煤改氣、燃煤機組改造等方法減排，除此之外，風電能、地熱能、生物質能等可再生能源廣泛受到關注，可再生能源清潔供熱模式隨之蓬勃興起。通過對我國可再生能源供熱的現(xiàn)狀進行分析，對關鍵問題及解決措施提出探討，以期推動清潔供暖的發(fā)展。

1 風電供熱

1.1 風電供熱現(xiàn)狀分析

我國風力發(fā)電量在全世界排名首位，風電是國家電源的重要支柱，然而大規(guī)模風電消納問題依然亟待解決。我國風力資源分布不均，三北地區(qū)（華北、東北、西北）與東南沿海區(qū)域相比，風力資源更為豐富，然而電力需求量卻較小，因而造成供需不匹配，電力需送至遠處負荷中心，電力就地消納難度高，導致棄風限電問題[1]。風電供熱為間接熱能利用，當冬季電力負荷低谷時，將富余的風電消納，通過中間介質電網(wǎng)實現(xiàn)供暖，一方面能夠降低燃煤污染，另一方面能夠有效緩解棄風限電現(xiàn)狀，并且具有邊際成本低的優(yōu)點，后期運營費低[2]。從2011 年開始，我國不斷推進風電供熱，要求黑龍江、內蒙古、新疆等地針對風電清潔供暖編制年度工作方案，這體現(xiàn)國家對發(fā)展風電供熱的重視。經(jīng)國家批復，內蒙古將增加風電供暖面積470×104m2，而且吉林、新疆、河北等地均已規(guī)劃上百萬平方米風電供暖面積，如圖1 所示。

1.2 關鍵問題及解決措施

圖1 風電供熱

風力發(fā)電技術目前亟待解決的問題是對單機容量進行擴容，雖然隨著技術發(fā)展單機容量已從之前的600kW 增至1500kW，但依然難以滿足發(fā)電需求，此外發(fā)電機組需要進一步提升其穩(wěn)定性和安全性，保障運行效率[3]。因此，應不斷加強風力發(fā)電技術的研究，增加單機容量，優(yōu)化運行性能，來支持風力發(fā)電需求，提高發(fā)電效率。最初多采用定槳距恒速恒頻風機，然而風速發(fā)生變化時其槳距角無法隨之調節(jié)，以致風能利用率偏低；隨著風電技術發(fā)展，為最大限度捕獲風能，變速恒頻發(fā)電機組逐漸代替恒速恒頻機組，風速變化時此類機組可自動調節(jié)風機轉速至最佳轉速，提高發(fā)電效率。此外機組多使用脈寬調制技術，一方面能減少開關損耗；另一方面能調節(jié)功率、抑制諧波，進一步提高效率[4]。此外，須因地制宜選擇經(jīng)濟合理的風電供熱方式，經(jīng)學者研究表明，使用電鍋爐無蓄熱供暖時，供熱面積大于10×104m2，電極鍋爐系統(tǒng)比電阻鍋爐造價低；地區(qū)采用峰谷平電價時，使用蓄熱系統(tǒng)能節(jié)省運行電費，當下我國水蓄熱應用廣泛，技術較為成熟，方便運行和維護，而固體蓄熱的應用仍然在探索中，考慮到經(jīng)濟性與系統(tǒng)可靠性，峰谷平電價地區(qū)建議使用電鍋爐+水蓄熱方式供熱[5]。

2 地熱能供熱

2.1 地熱能供熱現(xiàn)狀分析

地熱供熱通常衡量資源環(huán)境與需求來鉆鑿地熱井，地熱水通過泵站提升，隨后由地熱管網(wǎng)送至供熱站，于站內地熱水和供暖循環(huán)水產(chǎn)生熱交換，供暖循環(huán)水吸收熱量并溫度升高，然后通過供熱管網(wǎng)供給熱用戶使用，地熱尾水溫度降低，隨后將其回灌。據(jù)統(tǒng)計，我國地熱資源年可開采量折合標煤為26 億t，熱能直接利用等效裝機容量達2250×104萬kW，排名世界第一。其中中低溫水熱資源集中在華北、蘇北、松遼等地，年可開采量折合標煤為18.65 億t；高溫水熱資源主要集中在川藏、云南等地[6]。可再生能源供熱中，地熱具有獨特的優(yōu)勢，其分布廣泛，供應穩(wěn)定，不受氣候和季節(jié)等因素制約。國內外淺層和中深層地熱供暖均有成功實踐，目前我國北京、天津、河北等地已經(jīng)發(fā)展一定規(guī)模的地熱，直接集中供熱。河北雄縣超過95%的供暖均為地熱，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃煤鍋爐，具有環(huán)保、安全、清潔的特點，由此創(chuàng)下華北首座“無煙城”，當下該模式正不斷向各大城市以及農(nóng)村推廣，如圖2所示。

圖2 地熱能供熱

2.2 關鍵問題及解決措施

地熱能開發(fā)前期勘察工作繁重，且地熱井工藝和設備投資較高，故而前期耗資多，致使項目建設及投資回收期較長。此外，我國大部分區(qū)域目前存在地熱勘查不成熟的問題，這給開發(fā)帶來難度，致使鉆井風險高，成功率降低，帶來經(jīng)濟損失。因此需進一步擴大地熱勘察的深度和廣度，以期明確資源分布，為科學合理地開發(fā)部署奠定基礎，同時加大技術創(chuàng)新，建立健全的規(guī)范，降低生產(chǎn)成本，增加其效益。此外，地熱能與其他可再生能源不同，它具有特殊屬性，屬于礦產(chǎn)資源，其勘查與開發(fā)需依照《中華共和國礦產(chǎn)資源法》等進行，從管理層面來說涉及發(fā)改、住建、環(huán)保、水利、國土等部門協(xié)同作用，而這需要健全的管理體制來保障，中央和地方政策法規(guī)將進一步完善。

3 生物質能供熱

3.1 生物質能供熱現(xiàn)狀分析

生物質能為全球第四大能源，僅次于煤炭、石油與天然氣，其開發(fā)利用能夠促進能源結構綠色轉型。我國幅員遼闊，生物質資源豐富，農(nóng)作物秸稈、稻殼等均可能源利用，具有量大價低的優(yōu)點，且氮、硫含量低，減少了NOX和SO2等燃燒產(chǎn)物的污染，并且煙塵較少。當下生物質應用發(fā)展勢頭良好，技術相對成熟的有生化、物化轉化和直接燃燒[7]。伴隨著我國《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃》的實施，生物質能巨大的開發(fā)潛力受到關注，目前已逐步推廣生物質鍋爐替代燃煤鍋爐供熱，具有良好的生態(tài)環(huán)境效益，另外，我國現(xiàn)在正努力發(fā)展生物質熱電聯(lián)產(chǎn)，以期推進生物質能供熱的利用。

3.2 關鍵問題及解決措施

生物質能為獨一無二的零碳燃料，截至2020 年其總量折合標煤可達到7 億～8 億t，燃燒產(chǎn)物污染小，然而其推廣依然存在一系列問題。首先，生物質能供熱和煤改氣等相比，政策補貼支持優(yōu)勢不足，監(jiān)督機制尚且不夠完善；其次，從實踐上來講，生物質經(jīng)加工方可使用，其收集和儲存增加成本，而且爐具的質量影響其完全燃燒；此外，生物質原料供應具有季節(jié)性，缺乏保障性，其成型燃料成本和石化能源相比沒有價格優(yōu)勢，這也限制了其推廣[8]。推進生物質能清潔供暖，要統(tǒng)籌資源，做好區(qū)域規(guī)劃，加大政策扶持力度，并完善監(jiān)督和評估體制。鼓勵生產(chǎn)規(guī)模化，建立收儲運連接體系，以此降低生產(chǎn)、儲存和運輸成本；探索政府統(tǒng)一收購、PPP 模式等，推動生物質產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

4 結語

隨著近年來北方霧霾日益加劇，國家堅持走可持續(xù)發(fā)展道路，大力發(fā)展可再生能源清潔供暖，一方面降低環(huán)境污染，另一方面可以使能源得到高效利用，滿足居民日益增長的需要。推廣可再生能源供暖，應根據(jù)實際情況因地制宜，結合技術和應用潛力制定發(fā)展路線，完善政策方針，不斷改進技術，建設新技術應用示范工程，加大宣傳推廣，提高實施質量，提高能效，使清潔能源在市場具有競爭力，從而推動清潔能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。