碳中和背景下的供熱技術路徑發展初探

一、“雙碳”目標區別于傳統環保

傳統環境保護主要是針對污染物排放進行。一般污染物排放的特點是，距離排放點越近，所受的危害越大;隨著距離增加，由于污染物逐漸擴散等原因，其濃度也會降低，危害會逐漸降低。因此，對于傳統環境污染物而言，各地政府和群眾都會通過各種手段，積極推動限制本地污染物排放。而“雙碳”目標下，二氧化碳本身毒性很小，基本對周邊環境沒有危害，其主要危害是產生溫室效應，引起全球地表溫度升高、氣候變化，影響整個人類生存。我國在這一時期承諾碳中和，正是站在人類命運共同體角度提出，體現了我國大國擔當精神。也正因為這一原因，在實現雙碳目標時，大型和超大型城市要充分考慮經濟因素，不一定像治理傳統污染物那樣，只靠努力減少碳排放或增加二氧化碳的吸收，還可以通過購買碳匯的方式實現碳中和。

二、供熱行業如何實現碳中和

全部通過購買碳匯實現碳中和，顯然是不現實的，供熱行業必須通過自身努力減少碳排放。通常將供熱系統分為熱源、熱網和熱用戶三大部分，筆者認為，供熱行業要實現碳中和，這三方面都要有顛覆性轉變。

（一）熱源

一般認為，在實現碳中和目標時，熱源更換是重點，必須徹底更換傳統能源形式，但具體更換成什么形式，業內還沒有統一共識。現在正在探索的，有核能、中深層地熱、水源熱泵，以及土壤源熱泵等多種方式。筆者認為，以電為能源形式的熱泵，應該是比較好的方式。這是因為，電動熱泵可以應用“綠電”作為能源，將低品位熱轉化為高品位熱用來供熱，還可以充分收集余熱或廢熱，在減少碳排放的同時還能減少熱污染。在應用核能和低谷電儲熱等方式時，由于其產熱量一般都會大于需用熱量，因此，應充分考慮其散出的熱量對氣候的影響。雙碳目標的根本目的，是減緩地球表面溫度的上升，如果減少了溫室氣體排放，反而由于增加了熱量、升高了地球表面溫度，是得不償失的。

在實現碳中和目標的能源形式還不能確定時，部分采用可再生能源，嘗試多能互補的能源形式，是實現雙碳目標的必經之路。北京地區供熱以燃氣鍋爐為主要熱源形式，可以采用電動熱泵作為輔助熱源，例如利用電動熱泵吸收燃氣鍋爐排煙熱量。試點項目中已經可以將燃氣鍋爐排煙溫度降低到30℃。這樣不但可以節約能源，還可以減少城市熱島效應，一舉多得。

利用電動熱泵還需要部分政策支持。首先，現有燃氣鍋爐房中，富余的電力負荷都很少，如果采用電動熱泵，一般需要電力增容，費用較高。能否在冬季應用居住小區中閑置的夏季空調負荷，還需要技術和政策探討。其次，由于當前北京用電還以煤電為主，電價相對較高，如果能有供熱電價優惠，會促進合同能源管理公司投資在熱源中增加電動熱泵。

在傳統供熱系統中，水泵、換熱器等重點設備的升級換代，也是供熱節能和減少碳排放的關鍵。例如，集中供熱中廣泛應用的循環水泵，是系統中電能消耗最大的設備，一般設計效率為70%左右，而大多數循環水泵由于設計參數與實際運行參數差距很大，實際運行效率不足50%。

總之，在熱源沒有確定雙碳技術路線時，逐步增加電動熱泵等，利用可再生能源的設備與傳統能源一起運行，通過數字化手段實現多能互補，減少煤和天然氣等化石能源用量，同時優化熱源中的關鍵設備，提升設備運行效率，是現行集中供熱系統熱源實現碳中和目標的可行之路。

（二）熱網

熱網是連接熱源和熱用戶的供熱管道。應該對現有的老舊管網進行更新改造，消除管網跑冒滴漏現象。北京地區供熱管網，尤其是二次管網，由于存在產權不清、更新難度較大等問題，尤其是老舊小區，管網損失在整個供熱能耗中占比最大。在對老舊小區二次管網改造中，不一定使用原有管材，應倡導采用塑料材質、鑄鐵材質等更耐腐蝕的管材。

供熱系統一般采用熱水循環系統，在傳統供熱中，為提升供熱輸送效率，必須提高輸配水溫。因此，在供熱系統中，一般供熱面積越大，管網溫度越高。但要實現碳中和，關鍵是如何充分利用余熱或廢熱資源。例如，隨著數字技術應用，會建立很多分布式計算中心，它們都會排放大量熱量。一般余熱和廢熱的溫度較低，無法用傳統高溫管網收集。當前供熱領域輸配技術的研究方向是，對連接用戶和能源的管網進行降溫運行，在余熱端收集低溫熱量，在接近用熱端，使用電動熱泵對溫度提升用于供熱。這樣做的另一個好處是，管網降溫降壓運行，輸送熱損失也能適當減少。

（三）熱用戶

原來提到供熱系統碳中和，人們往往直接想到熱源端改造，而筆者認為，熱用戶端的革命其實是最重要的。

首先，最重要的是對供熱根本目的的重新認識。我國集中供熱自產生以來，一直被認為是北方地區的保障性工作。但隨著社會的發展進步，這一認識已經發生了本質的變化，從原來保障人民基本生存需求，變成了要滿足人民日益增長的美好生活需求。以北京接訴即辦為例，2020-2021年度12345市民服務熱線供熱工單中，反應“室溫問題”68130件，占總工單92.7%，但根據供熱單位反饋，入戶測溫達標率“18℃以上”占九成以上。多數用戶投訴原因是“我覺得冷”，用戶對供暖“18℃”的解釋非常不滿。2021年，有一條外地某主管領導說只要滿足18℃就行的視頻被罵上了熱搜。究其原因是，供熱的規劃、設計、施工及收費制度等幾乎所有相關環節，都是按照保障性原則進行的，但是在最終的供熱服務上，又采用的是要滿足用戶舒適性原則，這就產生了矛盾問題。

我國北方地區的媒體上，每年在采暖季開始前，都會關注今年是否提前供暖，在停暖前都會討論是不是延長供暖，提前和延長供暖的區域都會受到群眾歡迎。我國南方地區要求集中采暖的呼聲也不斷高漲，一些經濟條件較好的區域已經開始了集中供熱。這些增加的能源消耗，會增加大量的碳排放。

如何解決這一矛盾？筆者認為，應該徹底改變對當前集中供熱的認識。現在的供熱已經不再是保障性公共服務了，應該明確調整成“滿足用戶舒適生活為目標”。要回歸熱的商品屬性，用市場機制解決供熱方、用熱方及節能減排的矛盾。

其次，在轉變對集中供熱認識以后，應該重新梳理熱計量問題。我國在2000年和2010年左右，先后兩次大規模推進熱計量政策，很多建筑都安裝了熱計量設備，但大多數沒有真正實施熱計量。究其原因，筆者認為，是當前的熱計量方式損害了供熱方的利益，其主要體現在計量后的熱費上。

一是各地熱計量政策都有熱價封頂政策。以北京為例，規定用戶熱計量為兩步制熱價，即基礎熱價和計量熱價，供熱單位先按照面積熱價進行收費，供暖季結束按照熱量進行結算。當基礎熱價加上計量熱價低于現行面積熱價時，供熱單位要給用戶退費。當基礎熱價加上計量熱價高于現行面積熱價時，只按照面積熱價收費，高出部分用戶不再承擔。也就是俗稱的“多退，少不補”政策。由于用戶少用熱，供熱單位就得退費;多用熱，供熱單位沒處收錢。總體執行熱計量，供熱單位收入是少于面積收費的。實行熱計量后，供熱方運行成本是增加的，增加的部分包括熱計量器具的更新維修保養費用、計量器具定期檢定費用以及由于增加了熱計量設備造成管網阻力增加等費用。供熱方在熱計量后成本上升、收入下降，供熱單位沒有實施熱計量的積極性，更不會在熱計量系統中主動增加供熱量。

二是部分區域的兩步制熱價中，計量熱價較低，不足以涵蓋燃料成本。以北京為例，現行的變動熱價為0.16元/Kwh，以燃氣價格2.78元/立方米，每千瓦時單燃料成本0.278元/Kwh（以天然氣熱值10Kwh/立方米估算），造成供熱單位每多供1Kwh，至少賠0.12元。

第三，理順計量熱價后，要加強分室室溫調控。原來說到分室調控室溫，往往強調行為節能。以筆者經驗來看，分室溫控的重點不是用戶經常根據上班或下班進行的行為調節，而是根據自身對溫度的合理需求調節室內溫度，同時可以利用太陽輻射等熱量節能的手段。以供熱一線經驗來看，用戶室內不同房間的室溫差異越來越大，有時陽面房間和陰面房間的室內溫度差4℃～6℃。在新建建筑中應用較多的地板輻射采暖中，很多客廳溫度很高，但臥室由于放一張大床再加一個落地衣柜，大大遮擋了散熱面積，造成臥室溫度很低的問題。

在一般建筑暖通設計時，都會根據建筑朝向等因素考慮選擇散熱器，但這只是達到靜態熱平衡。例如，南向房間設計的散熱器都會小于北向房間。但一般情況下，用戶回家是晚上，并沒有太陽照射，而南向房間一般窗戶較大，冷輻射較多，就會感覺室內溫度偏低。由于新建建筑保溫等條件都好于過去，外界動態因素對室溫影響變大，因此加強戶內分室溫度的自適應調節，才能實現在滿足用戶使用需求的同時，達到節能減排。

三、實現“雙碳”目標的途徑：智能供熱

智能供熱，是通過在室外、熱源、熱網、熱力入口等位置增加溫度、壓力及流量等“觸點”，由系統根據已有的“知識地圖”，對供熱量等參數進行動態調節，滿足用戶對熱量需求的調節系統。

供熱行業原來管理非常粗放，現場基本不具備遠傳傳感器，基本靠有責任心的運行人員根據經驗進行調節。隨著我國勞動力市場變化，一線優秀運行人員越來越少，需要通過數字化手段，將好的一線運行人員調節進行模型化，用電腦代替人腦，實現模型化運行。并通過增加天氣等因素，對供熱系統進行前饋控制，在用戶端增加觸點，對系統進行反饋調節，達到在滿足用戶需求的條件下節能的目的。

筆者認為，碳中和下的供熱系統，應該是一個與周邊余熱資源連接的綜合供熱系統，由多種能源供給熱量，在這種多能互補的系統中，智能調節供熱量尤為重要。智能供熱通過采集熱源、熱網和熱用戶運行數據，對需用熱量進行判斷，調節各熱源供給熱量，保證熱源經濟且環保，達到低碳供熱。

綜上所述，在供熱行業碳中和技術路徑還沒有完全確定時，通過熱源、熱網和熱用戶的改變，以及采用智能供熱的方法，可以大大減少碳排放，再補充購買部分碳匯，就能加快北京地區供熱行業實現碳中和的步伐。

（壓題圖片：智能供熱平臺 作者提供）

（責任編輯：嚴陳玲）

作者簡介：丁琦（1973—），北京人，北京金房暖通節能技術股份有限公司副總裁，研究方向：暖通節能技術。