碳中和戰(zhàn)略背景下我國(guó)寒冷地區(qū)集中供熱技術(shù)發(fā)展方向

王濤

（甘肅省安裝建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州 730050）

0 引言

為應(yīng)對(duì)全球性的氣候變化，構(gòu)建人與自然和諧共處、可持續(xù)發(fā)展的格局，我國(guó)制定了在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、在2050 年之前實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。我國(guó)內(nèi)蒙古東北部以及吉林省、黑龍江省、遼寧省等寒冷地區(qū)冬季集中供熱會(huì)產(chǎn)生較高的碳排放量，最高可占建筑運(yùn)行碳排放比重的26%之上。為促進(jìn)寒冷區(qū)域集中供熱的穩(wěn)定性，同時(shí)也為降低碳排放量，需要加強(qiáng)對(duì)寒冷區(qū)域集中供熱技術(shù)的關(guān)注，分析各項(xiàng)技術(shù)對(duì)低碳發(fā)展目標(biāo)的影響，構(gòu)建我國(guó)寒冷區(qū)域集中供熱發(fā)展技術(shù)路徑。

1 我國(guó)寒冷地區(qū)集中供熱技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

綜合分析我國(guó)寒冷區(qū)域城鎮(zhèn)集中供熱用能情況，其現(xiàn)狀可總結(jié)如下：以東北區(qū)域?yàn)榇淼暮鋮^(qū)域集中供熱能耗強(qiáng)度更高。現(xiàn)階段，我國(guó)北方約七成以上的建筑都使用了集中供熱管網(wǎng)的供熱格局，盡管城鎮(zhèn)供熱總面積達(dá)建筑總面積的25%，但其所損耗的能量卻遠(yuǎn)超建筑總能耗的25%。造成這一現(xiàn)狀的主要原因包含①節(jié)能建筑占比較小，維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫效果不佳，建筑門窗存在傳熱系數(shù)高，氣密性差的問題；②分戶計(jì)量、分室控溫等溫度調(diào)節(jié)方法尚未普及，致使部分建筑內(nèi)存在房間熱量不均、上下樓層間熱力失調(diào)等問題；③供熱管道年久失修，存在滲漏水、保溫性下降以及水利失衡等問題，因建筑管道年久失修所造成的熱損失最高可達(dá)整體熱量的1/3；④供熱系統(tǒng)能源效率較低，時(shí)至今日，我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)冬季供暖仍以燃煤供暖為主，燃煤鍋爐熱效率較低[1]。

2 用能影響因素與發(fā)展目標(biāo)規(guī)劃

2.1 用能影響因素分析

我國(guó)寒冷區(qū)域供熱的主要能源種類包含燃煤、燃?xì)狻㈦娏Α⒌卦匆约八礋帷⒐I(yè)余熱等。不同熱源形式的碳排放以及利用效率差異極大，如熱電聯(lián)產(chǎn)供熱能源的利用效率在80%以上，而燃煤功能的效率僅為70%，但燃煤的碳排放量卻居高不下。由此需要加強(qiáng)對(duì)清潔取暖能源的關(guān)注，落實(shí)“煤改氣”、“煤改電”等各項(xiàng)措施的大范圍應(yīng)用，增加如水源熱泵、空氣源熱泵、工業(yè)余熱以及太陽能等清潔、可再生能源的應(yīng)用比例。在熱力輸配過程中，管道熱損耗以及輸送配電都會(huì)加劇能源損耗。開始基礎(chǔ)上錯(cuò)誤的建筑設(shè)計(jì)以及管道布設(shè)都會(huì)加劇熱力損耗，如用戶側(cè)循環(huán)泵選型偏大、閥門過濾器型號(hào)不匹配，亦或是由于基礎(chǔ)施工、后期裝修等造成的管網(wǎng)負(fù)載力、壓降過大等問題，都會(huì)導(dǎo)致供熱能耗的增加。

2.2 發(fā)展目標(biāo)規(guī)劃

結(jié)合我國(guó)“十三五”重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“我國(guó)城市建設(shè)綠色低碳的發(fā)展路線”進(jìn)行分析，明確我國(guó)寒冷地區(qū)各階段集中供熱低碳發(fā)展目標(biāo)。

2022 年開始直至2025 年，隨著該區(qū)域范圍內(nèi)居民對(duì)高質(zhì)量生活需求的提升以及城鎮(zhèn)化大范圍發(fā)展，該區(qū)域集中供暖能耗將呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。但為盡快落實(shí)“碳中和”、“碳達(dá)峰”的戰(zhàn)略目標(biāo)，需要相關(guān)區(qū)域在2025年之前將集中供熱的能源損耗總量（折算為標(biāo)準(zhǔn)煤）控制在1.7 億t 之內(nèi)，同時(shí)將碳排放量（折算為CO2）限制在3.8億t以內(nèi)。2025—2035年，應(yīng)加大對(duì)清潔供暖能源的使用，因而寒冷區(qū)域的集中供暖消耗需要控制在較為平緩的狀態(tài)，這與建筑面積增長(zhǎng)放緩有關(guān)。要求相關(guān)區(qū)域在2035年前需集中供熱能源總消耗量控制在2.9 億t 以內(nèi)，碳排放量在1.7 億t 以內(nèi)。2035—2060 年，隨著清潔供熱能源的普及以及各類型綠色建筑的發(fā)展、供暖技術(shù)的進(jìn)步等，寒冷區(qū)域的供暖需求量會(huì)呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢(shì)，而與之相對(duì)應(yīng)的是集中供暖能耗的持續(xù)下降。由此，在2060 年前寒冷區(qū)域需要控制集中供熱能源總消耗量在0.9 億t 之內(nèi)，而碳排放量則需要控制在1.4億t左右。

3 技術(shù)路徑研究

1）針對(duì)集中供熱源頭技術(shù)層面：首先，在碳達(dá)峰階段來臨之前及2022～2025年間，我國(guó)寒冷地區(qū)便應(yīng)該有意識(shí)地淘汰35t 以下的燃煤鍋爐，并依照分區(qū)域、分階段的形式逐漸運(yùn)用工業(yè)余熱、熱電聯(lián)產(chǎn)等新型集中供熱形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤鍋爐。在我國(guó)寒冷地區(qū)的黑龍江、吉林以及遼寧等省份的大部分城市還在運(yùn)用小容量燃煤鍋爐進(jìn)行集中供熱，然而小鍋爐僅能完成55%～60%的效率轉(zhuǎn)換，即使是大型鍋爐的轉(zhuǎn)換效率也僅能達(dá)到70%左右。由此逐步淘汰規(guī)模燃煤鍋爐將直接降低10%～15%的能源損耗；其次，我國(guó)寒冷地區(qū)應(yīng)在碳達(dá)峰階段到來之前，全部應(yīng)用清潔熱源進(jìn)行供熱，并在碳中和階段來臨之前逐步推進(jìn)多熱源互聯(lián)互通、多熱源儲(chǔ)熱等新型技術(shù)，持續(xù)優(yōu)化熱源綜合轉(zhuǎn)換效率。在碳中和階段中則需要實(shí)現(xiàn)全面化的供熱精細(xì)化管理以及熱量計(jì)費(fèi)、收費(fèi)制度改革[2]。

2）針對(duì)建筑輸配系統(tǒng)層面：一方面，我國(guó)寒冷地區(qū)應(yīng)重點(diǎn)實(shí)施老舊建筑供熱管網(wǎng)維護(hù)、修復(fù)以及更新改造工程，利用更完善的基礎(chǔ)設(shè)施，有效降低輸配系統(tǒng)的熱量損耗。以城鄉(xiāng)結(jié)合區(qū)域部分老齡建筑為例，相關(guān)建筑的供熱管網(wǎng)一旦出現(xiàn)保溫層脫落、破損或漏水、滲水等情況，其管道的熱損失可達(dá)到管道整體輸送熱量的30%。因而需要政府聯(lián)動(dòng)，供熱企業(yè)以及相關(guān)社區(qū)組織，分區(qū)域、分層次、分重點(diǎn)地實(shí)施老舊建筑輸熱管網(wǎng)翻新工程項(xiàng)目；另一方面，應(yīng)有意識(shí)地提升老舊建筑的智能化、信息化供熱性能，即充分發(fā)揮跨區(qū)域長(zhǎng)距離輸熱、智慧熱網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)。針對(duì)不同住宅區(qū)域面積輸配電耗差異較大、新舊住宅供需不平衡等問題，則需要在發(fā)展長(zhǎng)距離輸入的基礎(chǔ)上建立鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、區(qū)、市等各級(jí)指揮管理平臺(tái)。利用信息化指揮調(diào)度、人工智能監(jiān)管熱力站、熱能計(jì)費(fèi)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)智慧運(yùn)轉(zhuǎn)，為用戶提供更智能化、舒適的生活。

3）針對(duì)建筑供熱末端管理系統(tǒng)層面：需要政府加強(qiáng)對(duì)節(jié)能降耗、熱能，供需等各類知識(shí)的普及，發(fā)展用戶自主、按需供熱的彈性供熱技術(shù)，同時(shí)引導(dǎo)用戶通過家居裝修、房屋改造等方式達(dá)成清潔供暖、無能耗保溫（提升光照時(shí)長(zhǎng)、增加建筑外立面保溫層等措施）等彈性供熱技術(shù)。依照實(shí)際情況進(jìn)行分析，由于大部分用戶缺乏對(duì)其自身取暖需求的認(rèn)知，因此會(huì)在室外溫度較低的情況下自主增設(shè)供熱措施，如鋪電熱毯、提升空調(diào)溫度等，凡此種種都會(huì)加劇熱量損失以及能源損耗。同時(shí)在用戶感知其室內(nèi)溫度較高的情況下，也會(huì)通過開窗、開門、關(guān)閉供熱閥等方式進(jìn)行散熱，從而引發(fā)了近20%～30%的熱量損耗。因此，相關(guān)部門應(yīng)該以更完善的供熱計(jì)量系統(tǒng)為先決條件，在妥善優(yōu)化供熱計(jì)量收費(fèi)模式的基礎(chǔ)上，落實(shí)供熱和受熱分離機(jī)制，并將表閥一體化、可調(diào)節(jié)噴射泵等新型技術(shù)落實(shí)到用戶家中，結(jié)合建筑改造的方式，有效降低末端浪費(fèi)以及過量的碳排放，引導(dǎo)用戶根據(jù)自我需求進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。

4 結(jié)束語

總而言之，碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)不能一蹴而就，應(yīng)結(jié)合寒冷區(qū)域的供熱需求以及現(xiàn)有的技術(shù)特征、技術(shù)成熟度等綜合判斷集中供熱的供給與需求。近期階段應(yīng)以老舊建筑改造、老舊線路翻新、燃煤鍋爐取締、新型供熱，能源普及等為主，而中遠(yuǎn)階段則應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化技術(shù)低碳特征，加強(qiáng)智慧供熱、核能供熱等高級(jí)供熱模式的普及。依照地區(qū)集中供熱需求以及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，逐步實(shí)現(xiàn)量變到質(zhì)變的提升。