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清華大學付林:“2+26”城市清潔供熱實現近零排放的構想

日期:2018年9月17日 15:43

▲清華大學建筑節能研究中心教授付林

2017年,十部委推出了清潔取暖規劃,其中較為核心的是“2+26”城市。這些地區有三個特點:污染尤為嚴重,排放要求尤其嚴格,對于清潔供暖的實施尤為迫切。

 

基于此現狀才提出了針對“2+26”城市、共50億平米建筑面積的清潔供暖規劃,其中城市37.5億平米,“煤改氣”規劃為60%,“煤改電”規劃為15%,清潔燃煤20%,這就需要天然氣供熱30.4億平米,電采暖7.6億平米,燃煤供熱10億平米,剩下2億平米由地熱、工業余熱、生物質能和太陽能提供。

 

我們看到,“煤改氣”有60%的比例,天然氣供熱占大頭,這就帶來了“煤改氣”到底怎么改的問題。

 

“煤改氣”有天然氣鍋爐和天然氣電熱聯產兩種方法,結合京津等地實施經驗來看,存在成本高、氣源保障有困難、仍存在污染等問題

 

所以,我認為,合理的天然氣應用方式是調峰:

 

一是給集中供熱網調峰,緩解運行成本高的問題,還要根據情況考慮燃氣鍋爐,但一定要合理、有節制。

 

二是在給電網進行調峰,調峰的時候會產生熱,這些熱量可以回收利用。這種回收利用天然氣給電網調峰時產生的熱能,可能是將來推廣的好模式。

 

在“煤改電”方面,有三種模式:

 

一是電直熱,但由于能源浪費及邊際成本高,我認為,這種模式并不可取,需要慎之又慎。

 

二是水源、地源熱泵,受資源條件限制,要理性推廣

 

三是空氣源熱泵,這種方式適合分散建筑用戶,例如在農村地區推廣應用。并且在一定程度上,都需要政府的補貼。

 

目前的方案實施上都有一定局限性,還有沒有更加清潔、經濟、高效的取暖方式?

 

我認為,余熱利用是一個主流的供熱方式,我們可以將現在浪費著的資源利用起來。

 

工業余熱的溫度大部分在30-40攝氏度,溫度低、不能直接供熱,但如果用作熱泵的低溫熱源,它的溫度遠遠高于空氣源、水源等,會讓熱泵更加高效,節能減排及經濟性顯著。

 

首先,在運用合理的情況下,耗電只是常規熱泵的三分之一;其次,成本維持在較低水平,與燃煤相當,運行成本僅為10-15元/GJ,考慮投資后的綜合成本在30-50元/GJ之間;最后,余熱回收全部采用電驅動,即電+余熱,可以說當地排放為零。

 

有人問,規劃里提到的熱電聯產和以鍋爐為主要形式的燒煤,與利用余熱有沒有矛盾?

 

我認為兩者沒有矛盾,其實利用余熱多數時候就是利用燃煤排放出來的余熱,其實它本身也是熱電聯產,只是叫法不同,并且,目前熱電聯產的模式也正在發生變化,“以熱定電”逐步改為了“以電定熱”,或稱“熱電協同”

 

再看農村清潔取暖路線,由于燃氣管道投資大、燃氣成本高等現實,目前“煤改氣”路線難以推廣,而在“煤改電”方面,空氣源熱泵應用較多,特別是熱風型,但是取暖成本問題并沒有得到解決

 

農村地區是否也可以考慮余熱供熱?這涉及到集中供熱的問題。

 

在“2+26”地區,人口密度較高,農村分布較為均勻,該地區電力和工業發達,工業余熱量大,分布廣。此外,目前長輸供熱技術使管網輸送能力大幅度提升,余熱利用成本降低,余熱源和長輸管網以及擁有集中供熱的城市周邊輻射半徑在20公里以內,可以覆蓋大多數農村。

 

再來算一筆賬,通過對比余熱供熱、空氣源熱泵熱水機、空氣源熱泵熱風機、蓄熱式電采暖、燃氣采暖幾種方式后發現,余熱供熱的總投資及邊際運行成本都是最低的

 

基于此,我認為可以有更合理的解決方案:對于50億平米供暖需求,有41.2億平米(其中農村6億平米)采用區域供暖,其中,電廠余熱25億平米,工業余熱3億平米,燃煤熱電聯產5億平米,天然氣調峰8.2億平米(20%燃氣調峰)。

 

計算后得出,這一方案比原規劃方案運行成本減少72%,比原方案減排78%,減少天然氣用量320.5億立方米,不增加建設燃氣熱電廠,比現狀減少天然氣用量160.5億立方米。

 

當然,要做好這個工作,就需要進行全局規劃,統籌考慮,打破行政劃區,加快解決研究供熱實際問題。

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