關于清潔供熱行業(yè)低碳發(fā)展的戰(zhàn)略思考
趙文瑛
（國家開發(fā)投資集團安信證券投資公司投資總監(jiān)）
一、我國清潔供熱現(xiàn)狀與未來格局
（一）現(xiàn) 狀
北方地區(qū)冬季清潔取暖是保障百姓溫暖過冬、減少環(huán)境污染、打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要舉措。國家和地方政府高度重視清潔取暖工作，自2017年十部委聯(lián)合印發(fā)《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017-2021年）》（發(fā)改能源〔2017〕2100號）以來，各項工作取得顯著進展，清潔取暖對大氣主要污染物減排貢獻顯著，清潔取暖技術和產業(yè)得到極大發(fā)展。
目前，我國城鄉(xiāng)既有建筑總面積約700億平方米，每年新建面積約20億平方米。據(jù)清潔供熱產業(yè)委員會（CHIC）統(tǒng)計，截至2020年底，我國北方地區(qū)供暖總面積218億平方米（城鎮(zhèn)148億平方米，農村70億平方米），其中清潔供熱面積約142億平方米，清潔供熱率達65%。我國北方地區(qū)的清潔熱源基本形成以清潔燃煤集中供熱（燃煤熱電聯(lián)產占約90%）為主（面積占比約50%）、天然氣供熱（燃氣鍋爐和分戶式壁掛爐分別占約45%）為輔（面積占比約30%），電供暖、工業(yè)余熱和可再生能源供熱（以地熱和生物質為主）等其他熱源補充的格局。
隨著建筑保溫水平、高效熱源方式（熱電聯(lián)產）占比和供熱系統(tǒng)效率的提高，從2001年起，我國北方城鎮(zhèn)供暖的能耗強度逐年下降。目前，北方地區(qū)城鎮(zhèn)單位面積實際供暖能耗在10千克標準煤/平方米以下，與2001年相比，單位面積供暖能耗降低50%以上。在目前水平基礎上，通過熱網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化，北方地區(qū)供熱至少還有15%～20%的節(jié)能潛力。隨著各種節(jié)能方式的采用，未來北方城鎮(zhèn)地區(qū)供暖能耗有望降低到4千克標準煤/平方米以下。
2021年是“十四五”開局之年，也是碳達峰碳中和發(fā)展藍圖的起始之年，回首過去，展望未來，一方面清潔取暖工作仍需要不斷鞏固取得的成果；另一方面，未來應以減碳為發(fā)展方向和重要抓手，推動減污降碳協(xié)同增效，促進全社會綠色轉型發(fā)展。
實現(xiàn)碳達峰碳中和，供熱是一個重要領域。我國火電機組中40%以上是供熱機組，終端用戶主要與建筑相關，全球終端能耗中供熱占比50%左右。據(jù)測算，我國建筑全過程碳排放約占全國碳排放量的50%，其中建筑運行階段（含供熱、冷、電等）占22%。粗略測算，北方地區(qū)城鎮(zhèn)和農村供熱碳排放約為10億～12億噸。
（二）未來格局
隨著我國城市供熱熱化率的提高、新建建筑的增加和供熱范圍的不斷擴大，供熱需求不斷增加。預計2030年之前供熱總能耗會緩慢增加，2030年之后隨著城鎮(zhèn)化放緩、節(jié)能高效技術的大量應用，供熱能耗會逐漸保持平穩(wěn)。隨著熱源側低碳零碳熱源占比的不斷增加、熱網(wǎng)效率的不斷提高、用戶側節(jié)能的不斷推進，預計供熱領域將會稍晚于電力行業(yè)、早于建筑行業(yè)實現(xiàn)碳達峰、碳中和。
在“3060”目標下，建筑部門電氣化水平提升潛力最大，預計2060年電氣化水平提升至80%左右，電供熱/制冷在建筑能耗中占比將顯著增加。
在北方城鎮(zhèn)地區(qū)，未來一段時間內燃煤熱電聯(lián)產集中供熱占比會不斷下降，但仍要承擔基礎性熱源功能，尤其是在嚴寒、寒冷地區(qū)，預測在2060年碳中和目標下，我國電力裝機結構中仍會保留一定量的熱電機組以保障供熱需求，相應碳排放由負碳源抵消；為適應新能源為主的新型電力系統(tǒng)，熱電機組會繼續(xù)推進熱電解耦，進一步提高機組出力調節(jié)范圍和爬坡速度、增加供熱能力、降低上網(wǎng)電量，相應地電供熱占比會持續(xù)增加，尤其是蓄熱式，既可增加電力系統(tǒng)靈活調節(jié)能力，又可提升穩(wěn)定供熱能力（雖犧牲了局部時間的能源利用效率，但提高了系統(tǒng)價值）。工業(yè)余熱、生物質、地熱、太陽能等其他熱源作為重要補充應因地制宜推廣，宜用盡用。
在北方農村地區(qū)，以分戶式采暖為主，主要方式有：生物質戶式采暖爐具、燃煤戶式采暖爐、熱泵、電暖器、熱風機、燃氣壁掛爐、地熱等。推進農村地區(qū)供熱，要統(tǒng)籌考慮經(jīng)濟性和低碳環(huán)保性，我國北方農村地區(qū)應優(yōu)先就地或就近利用生物質供熱，發(fā)展農村循環(huán)經(jīng)濟模式；其次是利用電供暖（優(yōu)先考慮熱泵等高能效電供暖方式），與分布式光伏充分結合，潔凈煤短期內仍是嚴寒、寒冷等地區(qū)不可或缺的重要兜底保障能源，其他熱源作為補充熱源進行因地制宜的利用。
在南方地區(qū)，受氣候特征和新中國成立初期的經(jīng)濟情況影響，我國南方地區(qū)沒有建設集中供暖設施。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民對生活質量的要求也越來越高，南方夏熱冬冷地區(qū)的供暖訴求越來越強烈，市場潛力巨大。結合南方各地自身的能源供給、產業(yè)結構、熱源條件、市場條件，因地制宜積極探索分散為主、局部集中的清潔供暖方式，以水源/空氣源/地源熱泵、分布式燃氣、生物質等為主要技術路徑，探索發(fā)展燃料電池分布式冷熱電聯(lián)供技術，兼顧供熱與制冷需求，進行市場化方式推進。
二、供熱領域前沿技術
（一）熱源側
1.熱電機組深度解耦技術
隨著新型電力系統(tǒng)的建設，煤電的功能定位將由主體性電源加快向提供可靠容量、調峰調頻等輔助服務的基礎性、調節(jié)性電源轉型。在局部地區(qū)，熱力供應的安全可靠性要求比電力更高，熱電聯(lián)產機組仍要繼續(xù)承擔基礎性安全穩(wěn)定供熱任務。因此，需要大力推進各種調峰蓄熱技術應用，發(fā)展不同介質（水、熔鹽、固體、相變材料等）儲熱技術，其中蓄熱密度大、耐高溫、低凝固點、更安全廉價的儲熱介質是研究方向，如煤電+熔鹽，實現(xiàn)熱電深度解耦，在提高機組深度調峰能力和運行靈活性的同時，增加供熱能力和尖峰負荷出力。
2.核能供熱
核能供熱具有熱電聯(lián)供和專用低溫堆供熱兩種方式。熱電聯(lián)供方式與常規(guī)火電機組并無太大差異，但受限于我國核電的地理分布，主要應用在沿海地區(qū)。從核能供熱技術來看，池式低溫供熱堆比較有代表性。池式低溫供熱堆是將反應堆產生的熱量通過兩級換熱傳遞給供熱回路系統(tǒng)，并與熱網(wǎng)連接，將熱量輸送到千家萬戶。這種反應堆將堆芯放在一個常壓水池的深處，利用水層的靜壓力提高堆芯出口水溫，以滿足城市供熱的溫度要求。目前，我國已建成10多座池式反應堆，未來如果用核能替代燃煤熱電聯(lián)產熱源，能夠保證供熱的安全穩(wěn)定。
3.工業(yè)余熱供熱
工業(yè)余熱是工業(yè)生產的“尾部”產品，利用余熱既不會影響生產工藝，也不會影響生產耗能，屬于額外得來的“附加值”。我國北方地區(qū)高能耗產業(yè)聚集，生產過程中釋放出來的余熱資源非常豐富，主要以中低品位余熱資源為主，占比約為60%。我國余熱資源開發(fā)利用率僅為43%，其中高品位余熱資源基本得到充分利用，已開發(fā)利用的比例超過80%，而中低品位熱源尚未得到有效利用，可利用熱泵、儲熱、移動式供熱等技術推動余熱資源可及性得到進一步提升。
4.熱泵技術
熱泵供熱是使用電供熱比較好的方式，利用高品位電能作為驅動，從低品位熱源中提取更多的熱量用來供熱，能源利用效率高，運行成本低，在華北地區(qū)已有較多應用。但對于東北、南方等地區(qū)需要進一步解決結霜、能效等問題。
5.生物質利用
生物質能是重要的可再生能源，包括農林廢棄物、生活垃圾、畜禽糞便、市政污泥垃圾等。我國生物質資源豐富，能源化潛力大，截至2018年底，我國北方地區(qū)生物質能（含農林生物質和城鎮(zhèn)垃圾）清潔供暖折合0.9億噸標準煤。生物質熱電聯(lián)產可為城鎮(zhèn)集中供暖提供穩(wěn)定的零碳熱源，分戶式生物質供暖采用生物質成型顆粒+專用爐具的方式，具有非常明顯的污染物減排效果。以生物質能為核心建立（農村）循環(huán)經(jīng)濟體系，滿足熱、電、氣等部分需求，實現(xiàn)農林廢棄物等生物質的資源化、減量化、能源化利用，是未來構建農村低碳能源體系、低碳社區(qū)的重要內容。
6.其他供熱技術
因地制宜應用跨季節(jié)儲熱技術、中深層無干擾地熱供熱技術等“零排放”“分布式”“可再生”能源利用技術，目前相關項目正在積極示范推進。
（二）熱網(wǎng)側
熱網(wǎng)承擔著將熱源的熱量及時輸送、分配給各個熱用戶的任務，是連接熱源和用戶的橋梁和樞紐，是供熱系統(tǒng)的重要組成部分。我國熱源、熱網(wǎng)管理部門不同，熱力公司大多采用躉售模式，產供分離，各環(huán)節(jié)利益矛盾突出，調節(jié)相對粗放，廠網(wǎng)間信息孤立，普遍存在冷熱不均和過供、欠供等問題，供熱管網(wǎng)水力平衡難度大，造成系統(tǒng)供熱能耗普遍較高，未來有較大節(jié)能潛力。
1.智慧供熱技術
隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等技術在供熱系統(tǒng)中的應用，供熱技術與先進信息技術、智能設備、智能傳感器等深度融合，傳統(tǒng)供熱朝著高效率、高質量、精細化、智能化的智慧供熱方向發(fā)展，實現(xiàn)“源-網(wǎng)-站-荷”的可調可控。一是換熱站智能調節(jié)技術，結合室外溫度、室外風速、太陽輻射、負荷變化等因素，做到換熱站實時調節(jié)，避免過供或欠供現(xiàn)象，實現(xiàn)精準高效供熱；二是智能調度技術，利用互聯(lián)網(wǎng)技術將熱源、換熱站與熱用戶之間進行信息互聯(lián)，實現(xiàn)網(wǎng)源荷一體化智能調度；三是智能管網(wǎng)水力平衡技術，基于水壓圖、流量等管網(wǎng)運行參數(shù)及終端溫度信息的自動分析，采用連續(xù)調節(jié)閥控技術，實現(xiàn)系統(tǒng)水力平衡。
2.先進熱計量技術
在熱源、換熱站和熱用戶應用熱計量技術，通過熱用戶所反饋的數(shù)據(jù)信息，換熱站可及時做出合理的調整，根據(jù)不同熱用戶的采暖方法提供不同的供回水溫度、流量。同樣，熱源根據(jù)換熱站所反饋的數(shù)據(jù)信息，及時為換熱站提供熱量，實現(xiàn)“精準供熱”和“按需送熱”。
在換熱站和用戶之間實現(xiàn)熱量可調可控的基礎上，將終端能耗變化傳導到熱源供給側，實現(xiàn)“源-網(wǎng)-站-荷”聯(lián)動，進而為實施熱計量收費奠定基礎。
3.關于熱計量收費
熱計量收費涉及到熱源公司、熱力公司等供熱單位、物業(yè)等服務單位，以及其他能源服務單位和熱用戶等。以合適的供熱計量收費制度實施熱計量收費，能夠激勵供熱企業(yè)加強內部管理，節(jié)能減排，降低能耗，同時可以培養(yǎng)熱用戶正確用熱的習慣，形成良好的能源消費價值觀念，促進居民自行采用節(jié)能措施，降低既有建筑的能耗，是供熱領域走向低碳化、高效化、智能化、精細化的必要舉措。
（三）用戶側
1.低能耗建筑
我國北方城鎮(zhèn)集中供暖建筑中，約30億平方米是二十世紀八九十年代建造的，這些建筑普遍保溫性能差，其熱耗是同一地區(qū)節(jié)能建筑的2～3倍，加快推進既有建筑的節(jié)能改造尤為必要。
北方地區(qū)在新建建筑節(jié)能率實現(xiàn)30%、50%、65%三步式跨越發(fā)展的基礎上，嚴寒、寒冷地區(qū)居住建筑逐步執(zhí)行75%的節(jié)能標準，建筑節(jié)能不斷向更高水平發(fā)展，長壽命、高性能建筑保溫材料將會研發(fā)應用，超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑逐步推廣應用，建筑供熱能耗降低到2.6千克標準煤/平方米以下，用能成本大幅降低，這將對未來供熱格局產生重大影響，即北方供熱由集中式為主、分布式為補充逐步轉為集中式與分布式并重或分布式為主的格局，建筑將主要通過電氣化滿足冷熱電需求。
2.產能建筑
隨著新能源大規(guī)模并網(wǎng)，就近利用、多元互動、靈活高效的分布式能源將成為重要形態(tài)。建筑既是能源的消費者又可作為能源的生產者，采用“建筑+”模式，如光伏建筑一體化（BIPV）、“光伏+儲能+直流配電+柔性用電”一體化即光儲直柔建筑，可以將建筑由耗能建筑變成產能建筑，滿足建筑自身用電、用冷/熱需求，實現(xiàn)新能源的自發(fā)自用，大電網(wǎng)發(fā)揮兜底保障作用。
3.高效用能設備
隨著終端電氣化率的不斷提高，改善終端電能質量、提高設備/爐具不同工況下的用能效率和環(huán)保水平，推進氫能在城鎮(zhèn)建筑中的應用（如分布式燃料電池熱電聯(lián)產系統(tǒng)），對于建筑領域節(jié)能減排具有重要意義。
三、“雙碳”背景下，供熱企業(yè)的發(fā)展方向
清潔供熱產業(yè)仍處于快速發(fā)展階段，化石能源供熱比例將會有所下降，電、地熱、生物質等清潔能源供熱比例會進一步提高。在能耗雙控背景下，供熱企業(yè)需要進一步挖潛增效，提高系統(tǒng)供熱效率，深度回收低碳熱源、開發(fā)零碳熱源，加快調整熱源結構。加快節(jié)能降耗、提質增效、減排降污技術的開發(fā)與應用是供熱企業(yè)競爭力的一個非常重要的體現(xiàn)，供熱企業(yè)需要盡快實現(xiàn)高效、智慧、精細化運營。
對于熱電聯(lián)產企業(yè)而言，熱電解耦改變了熱電企業(yè)傳統(tǒng)“以熱定電”的模式，在“市場煤、計劃熱”且電量電價進一步市場化的情況下，發(fā)電機組利用小時數(shù)逐年下降，供熱價格長期倒掛，企業(yè)經(jīng)營愈發(fā)困難，靈活性改造積極性普遍較低。熱電企業(yè)需及時轉變經(jīng)營思路，降本增效，適應電力市場新形勢，供熱業(yè)務實現(xiàn)上下游一體化發(fā)展。
對于熱力公司而言，熱力公司應由傳統(tǒng)的單純供熱企業(yè)向綜合能源服務商、城市綜合運營服務商轉型，不斷挖掘自身潛力，為終端用戶提供多品種能源，為電力市場和熱力市場提供多種服務。隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的構建，電力系統(tǒng)調峰調頻需求日益增加，熱力需求仍會不斷增加，通過調峰蓄熱等技術，熱力公司在保證供熱能力的同時也具備通過調峰等電力輔助服務市場獲得收益的機會。
未來，熱源、熱網(wǎng)及換熱站應加強經(jīng)營管理一體化發(fā)展，推動整個系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化。
