關(guān)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(tuán)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(lán)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(jìn)展，清潔取暖對大氣主要污染物減排貢獻(xiàn)顯著，清潔取暖技術(shù)和產(chǎn)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(chǎn)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(nóng)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(dá)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(chǎn)占約90%）為主（面積占比約50%）、天然氣供熱（燃?xì)忮仩t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?zé)岷蜕镔|(zhì)為主）等其他熱源補(bǔ)充的格局。
隨著建筑保溫水平、高效熱源方式（熱電聯(lián)產(chǎn)）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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)煤/平方米以下。
2021年是“十四五”開局之年，也是碳達(dá)峰碳中和發(fā)展藍(lán)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(yīng)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(jìn)全社會綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。
實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，供熱是一個重要領(lǐng)域。我國火電機(jī)組中40%以上是供熱機(jī)組，終端用戶主要與建筑相關(guān)，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(yùn)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(nóng)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(kuò)大，供熱需求不斷增加。預(yù)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(shù)的大量應(yīng)用，供熱能耗會逐漸保持平穩(wěn)。隨著熱源側(cè)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(cè)節(jié)能的不斷推進(jìn)，預(yù)計供熱領(lǐng)域?qū)酝碛陔娏π袠I(yè)、早于建筑行業(yè)實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。
在“3060”目標(biāo)下，建筑部門電氣化水平提升潛力最大，預(yù)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(nèi)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱占比會不斷下降，但仍要承擔(dān)基礎(chǔ)性熱源功能，尤其是在嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)，預(yù)測在2060年碳中和目標(biāo)下，我國電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)中仍會保留一定量的熱電機(jī)組以保障供熱需求，相應(yīng)碳排放由負(fù)碳源抵消；為適應(yīng)新能源為主的新型電力系統(tǒng)，熱電機(jī)組會繼續(xù)推進(jìn)熱電解耦，進(jìn)一步提高機(jī)組出力調(diào)節(jié)范圍和爬坡速度、增加供熱能力、降低上網(wǎng)電量，相應(yīng)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(diào)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(zhì)、地?zé)帷⑻柲艿绕渌麩嵩醋鳛橹匾a(bǔ)充應(yīng)因地制宜推廣，宜用盡用。
在北方農(nóng)村地區(qū)，以分戶式采暖為主，主要方式有：生物質(zhì)戶式采暖爐具、燃煤戶式采暖爐、熱泵、電暖器、熱風(fēng)機(jī)、燃?xì)獗趻鞝t、地?zé)岬?。推進(jìn)農(nóng)村地區(qū)供熱，要統(tǒng)籌考慮經(jīng)濟(jì)性和低碳環(huán)保性，我國北方農(nóng)村地區(qū)應(yīng)優(yōu)先就地或就近利用生物質(zhì)供熱，發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(jié)合，潔凈煤短期內(nèi)仍是嚴(yán)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(bǔ)充熱源進(jìn)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(jì)情況影響，我國南方地區(qū)沒有建設(shè)集中供暖設(shè)施。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民對生活質(zhì)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(qiáng)烈，市場潛力巨大。結(jié)合南方各地自身的能源供給、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、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?xì)?、生物質(zhì)等為主要技術(shù)路徑，探索發(fā)展燃料電池分布式冷熱電聯(lián)供技術(shù)，兼顧供熱與制冷需求，進(jìn)行市場化方式推進(jìn)。
二、供熱領(lǐng)域前沿技術(shù)
（一）熱源側(cè)
1.熱電機(jī)組深度解耦技術(shù)
隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，煤電的功能定位將由主體性電源加快向提供可靠容量、調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)的基礎(chǔ)性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)型。在局部地區(qū)，熱力供應(yīng)的安全可靠性要求比電力更高，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組仍要繼續(xù)承擔(dān)基礎(chǔ)性安全穩(wěn)定供熱任務(wù)。因此，需要大力推進(jìn)各種調(diào)峰蓄熱技術(shù)應(yīng)用，發(fā)展不同介質(zhì)（水、熔鹽、固體、相變材料等）儲熱技術(shù)，其中蓄熱密度大、耐高溫、低凝固點(diǎn)、更安全廉價的儲熱介質(zhì)是研究方向，如煤電+熔鹽，實現(xiàn)熱電深度解耦，在提高機(jī)組深度調(diào)峰能力和運(yùn)行靈活性的同時，增加供熱能力和尖峰負(fù)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(jī)組并無太大差異，但受限于我國核電的地理分布，主要應(yīng)用在沿海地區(qū)。從核能供熱技術(shù)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(yīng)堆產(chǎn)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(yīng)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(yīng)堆，未來如果用核能替代燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)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(chǎn)的“尾部”產(chǎn)品，利用余熱既不會影響生產(chǎn)工藝，也不會影響生產(chǎn)耗能，屬于額外得來的“附加值”。我國北方地區(qū)高能耗產(chǎn)業(yè)聚集，生產(chǎn)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(shù)推動余熱資源可及性得到進(jìn)一步提升。
4.熱泵技術(shù)
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(qū)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(yùn)行成本低，在華北地區(qū)已有較多應(yīng)用。但對于東北、南方等地區(qū)需要進(jìn)一步解決結(jié)霜、能效等問題。
5.生物質(zhì)利用
生物質(zhì)能是重要的可再生能源，包括農(nóng)林廢棄物、生活垃圾、畜禽糞便、市政污泥垃圾等。我國生物質(zhì)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(zhì)能（含農(nóng)林生物質(zhì)和城鎮(zhèn)垃圾）清潔供暖折合0.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)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(zhì)供暖采用生物質(zhì)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(zhì)能為核心建立（農(nóng)村）循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系，滿足熱、電、氣等部分需求，實現(xiàn)農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)的資源化、減量化、能源化利用，是未來構(gòu)建農(nóng)村低碳能源體系、低碳社區(qū)的重要內(nèi)容。
6.其他供熱技術(shù)
因地制宜應(yīng)用跨季節(jié)儲熱技術(shù)、中深層無干擾地?zé)峁峒夹g(shù)等“零排放”“分布式”“可再生”能源利用技術(shù)，目前相關(guān)項目正在積極示范推進(jìn)。
（二）熱網(wǎng)側(cè)
熱網(wǎng)承擔(dān)著將熱源的熱量及時輸送、分配給各個熱用戶的任務(wù)，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(chǎn)供分離，各環(huán)節(jié)利益矛盾突出，調(diào)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(shù)
隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用，供熱技術(shù)與先進(jìn)信息技術(shù)、智能設(shè)備、智能傳感器等深度融合，傳統(tǒng)供熱朝著高效率、高質(zhì)量、精細(xì)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(diào)可控。一是換熱站智能調(diào)節(jié)技術(shù)，結(jié)合室外溫度、室外風(fēng)速、太陽輻射、負(fù)荷變化等因素，做到換熱站實時調(diào)節(jié)，避免過供或欠供現(xiàn)象，實現(xiàn)精準(zhǔn)高效供熱；二是智能調(diào)度技術(shù)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將熱源、換熱站與熱用戶之間進(jìn)行信息互聯(lián)，實現(xiàn)網(wǎng)源荷一體化智能調(diào)度；三是智能管網(wǎng)水力平衡技術(shù)，基于水壓圖、流量等管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)及終端溫度信息的自動分析，采用連續(xù)調(diào)節(jié)閥控技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)水力平衡。
2.先進(jìn)熱計量技術(shù)
在熱源、換熱站和熱用戶應(yīng)用熱計量技術(shù)，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(diào)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(zhǔn)供熱”和“按需送熱”。
在換熱站和用戶之間實現(xiàn)熱量可調(diào)可控的基礎(chǔ)上，將終端能耗變化傳導(dǎo)到熱源供給側(cè)，實現(xiàn)“源-網(wǎng)-站-荷”聯(lián)動，進(jìn)而為實施熱計量收費(fèi)奠定基礎(chǔ)。
3.關(guān)于熱計量收費(fèi)
熱計量收費(fèi)涉及到熱源公司、熱力公司等供熱單位、物業(yè)等服務(wù)單位，以及其他能源服務(wù)單位和熱用戶等。以合適的供熱計量收費(fèi)制度實施熱計量收費(fèi)，能夠激勵供熱企業(yè)加強(qiáng)內(nèi)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(xí)慣，形成良好的能源消費(fèi)價值觀念，促進(jìn)居民自行采用節(jié)能措施，降低既有建筑的能耗，是供熱領(lǐng)域走向低碳化、高效化、智能化、精細(xì)化的必要舉措。
（三）用戶側(cè)
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(jì)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(jìn)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(chǔ)上，嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)居住建筑逐步執(zhí)行75%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)用，超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑逐步推廣應(yīng)用，建筑供熱能耗降低到2.6千克標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米以下，用能成本大幅降低，這將對未來供熱格局產(chǎn)生重大影響，即北方供熱由集中式為主、分布式為補(bǔ)充逐步轉(zhuǎn)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(chǎn)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(fèi)者又可作為能源的生產(chǎn)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(chǎn)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(shè)備
隨著終端電氣化率的不斷提高，改善終端電能質(zhì)量、提高設(shè)備/爐具不同工況下的用能效率和環(huán)保水平，推進(jìn)氫能在城鎮(zhèn)建筑中的應(yīng)用（如分布式燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)），對于建筑領(lǐng)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(chǎn)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?zé)?、生物質(zhì)等清潔能源供熱比例會進(jìn)一步提高。在能耗雙控背景下，供熱企業(yè)需要進(jìn)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(diào)整熱源結(jié)構(gòu)。加快節(jié)能降耗、提質(zhì)增效、減排降污技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)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(xì)化運(yùn)營。
對于熱電聯(lián)產(chǎn)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(jìn)一步市場化的情況下，發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)變經(jīng)營思路，降本增效，適應(yīng)電力市場新形勢，供熱業(yè)務(wù)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(yīng)由傳統(tǒng)的單純供熱企業(yè)向綜合能源服務(wù)商、城市綜合運(yùn)營服務(wù)商轉(zhuǎn)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(wù)。隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻需求日益增加，熱力需求仍會不斷增加，通過調(diào)峰蓄熱等技術(shù)，熱力公司在保證供熱能力的同時也具備通過調(diào)峰等電力輔助服務(wù)市場獲得收益的機(jī)會。
未來，熱源、熱網(wǎng)及換熱站應(yīng)加強(qiáng)經(jīng)營管理一體化發(fā)展，推動整個系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化。
