碳中和戰略背景下我國寒冷地區集中供熱技術發展方向

王濤

（甘肅省安裝建設集團有限公司，甘肅蘭州 730050）

0 引言

為應對全球性的氣候變化，構建人與自然和諧共處、可持續發展的格局，我國制定了在2030年前實現碳達峰、在2050 年之前實現碳中和的戰略目標。我國內蒙古東北部以及吉林省、黑龍江省、遼寧省等寒冷地區冬季集中供熱會產生較高的碳排放量，最高可占建筑運行碳排放比重的26%之上。為促進寒冷區域集中供熱的穩定性，同時也為降低碳排放量，需要加強對寒冷區域集中供熱技術的關注，分析各項技術對低碳發展目標的影響，構建我國寒冷區域集中供熱發展技術路徑。

1 我國寒冷地區集中供熱技術發展現狀

綜合分析我國寒冷區域城鎮集中供熱用能情況，其現狀可總結如下：以東北區域為代表的寒冷區域集中供熱能耗強度更高?，F階段，我國北方約七成以上的建筑都使用了集中供熱管網的供熱格局，盡管城鎮供熱總面積達建筑總面積的25%，但其所損耗的能量卻遠超建筑總能耗的25%。造成這一現狀的主要原因包含①節能建筑占比較小，維護結構保溫效果不佳，建筑門窗存在傳熱系數高，氣密性差的問題；②分戶計量、分室控溫等溫度調節方法尚未普及，致使部分建筑內存在房間熱量不均、上下樓層間熱力失調等問題；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整體熱量的1/3；④供熱系統能源效率較低，時至今日，我國嚴寒地區冬季供暖仍以燃煤供暖為主，燃煤鍋爐熱效率較低[1]。

2 用能影響因素與發展目標規劃

2.1 用能影響因素分析

我國寒冷區域供熱的主要能源種類包含燃煤、燃氣、電力、地源以及水源熱、工業余熱等。不同熱源形式的碳排放以及利用效率差異極大，如熱電聯產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。由此需要加強對清潔取暖能源的關注，落實“煤改氣”、“煤改電”等各項措施的大范圍應用，增加如水源熱泵、空氣源熱泵、工業余熱以及太陽能等清潔、可再生能源的應用比例。在熱力輸配過程中，管道熱損耗以及輸送配電都會加劇能源損耗。開始基礎上錯誤的建筑設計以及管道布設都會加劇熱力損耗，如用戶側循環泵選型偏大、閥門過濾器型號不匹配，亦或是由于基礎施工、后期裝修等造成的管網負載力、壓降過大等問題，都會導致供熱能耗的增加。

2.2 發展目標規劃

結合我國“十三五”重點研發項目“我國城市建設綠色低碳的發展路線”進行分析，明確我國寒冷地區各階段集中供熱低碳發展目標。

2022 年開始直至2025 年，隨著該區域范圍內居民對高質量生活需求的提升以及城鎮化大范圍發展，該區域集中供暖能耗將呈現出快速增長的趨勢。但為盡快落實“碳中和”、“碳達峰”的戰略目標，需要相關區域在2025年之前將集中供熱的能源損耗總量（折算為標準煤）控制在1.7 億t 之內，同時將碳排放量（折算為CO2）限制在3.8億t以內。2025—2035年，應加大對清潔供暖能源的使用，因而寒冷區域的集中供暖消耗需要控制在較為平緩的狀態，這與建筑面積增長放緩有關。要求相關區域在2035年前需集中供熱能源總消耗量控制在2.9 億t 以內，碳排放量在1.7 億t 以內。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展、供暖技術的進步等，寒冷區域的供暖需求量會呈現出不斷下降的趨勢，而與之相對應的是集中供暖能耗的持續下降。由此，在2060 年前寒冷區域需要控制集中供熱能源總消耗量在0.9 億t 之內，而碳排放量則需要控制在1.4億t左右。

3 技術路徑研究

1）針對集中供熱源頭技術層面：首先，在碳達峰階段來臨之前及2022～2025年間，我國寒冷地區便應該有意識地淘汰35t 以下的燃煤鍋爐，并依照分區域、分階段的形式逐漸運用工業余熱、熱電聯產等新型集中供熱形式代替傳統燃煤鍋爐。在我國寒冷地區的黑龍江、吉林以及遼寧等省份的大部分城市還在運用小容量燃煤鍋爐進行集中供熱，然而小鍋爐僅能完成55%～60%的效率轉換，即使是大型鍋爐的轉換效率也僅能達到70%左右。由此逐步淘汰規模燃煤鍋爐將直接降低10%～15%的能源損耗；其次，我國寒冷地區應在碳達峰階段到來之前，全部應用清潔熱源進行供熱，并在碳中和階段來臨之前逐步推進多熱源互聯互通、多熱源儲熱等新型技術，持續優化熱源綜合轉換效率。在碳中和階段中則需要實現全面化的供熱精細化管理以及熱量計費、收費制度改革[2]。

2）針對建筑輸配系統層面：一方面，我國寒冷地區應重點實施老舊建筑供熱管網維護、修復以及更新改造工程，利用更完善的基礎設施，有效降低輸配系統的熱量損耗。以城鄉結合區域部分老齡建筑為例，相關建筑的供熱管網一旦出現保溫層脫落、破損或漏水、滲水等情況，其管道的熱損失可達到管道整體輸送熱量的30%。因而需要政府聯動，供熱企業以及相關社區組織，分區域、分層次、分重點地實施老舊建筑輸熱管網翻新工程項目；另一方面，應有意識地提升老舊建筑的智能化、信息化供熱性能，即充分發揮跨區域長距離輸熱、智慧熱網等先進技術。針對不同住宅區域面積輸配電耗差異較大、新舊住宅供需不平衡等問題，則需要在發展長距離輸入的基礎上建立鄉、鎮、區、市等各級指揮管理平臺。利用信息化指揮調度、人工智能監管熱力站、熱能計費等技術，實現熱網智慧運轉，為用戶提供更智能化、舒適的生活。

3）針對建筑供熱末端管理系統層面：需要政府加強對節能降耗、熱能，供需等各類知識的普及，發展用戶自主、按需供熱的彈性供熱技術，同時引導用戶通過家居裝修、房屋改造等方式達成清潔供暖、無能耗保溫（提升光照時長、增加建筑外立面保溫層等措施）等彈性供熱技術。依照實際情況進行分析，由于大部分用戶缺乏對其自身取暖需求的認知，因此會在室外溫度較低的情況下自主增設供熱措施，如鋪電熱毯、提升空調溫度等，凡此種種都會加劇熱量損失以及能源損耗。同時在用戶感知其室內溫度較高的情況下，也會通過開窗、開門、關閉供熱閥等方式進行散熱，從而引發了近20%～30%的熱量損耗。因此，相關部門應該以更完善的供熱計量系統為先決條件，在妥善優化供熱計量收費模式的基礎上，落實供熱和受熱分離機制，并將表閥一體化、可調節噴射泵等新型技術落實到用戶家中，結合建筑改造的方式，有效降低末端浪費以及過量的碳排放，引導用戶根據自我需求進行合理調節。

4 結束語

總而言之，碳達峰、碳中和的目標不能一蹴而就，應結合寒冷區域的供熱需求以及現有的技術特征、技術成熟度等綜合判斷集中供熱的供給與需求。近期階段應以老舊建筑改造、老舊線路翻新、燃煤鍋爐取締、新型供熱，能源普及等為主，而中遠階段則應進一步強化技術低碳特征，加強智慧供熱、核能供熱等高級供熱模式的普及。依照地區集中供熱需求以及技術發展趨勢，逐步實現量變到質變的提升。