清华大学付林：“2+26”城市清洁供热实现近零排放的构想

2017年，十部委推出了清洁取暖规划，其中较为核心的是“2+26”城市。这些地区有三个特点：污染尤为严重，排放要求尤其严格，对于清洁供暖的实施尤为迫切。


基于此现状才提出了针对“2+26”城市、共50亿平米建筑面积的清洁供暖规划，其中城市37.5亿平米，“煤改气”规划为60%，“煤改电”规划为15%，清洁燃煤20%，这就需要天然气供热30.4亿平米，电采暖7.6亿平米，燃煤供热10亿平米，剩下2亿平米由地热、工业余热、生物质能和太阳能提供。


我们看到，“煤改气”有60%的比例，天然气供热占大头，这就带来了“煤改气”到底怎么改的问题。


“煤改气”有天然气锅炉和天然气电热联产两种方法，结合京津等地实施经验来看，存在成本高、气源保障有困难、仍存在污染等问题。


所以，我认为，合理的天然气应用方式是调峰：


一是给集中供热网调峰，缓解运行成本高的问题，还要根据情况考虑燃气锅炉，但一定要合理、有节制。


二是在给电网进行调峰，调峰的时候会产生热，这些热量可以回收利用。这种回收利用天然气给电网调峰时产生的热能，可能是将来推广的好模式。


在“煤改电”方面，有三种模式：


一是电直热，但由于能源浪费及边际成本高，我认为，这种模式并不可取，需要慎之又慎。


二是水源、地源热泵，受资源条件限制，要理性推广。


三是空气源热泵，这种方式适合分散建筑用户，例如在农村地区推广应用。并且在一定程度上，都需要政府的补贴。


目前的方案实施上都有一定局限性，还有没有更加清洁、经济、高效的取暖方式？


我认为，余热利用是一个主流的供热方式，我们可以将现在浪费着的资源利用起来。


工业余热的温度大部分在30-40摄氏度，温度低、不能直接供热，但如果用作热泵的低温热源，它的温度远远高于空气源、水源等，会让热泵更加高效，节能减排及经济性显著。


首先，在运用合理的情况下，耗电只是常规热泵的三分之一；其次，成本维持在较低水平，与燃煤相当，运行成本仅为10-15元/GJ，考虑投资后的综合成本在30-50元/GJ之间；最后，余热回收全部采用电驱动，即电+余热，可以说当地排放为零。


有人问，规划里提到的热电联产和以锅炉为主要形式的烧煤，与利用余热有没有矛盾？


我认为两者没有矛盾，其实利用余热多数时候就是利用燃煤排放出来的余热，其实它本身也是热电联产，只是叫法不同，并且，目前热电联产的模式也正在发生变化，“以热定电”逐步改为了“以电定热”，或称“热电协同”。


再看农村清洁取暖路线，由于燃气管道投资大、燃气成本高等现实，目前“煤改气”路线难以推广，而在“煤改电”方面，空气源热泵应用较多，特别是热风型，但是取暖成本问题并没有得到解决。


农村地区是否也可以考虑余热供热？这涉及到集中供热的问题。


在“2+26”地区，人口密度较高，农村分布较为均匀，该地区电力和工业发达，工业余热量大，分布广。此外，目前长输供热技术使管网输送能力大幅度提升，余热利用成本降低，余热源和长输管网以及拥有集中供热的城市周边辐射半径在20公里以内，可以覆盖大多数农村。


再来算一笔账，通过对比余热供热、空气源热泵热水机、空气源热泵热风机、蓄热式电采暖、燃气采暖几种方式后发现，余热供热的总投资及边际运行成本都是最低的。


基于此，我认为可以有更合理的解决方案：对于50亿平米供暖需求，有41.2亿平米（其中农村6亿平米）采用区域供暖，其中，电厂余热25亿平米，工业余热3亿平米，燃煤热电联产5亿平米，天然气调峰8.2亿平米（20%燃气调峰）。


计算后得出，这一方案比原规划方案运行成本减少72%，比原方案减排78%，减少天然气用量320.5亿立方米，不增加建设燃气热电厂，比现状减少天然气用量160.5亿立方米。


当然，要做好这个工作，就需要进行全局规划，统筹考虑，打破行政划区，加快解决研究供热实际问题。


（本报记者 董梓童/整理）