我國城鎮供熱行業(yè)屬于“三高一低”——高能耗、高排放、高投入、低效率的行業(yè)。有關(guān)統計顯示，2020年，我國建筑業(yè)運行階段CO2排放量為21.7億噸，其中化石燃料燃燒排放6.9億噸，而城鎮供熱系統化石燃料排放量占到總化石燃料燃燒排放量的76%。

　　我國北方城鎮采暖熱源主要來(lái)自熱電聯(lián)產(chǎn)和各類(lèi)燃煤、燃氣鍋爐。其中，燃煤供熱比重達70%~80%。據有關(guān)研究部門(mén)測算，2018年，北方城鎮供暖能耗為2.12億噸標準煤，CO2排放量為5.5億噸。

　　截至2020年底，我國北方城鎮供熱面積約147億平方米，農村供熱面積為70億平方米，共計217億平方米，年耗能約2.8億噸標準煤當量，CO2排放量為7.26億噸。我國南方地區供暖需求呈爆發(fā)式增長(cháng)，預計到2030年，我國南方地區包括區域供暖用戶(hù)數量共計將達到9700萬(wàn)戶(hù)左右，屆時(shí)將CO2排放超過(guò)7000萬(wàn)噸。

　　在近期召開(kāi)的碳達峰、碳中和與清潔供熱綠色發(fā)展國際峰會(huì )上，有關(guān)專(zhuān)家指出，供熱領(lǐng)域綠色化可從4個(gè)方面入手：超前布局區域供熱管網(wǎng)規劃，并分步實(shí)施改造，適應未來(lái)零碳供熱的形勢需求；高能耗建筑的節能改造；熱力末端減少過(guò)量供熱；深度挖掘電廠(chǎng)余熱、工業(yè)余熱，獲取足夠的零碳熱源。

　　徹底改變能源結構是集中供熱系統低碳化的根本途徑

　　區域集中供暖作為節約能源、減少污染物排放的高效供熱系統，是當前分步實(shí)施改造的重點(diǎn)領(lǐng)域。根據住房和城鄉建設部于2020年12月份發(fā)布的《2019年城市建設統計年鑒》和《2019年城鄉建設統計年鑒》，截至2019年底，我國集中供熱面積約110億平方米，較2018年增長(cháng)6億平方米，增長(cháng)率約5.78%。其中，北方地區城市集中供熱的平均單位面積供暖能耗為14.5千克標準煤/平方米，較2015年的17.8千克標準煤/平方米降低了18.5%。據統計，我國每年新增城鎮集中供熱面積在3億平方米~5億平方米，但新增熱源超50%與燃煤有關(guān)。

　　集中供熱面積的增長(cháng)有兩個(gè)方面，一個(gè)是新增長(cháng)的面積。其中，全國居民社區，例如重慶市渝北區投資80億元，在社區建設能源供應站，通過(guò)管道集中供應暖氣或冷氣，5年內分布式覆蓋居民樓面積達1000萬(wàn)平方米；全國各類(lèi)工業(yè)園區從國家級到鎮級約1萬(wàn)多家，需要新建集中供熱（冷）區，例如，陜西省蒲城縣高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區投資1.6億元建設供熱項目，提供工業(yè)用蒸汽。另一個(gè)是老舊供熱管網(wǎng)改造。例如遼寧省沈陽(yáng)市供熱管網(wǎng)總長(cháng)約1萬(wàn)多公里，局部存在保溫層破損、鋼管壁受腐蝕以及超期服役等問(wèn)題，需要進(jìn)行改造。河北省計劃3年內改造供熱管網(wǎng)4891公里，例如滄州市熱力有限公司和昊天熱力發(fā)展有限公司2021年將改造該市73個(gè)老舊小區供熱管網(wǎng)，改造面積約277.7萬(wàn)平方米。

　　集中供熱系統要實(shí)現低碳化，有兩方面的工作要做：一是提高能效。目前我國供熱系統的平均能效約30%，最大挖掘潛力在于供熱管網(wǎng)實(shí)現“三零”——零節流、零過(guò)流量、零過(guò)熱量，歸根結底要提高管網(wǎng)輸送效率。二是使用清潔能源作為熱源。

　　目前我國正在改變能源結構，由燃煤、燃油、燃氣的熱源結構，轉變?yōu)樗?、風(fēng)、光、核電和生物質(zhì)能等清潔的熱源結構，擺脫對化石能源的依賴(lài)。

　　尤其自2016年以來(lái)，我國清潔取暖率得以快速提升。有關(guān)研究單位統計數據顯示，2016年，我國清潔供暖面積為69億平方米，清潔供暖率為34%；到2020年，我國清潔供暖面積已達到144億立平方米，清潔供暖率為65%。

　　實(shí)現供熱低碳化的主要途徑：清潔電力+余熱利用

　　實(shí)現供熱低碳化的總體思路就是要取消各類(lèi)燃煤燃氣鍋爐，盡可能依靠清潔電力實(shí)現低碳供暖，同時(shí)深度挖掘各種余熱資源。從操作層面，未來(lái)國內尤其是北方城鎮供暖熱源將由核電、調峰火電余熱、電驅動(dòng)熱泵等協(xié)同組成。

　　清潔電力的希望寄托于新能源。有專(zhuān)家期望，未來(lái)40年光伏、風(fēng)電等清潔能源的整體比重從目前的10%提高到70%以上。國外對發(fā)展風(fēng)電存在爭議，目前歐洲一些國家認為風(fēng)電會(huì )破壞生態(tài)平衡；國內風(fēng)電、光伏的能源優(yōu)勢在西北地區，而大多用戶(hù)集中在北方和東南沿海地區。因此，有專(zhuān)家建議將發(fā)展清潔電力的重點(diǎn)放在核電。

　　根據《核電中長(cháng)期發(fā)展規劃》，到2020年，我國核電裝機容量達到5800萬(wàn)千瓦，排在美國、法國之后，居第3位。2019年中國大陸在運核電機組有47臺，目前在建機組有11臺，總裝機容量為1134萬(wàn)千瓦。2019年上半年，已有福建漳州和廣東太平嶺核電站核準開(kāi)工，2021年5月19日江蘇省連云港田灣核電站擴建工程開(kāi)工。有資料顯示，目前各地籌建中的核電站達到25個(gè)。2030年，中國核電站的總裝機容量將達到1億千瓦以上。

　　據中國工程院院士、中國城鎮供熱協(xié)會(huì )副理事長(cháng)江億測算，若充分利用1億千瓦核電產(chǎn)生的1.5億千瓦余熱和1億千瓦調峰火電產(chǎn)生的4.5億千瓦余熱，再輔之以用燃氣末端調峰，即可為北方地區160億平方米建筑提供所需熱源；而其余則可采用多種電驅動(dòng)熱泵、工業(yè)低品位余熱、中水水源熱泵、垃圾焚燒爐等熱源滿(mǎn)足。筆者具體詮釋如下：

　　所謂“調峰火電”，主要指我國600攝氏度以上蒸汽參數的超超臨界（USC）機組，占全球同類(lèi)裝機的80%以上。目前我國正在對700攝氏度（USC）發(fā)電技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，推進(jìn)60萬(wàn)千瓦超超臨界CFB對發(fā)電示范應用，已達到650攝氏度/105小時(shí)階段，逼近700攝氏度目標值。發(fā)展方向是100萬(wàn)千瓦、120萬(wàn)千瓦和160萬(wàn)千瓦超超臨界機組，以達到效率最高、排放為零的世界最先進(jìn)的火電水平。

　　所謂“燃氣末端調峰”，就是燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)機組。2021年3月31日，哈爾濱舉行黑龍江省首例大型引用俄氣供暖工程啟動(dòng)儀式，積極推動(dòng)燃氣調峰電站項目建設。該工程可利用天然氣3億立方米，新增供熱能力1200萬(wàn)平方米，可滿(mǎn)足以深哈產(chǎn)業(yè)園區為核心的環(huán)西片區供熱需求；2020年7月30日，濟南能源集團正式掛牌成立，4家公司（濟南熱力集團、濟南熱電公司、濟南港華燃氣公司、山東濟華燃氣公司）統籌供熱供氣，都起到燃氣末端調峰的功能。

　　所謂“多種電驅動(dòng)熱泵”，如河北省任澤區地源熱泵供能項目、河北省邢臺市信都區新型地源熱泵清潔能源供暖項目等，后者室外鉆井總數量約1087個(gè)、鉆孔深度150米、鉆孔面積18600平方米，涉及供熱面積23.3萬(wàn)平方米、供熱負荷9300千瓦。

　　所謂“中水水源熱泵”，如河北樂(lè )亭余熱供熱和中水回用綜合管網(wǎng)建設項目，新建泵站1座，熱力管網(wǎng)DN（公稱(chēng)直徑）為1200毫米，長(cháng)度為21.4公里；中水一次管網(wǎng)DN為800毫米，長(cháng)度1.2為公里；中水二次管網(wǎng)DN為1000毫米，長(cháng)度為20.2公里。

　　所謂“垃圾焚燒爐”熱源，如河南省濟源市生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)項目；黑龍江省望奎縣鎮和佳木斯市撫遠縣各建設的一座生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)項目，設計規模均為30兆瓦；山東省建設2×15兆瓦生物質(zhì)熱電項目，包括兩臺75噸/小時(shí)高溫高壓秸稈直燃循環(huán)流化床鍋爐，兩臺15兆瓦凝汽式汽輪發(fā)電機組。

　　這里所謂“工業(yè)多品位余熱”，是指工業(yè)余熱余壓高效回收利用，高溫煙氣凈化回收利用，冶金行業(yè)各種生產(chǎn)工序的余熱余壓能量回收等。目前，工業(yè)余熱回收的方法主要有熱交換、熱工交換，以及通過(guò)熱泵將熱能直接用于供熱，主要用于低溫余熱收集。工業(yè)余熱利用多為蒸氣發(fā)電系統。

　　鋼鐵企業(yè)實(shí)現煤氣、蒸汽等熱能回收利用，使得98%以上的資源得到深度開(kāi)發(fā)。例如山鋼集團實(shí)施“焦爐上升管荒煤氣梯級換熱中壓蒸汽回收關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應用”項目；沙鋼集團與70多家企業(yè)實(shí)現蒸汽資源共享；河北邢臺德龍鋼鐵公司高爐沖渣水余熱供暖項目，可向周邊面積達200多萬(wàn)平方米的居民住宅供暖；山西省呂梁市中陽(yáng)鋼鐵公司充分利用高爐沖渣水、燒結、轉爐等生產(chǎn)工序的余熱，接入中陽(yáng)縣城集中供熱設施，增加了集中供熱面積，淘汰了數百臺采暖燃煤小鍋爐，使企業(yè)綠色發(fā)展的效益從內部延伸到社會(huì )。

　　中國首創(chuàng )水熱聯(lián)產(chǎn)技術(shù)結合大型跨季蓄熱裝置。此前，國家電投山東核電與清華大學(xué)聯(lián)合建設的“水熱同產(chǎn)同送”科技示范工程在山東海陽(yáng)投運。其通過(guò)對核能進(jìn)行先發(fā)電、后制水、再供暖的三級高效利用，為世界“零碳”能耗供熱+“零碳”能耗制水提供了“中國方案”。

　　據江億測算，水熱聯(lián)產(chǎn)技術(shù)結合大型跨季節儲熱，1億千瓦的核電廠(chǎng)可年產(chǎn)100億噸淡水，可為100億平方米建筑供熱，且成本只有“南水北調+熱電聯(lián)產(chǎn)”的50%，將為我國北方沿海地區徹底解決水資源問(wèn)題、零碳供暖問(wèn)題提供新思路。

　　“核電供熱改造為遠距離供熱”項目有福建福清、連云港田青、浙江秦山等。例如秦山核電核能綜合利用項目——核能供暖節能改造項目，建設地點(diǎn)位于浙江省嘉興市，建設周期為2021年~2022年，供熱水主管線(xiàn)長(cháng)約14.5公里、管徑為DN600毫米，并配套建設有廠(chǎng)外熱力站等。

　　供熱有季節性的特點(diǎn)，因此，大量的核電、工業(yè)等余熱，都應高效存儲于冬季供暖，而利用大型跨季節蓄熱裝置回收大量余熱資源，將使原本僅能運行3個(gè)~4個(gè)月的余熱回收裝置實(shí)現全年運行。

　　有專(zhuān)家建議，一是在沿海地區建設若干大型跨季節蓄熱裝置，開(kāi)發(fā)利用沿海地區核電、火電、鋼鐵企業(yè)余熱資源，理論上可為80億平方米建筑供熱；二是在北方地區建設若干大型跨季節儲熱裝置，開(kāi)發(fā)利用現存的3億千瓦火電，可以得到4億千瓦熱量，也可以為80億平方米建筑供熱；三是在中西部地區建設若干中型跨季節蓄熱裝置，開(kāi)發(fā)利用鋼鐵、有色、化工、機電產(chǎn)業(yè)和垃圾焚燒等余熱，有望為10億平方米建筑供熱。

　　城鎮供熱系統碳達峰、碳中和的愿景。城鎮供熱系統力爭于2030年實(shí)現城鎮分散煤爐基本清零，到2035年城鎮供暖累計替代煤1.1億噸，基本實(shí)現農村地區無(wú)煤化，實(shí)現城鎮供熱領(lǐng)域清潔化。因此，全國要關(guān)停的各類(lèi)煤炭、燃油小鍋爐多達100萬(wàn)臺。例如河北省辛集市主城區散煤替代集中供熱（含保障房）項目，天津市武清區燃煤供熱站改燃天然氣管網(wǎng)配套工程，陜西省延安市黃陵縣黃花溝村、虎尾村、張寨村等煤改氣供熱站項目等，為在全國逐步建立清潔取暖長(cháng)效機制提供了有效經(jīng)驗。

　　目前，全國各類(lèi)燃煤電廠(chǎng)達8000多家，每年將有數百家實(shí)施改造，上馬熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱供汽項目?！笆濉逼陂g，我國對9.5億千瓦的燃煤發(fā)電機組進(jìn)行了改造，建成全世界最大的清潔發(fā)電體系，對京津冀及周邊地區的冬季清潔取暖的散煤替代完成了2500多萬(wàn)戶(hù)的相關(guān)設施改造。因此，城鎮供熱系統碳排放將先于建筑業(yè)實(shí)現碳達峰，與電力系統同步實(shí)現碳中和，與電力系統同步進(jìn)入碳市場(chǎng)。