隨著我國城市能源結構的調整及環保要求持續加強，以天然氣為一次能源的採暖方式漸成趨勢。然而，受資源緊張、成本偏高、能源轉換效率不足等因素制約，這一方式也暴露出不少問題，亟待進一步完善。
那是否存在更為理想的城市供熱方式？在清華大學建築節能研究中心教授付林看來，北方地區供熱減排潛力巨大，可將現有大型電廠及工業餘熱利用起來，輔之以天然氣資源調峰，構建以京津冀一體化為範本的新型清潔供熱體系。
文丨朱妍
清潔取暖改造留下“後遺症”
中國能源報：隨著清潔取暖改造的集中、持續推進，北方採暖正在發生越來越多的變化。結合該背景，您如何看待北方城鎮供熱現狀？
付林：截至2016年底，我國北方城鎮供熱面積約140億平方米，其中50%以上仍在使用汙染嚴重的燃煤鍋爐，約25%為燃煤熱電聯產供熱，另有20%左右為天然氣或電供熱。每年還在新增建築的情況下，
清潔熱源存量缺口已有70多億平方米，清潔供熱任務艱鉅而急迫。目前，國家越來越重視北方清潔取暖問題，已展開系統認識探索，以加快提高清潔取暖比重。改造初衷是好的，成效也有目共睹，但同時也應及時總結、反思推行過程中出現的問題，特別是改造留下的一些“後遺症”。
中國能源報：需要反思的“後遺症”主要有哪些？
付林：清潔取暖改造的重點在於究竟怎麼“改”。我們常說“宜氣則氣、宜電則電”，到底如何因地制宜？這是值得反思的關鍵。
例如，北方多地以天然氣為燃料的熱電聯產，從經濟性看，因其投資高於分散的小燃氣鍋爐，燃料成本又比燃煤電廠高，往往只有在發電上網電價較高的條件下，才能體現出優勢。除導致被改造地區供熱成本大幅上升外，該方式因熱電比小而造成天然氣消耗量特別大。僅在京津冀地區，若按北京供熱模式全部改為天然氣熱電廠和鍋爐，至少就需600億方天然氣，相當於全國總用量的1/4， 由此可能帶來供氣安全保障、氮氧化物排放加劇等一系列後續問題。
再如，熱電聯產雖是北方城市能源轉換效率最高的供熱方式，但因其普遍採用“以熱定電”模式，導致大量發電根據供熱需求而定，難以再為電網調峰服務。如何在清潔取暖的同時解決這一矛盾，優化電、熱、燃氣構成的能源系統運行，是又一重要任務。
“好氣用在調峰上 ”
中國能源報：如何優化電、熱、燃氣等資源在城市供熱中的運行？
付林：首先要弄清楚，天然氣究竟該不該用於城市採暖？我認為寶貴的天然氣要用於更為合理的地方，即設置在城市熱網末端承擔供熱調峰作用。
目前不少城市直接將燃煤鍋爐改為大型燃氣鍋爐供熱，該方式並不值得推廣。燃氣鍋爐宜分散而不宜集中，
在熱網難以達到的地方，可適當採用分散化的小型燃氣鍋爐供熱。同時，城市應重視建設季節性天然氣儲氣設施，保障冬天供氣安全。此外，還可將“以熱定電”轉化為“熱電氣協同”的方式，大幅提高熱電聯產靈活性，實現熱電解耦。在北方城市已基本覆蓋熱網的基礎上，可加裝蓄熱裝置和熱泵。電負荷低谷期，機組減小發電量並通過熱泵消耗電量而產生高溫熱量，該熱量存入蓄熱裝置；用電高峰時，供熱機組減少抽汽供熱而多發電，採暖負荷通過蓄熱裝置放熱承擔。由此在改變機組不同時間發電量的同時，實現電力調峰優化運行。
中國能源報：除調峰外，如何進一步挖掘天然氣供熱的潛力？
付林：天然氣由一個碳加四個氫組成，燃燒時氫元素轉化為水蒸氣，也就是我們常見的白煙，攜帶較大比例熱量。若能將這部分熱量回收利用，不僅可消除冒煙問題，還可進一步提高燃氣供熱效率。現有大型熱電廠中，尚有超過其供熱量40%的低溫煙氣餘熱有待利用。
針對大型燃氣熱電聯產，我們現可通過全熱回收技術，在輸入燃氣量不變、輸出電力基本不變的前提下，將輸出熱量提高40%以上。針對燃氣鍋爐，利用直接接觸式換熱技術，使煙氣溫度降至20攝氏度甚至更低，由此實現深度回收，再通過吸收式熱泵進行加熱，從而將供暖熱效率提升10%以上。即可實現熱回收、減排與節水一體化，還可降低煙氣氮氧化物濃度10%以上。
探索京津冀清潔供暖一體化
中國能源報：上述回收技術的經濟性如何？
付林：以北京為例，如按發電小時3500小時計算，燃氣電廠年用氣量約75億方，燃氣鍋爐採暖季消耗氣量約53億方。根據上網電價0.65元/千瓦時、天然氣價2.5元/標方折算，北京因供熱產生的總成本約400億元/年，每年額外還有上百億元運行補貼。
隨著四大燃氣熱電中心的上馬，北京城區已結束燃煤供熱歷史。北京燃氣電廠供熱能力現為1.2億平方米，如能將排放煙氣全部回收，再加上調峰部分的熱量，即相當於在不增加天然氣用量的情況下，新增供熱面積1億平方米。北京還有超過5億平方米的天然氣鍋爐供熱，餘熱回收後可增加5000多萬平米供熱面積。兩部分相加達1.6億平米左右，這意味著，不僅可使北京20%的建築實現零汙染供熱，每年還可節約用氣16億方。
中國能源報：基於這些技術，可為城市清潔供暖帶來哪些推動？
付林：實際上，餘熱回收技術既可用於燃氣電廠，也可吸收北京周邊燃煤電廠及工業餘熱。例如，利用周邊燕山石化的餘熱可滿足北京當地超2000萬平方米供熱需求。隨著大溫差、遠距離供熱技術得到應用，相比於天然氣鍋爐供熱而言，餘熱供熱的經濟半徑可達300公里以上。在北京300公里半徑內，僅現有電廠供熱潛力就達10億平方米，甚至可滿足京津冀地區其他城市的熱需求。
通過“外熱入京”將餘熱送入北京，同時利用少量天然氣配合調峰，即“4座燃氣熱電中心+燃氣分佈式調峰+N處餘熱回收”的方式，相比現行純靠天然氣供熱的模式，不僅減少汙染排放，還可減少能耗80%以上、降低供熱成本1/3。
在此基礎上，我們還設想了一種以供熱、天然氣和電力為核心的京津冀清潔供熱一體化模式。統籌考慮京津冀地區的能源資源，例如除“外熱入京”，還可將北京的天然氣資源分出一部分給津、冀等地，通過“熱電協同”技術解決該地區乃至鄰省的火電深度調峰和可再生能源消納問題。統籌考慮京津冀地區的供熱、天然氣和電力資源，繼而進一步實現能源一體化，推動供熱、天然氣、可再生能源及電力的協同發展、協同運行。
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