【中國制冷網(wǎng)】黨的十九大指出：我國社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。當前北方開展的清潔取暖重大工程的提出，正是源于對這一矛盾的深刻認識。

　　我國城鎮(zhèn)供暖的主要矛盾發(fā)生變化

　　隨著我國城鎮(zhèn)化的飛速進展，北方城市建筑冬季供暖也有了顯著改善。城市供暖的主要問題已經從二十年前的室溫低、高投訴、熱費上繳率低等民生問題轉變成為目前的室內過熱、高能耗和降低污染物排放等面向生態(tài)文明發(fā)展的新要求。

　　而目前仍接近人口50%的北方農村，冬季室內取暖卻逐漸顯現(xiàn)出多方面問題：盡管戶均耗煤量已超過城市居民水平，但冬季室內溫度大多在10~16℃之間，不足以滿足室內舒適性的基本要求;大量分散的散煤低效燃燒導致冬季室內外空氣質量惡化，并且還成為形成冬季北方大面積PM2.5的主要污染源之一。

　　據(jù)統(tǒng)計盡管京津冀地區(qū)農村取暖散煤燃燒僅占當時這一地區(qū)燃煤總量的不到25%，但其排放的粉塵和氮氧化合物卻占這一地區(qū)由于燃煤排放的粉塵和氮氧化合物總量的60%以上。

　　在農村實現(xiàn)清潔取暖，已成為廣大農民對美好生活的重要訴求。改變農村的取暖方式，改善農村冬季室內外空氣質量，是涉及“農村生活方式革命”的重大任務。

　　由此，清潔取暖重大工程的主要目的是：

　　一、全面滿足北方地區(qū)城鄉(xiāng)建筑冬季供暖的要求;滿足人民對美好生活的追求;

　　二、大幅度降低冬季供暖燃燒形成的PM2.5相關污染物的排放，從而改善北方冬季霧霾現(xiàn)象;

　　三、降低北方地區(qū)由于冬季城鄉(xiāng)供暖導致的化石能源消耗總量和碳排放總量。

　　此外，隨著我國產業(yè)結構的深度調整，工業(yè)用電在電力消費總量中的比例逐年降低，用電負荷側的峰谷變化和不可調控性日益嚴重;而隨著我國風電、光電的飛速發(fā)展，不確定性可再生電源在電源總量中的比例逐漸加大。這兩個因素疊加，就使得由于北方電網(wǎng)缺少足夠的靈活電源而出現(xiàn)大量的棄風棄光現(xiàn)象。2015年我國平均棄風率已達20%，其中甘肅、新疆、吉林等地區(qū)棄風率超過30%。這些棄風現(xiàn)象都集中發(fā)生在冬季，與供熱期間大量燃煤電廠轉為熱電聯(lián)產運行方式，喪失了對電力的調峰能力密切相關。

　　既然棄風現(xiàn)象與冬季供熱相關，如何在清潔取暖中同時解決這一矛盾，實現(xiàn)熱電協(xié)同，優(yōu)化電、熱、燃氣構成的能源系統(tǒng)的運行，也成為清潔取暖工程中的又一任務。

　　直接電熱是“高能低用”

　　一些部門針對上述問題提出的解決方案是大力發(fā)展直接電熱型熱源方式，在城市發(fā)展大型電熱鍋爐和巨型蓄熱水罐，在農村發(fā)展蓄熱式電暖氣。利用這些電熱裝置在電力負荷低谷期把多余的電力轉換為熱量，不僅為當時的供熱需求提供熱源，還儲存熱量滿足電力負荷高峰期供熱的需求。這樣做從局部看確實避免了使用燃煤燃氣鍋爐供熱的污染物排放，又通過蓄熱解決了電力供給側和需求側不同步的矛盾，似乎是實現(xiàn)清潔取暖的有效途徑。

　　但是，通過直接電熱方式把電轉換為熱，是典型的“高能低用”。

　　我國目前70%的電力還是由燃煤火力發(fā)電產生，熱電轉換效率不足40%。電熱直接轉換的方式其轉換效率只能為100%，這就表明約60%的能源在這兩次轉換中白白浪費掉。

　　有些人認為電熱方式使用的是風電、光電，而非火電，這樣做可以避免棄風、棄光，是可再生能源的有效利用。這種提法并不成立。當我們使用所謂的風電光電生成熱量的同時，同一電網(wǎng)上還有大量的燃煤火電廠在發(fā)電。怎么可以認為這些電熱鍋爐消耗的電就不是這些燃煤電廠所產生呢?如果此時電力富裕，為什么不能停掉部分燃煤電廠，用風電替代火電，從而減少燃煤消耗、減少污染物和碳的排放?因此，只要有燃煤電廠在發(fā)電，同一時刻的電熱鍋爐或電直熱裝置就應該認為是在使用煤電，是效率低，高排放的產熱方式。

　　我國已有成熟的熱電轉換技術

　　那么應該怎樣高效地把電力轉換為熱量呢?目前至少有如下的成熟技術可供選擇：

　　一、熱電聯(lián)產

　　與單純的燃煤燃氣電廠相比，輸入等量燃料，熱電聯(lián)產運行輸出的電力僅減少20%~30%，卻可以在發(fā)電的同時得到幾倍于所減少的發(fā)電量的熱量。如果把輸出的熱量與減少的發(fā)電量之比定義為等效COP，則標準的抽凝式熱電聯(lián)產無論燃煤電廠還是燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的燃氣電廠，其COP都可以達到5到6。同時，燃煤電廠的總熱效率可達到80%以上，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的總效率也可達到75%以上。近年來提出的“吸收式循環(huán)”新流程(2012年獲得國家發(fā)明二等獎)，燃煤熱電聯(lián)產的等效COP可達到7.5，總的熱效率達到93%，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的熱電聯(lián)產的等效COP也可以接近7，總的熱效率達到88%，當采用多種煙氣潛熱深度回收技術時，其總的熱效率按照低位熱值計算，還可以再提高10~14個百分點。這應該是目前其它的熱電轉換方式都很難獲得的高效率，因此可以認為熱電聯(lián)產是能量利用效率z*高的電-熱轉換方式。

　　二、地源熱泵

　　在地下埋管，通過埋管中的循環(huán)水與地下砂石黏土換熱，提取地層中的熱量，再通過熱泵提升熱量的品位，以滿足建筑供熱需求。對于埋深為100米左右的地下埋管，換熱后的循環(huán)水一般在10到15℃之間，熱泵的電熱轉換效率為3到4。近年來我國西北地區(qū)研發(fā)成功2000米到3000米深的地下埋管熱泵系統(tǒng)，循環(huán)水出水溫度可以達到20到30℃，從而其電-熱轉換效率COP可達4到5。

　　三、空氣源熱泵

　　從室外空氣中獲取熱量，再通過熱泵提取其熱量品位，以滿足建筑供暖需求。當室外空氣溫度在0℃左右時這種方式可以實現(xiàn)的電-熱轉換效率COP可達到3。由于這種方式很少受條件限制，所以在長江流域地區(qū)一直是z*合適的建筑供暖熱源。

　　近年來我國在此方向的技術進步迅速，通過新的壓縮機技術、變頻技術和新的系統(tǒng)形式，已經把空氣源熱泵的適用范圍擴展到零下20℃的低溫環(huán)境。在-20℃下幾種空氣源熱泵的COP已經可以達到2，制熱量也可達到標稱工況的70%以上。這就使得空氣源熱泵在絕大多數(shù)地區(qū)都可以作為高效的電-熱轉換方式，為建筑提供供暖熱量。中國的空氣源熱泵技術目前處于國際領先地位。

　　四、低品位余熱和生物質

　　除了高效的電-熱轉換方式外，利用工業(yè)生產過程排出的低品位余熱供熱，也是清潔供暖的重要熱源。我國目前鋼鐵、有色、化工、煉油、建材五大高能耗產業(yè)在北方冬季排放的熱量足以承擔北方城鎮(zhèn)一半以上建筑冬季供暖的需求。如果僅利用其70%，也可以每年節(jié)約供暖用能1億噸標煤。目前在唐山遷西、內蒙赤峰都有成功的工業(yè)余熱供暖示范工程，每個工程供暖建筑面積都超過300萬平米。

　　再有就是利用生物質能直接燃燒供熱或制取生物質燃氣作為供熱熱源。這在生物質資源豐富的內蒙、東北等地區(qū)也有很多成功案例。

　　根據(jù)建筑特點選擇適宜的技術方案

　　以上列舉了清潔取暖的多種熱源方式，怎樣選擇和組合上述方式，才能實現(xiàn)清潔和經濟的供暖，并且實現(xiàn)熱電協(xié)同，緩解目前冬季的棄風棄光現(xiàn)象呢?這又取決于被供暖建筑的密集程度?？珊唵蔚匕驯狈降貐^(qū)分為高密集度的城鎮(zhèn)建筑和低密集度的鄉(xiāng)村建筑兩類。

　　對高密集度的城鎮(zhèn)建筑

　　我國北方地區(qū)中等以上城市都已建成較完善的集中供熱管網(wǎng)，其80%以上的建筑都可以與城市集中供熱管網(wǎng)連接。這就使得這些地區(qū)可以充分利用目前的熱電廠資源，通過熱電聯(lián)產改造，為建筑提供熱量。

　　由于目前的熱電聯(lián)產電廠是“以熱定電”的運行模式，冬季就不再為電網(wǎng)做電力調峰，從而導致前文所述的大量棄風棄光現(xiàn)象。但目前已經提出有效的解決方案，對熱電聯(lián)產電廠做“熱電協(xié)同”改造，增加巨型蓄熱裝置、改變取熱工藝流程，就可以使其在保障供熱的同時，電力輸出也可以在40%到100%范圍內靈活調節(jié)。這就使熱電聯(lián)產電廠同時還可以是電網(wǎng)的靈活電源。因此針對目前我國北方電網(wǎng)缺少靈活電源的現(xiàn)狀，應大規(guī)模開展燃煤電廠的熱電協(xié)同改造。

　　此外，熱電聯(lián)產電廠輸出的熱力與電力之比往往都低于其所在區(qū)域需求側z*大的熱力與電力之比，這就導致在嚴寒期用電低谷的時段熱電聯(lián)產熱量不足而電力過剩，供給側和需求側的熱電比出現(xiàn)嚴重不匹配。正是由于這一原因，盡管熱電聯(lián)產是能源轉換效率z*高的方式，在很多制造業(yè)比例較低的消費型城市還不能用熱電聯(lián)產方式為城市提供全部供暖熱量，必須輔助以其它的熱源形式，以使供給側和需求側之間熱電比匹配。為此需要在這些城市發(fā)展一定數(shù)量的熱泵供熱，從而增加需求側的用電量，并減少對熱電聯(lián)產熱源熱量的需求。

　　對于北京來說，合理的匹配應該是熱泵提供三分之一建筑的供暖，熱電聯(lián)產提供其余三分之二建筑的熱源。這才是整體上一次能源消耗量z*少，各種污染物排放z*少的整個北京冬季建筑供暖的熱源方案。

　　對低密集度的農村建筑

　　對于建筑密集度低的北方廣大農村，集中供熱網(wǎng)的投資高，運行效率低，因此應發(fā)展分散的供熱方式。

　　除了個別利用工業(yè)余熱和生物質能的供熱外，z*現(xiàn)實的、高效的和可操作的方式就是分散的空氣源熱泵方式，這也是北京郊區(qū)經過多次反復后，z*終作為清潔取暖方式而大量推廣的主導方式。

　　目前在農村推廣的空氣源熱泵供暖有每戶一套的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)和每室一臺的空氣源熱泵熱風機兩種方式。前者用熱泵制取熱水，再通過熱水經過房間散熱器循環(huán)實現(xiàn)供暖。由于房屋巨大的熱慣性，這種方式從全停開始啟動時需要十余個小時的加熱過程才能達到供暖溫度，這樣就要求系統(tǒng)長期連續(xù)運行;而熱泵熱風機因為是直接向房間送熱風，啟動后僅十余分鐘就可達到要求的供暖效果，所以適合于間歇供暖。我國目前農村大多是常年老人和兒童居住，周末和假期全家團聚。每戶多個房間平時只用一兩間，團聚時才全部使用。因此可否高效地實現(xiàn)間歇供暖，成為選擇農村清潔取暖方式的關鍵。北京郊區(qū)近年來的實踐表明，采用一室一臺的空氣源熱泵熱風方式，每個冬季每平米農舍耗電量為20到40kWh/m²，而采用一戶一套的空氣源熱泵熱水方式，每個冬季每平米農舍耗電量為40到60kWh/m²。熱泵熱風機的初投資每戶在一萬元左右，熱泵熱水機的初投資每戶在二萬元左右。

　　此外，熱泵熱風機還可以按照“需求側響應”方式運行，在電力部門的統(tǒng)一協(xié)調下，通過互聯(lián)網(wǎng)技術統(tǒng)一調度，在保證供暖需求的前提下，參與電力調峰。當電力負荷處于峰值期間，電力調度可以通過分片地停止一部分熱泵熱風機來消減用電負荷，由于建筑的熱慣性，連續(xù)停止熱風機3個小時，房間溫度z*多下降2度，不會對供暖有太大影響;而在電力負荷處于低谷期間，又可以分片地運行一部分熱泵熱風機來增加電力負載。連續(xù)運行3小時熱風機，z*多也只能使房間溫度上升2度，也不會對室內舒適性帶來太大的影響。

　　在農村大規(guī)模采用這種方式運行，可以使安裝在農村的巨量的空氣源熱泵成為巨量的電力峰谷差調節(jié)裝置，在實現(xiàn)農村清潔取暖，改善生活狀況的同時，為破解電力系統(tǒng)的難題、緩解棄風棄光現(xiàn)象找到一條新的途徑。由于參與電力削峰填谷，農民也可以獲得低價電費的回報，這就又為減輕清潔取暖改造的經濟壓力找到一條新的出路。