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我国清洁供暖技术现状、问题与解决路径

发表时间:2022-08-11 08:19

2022

蓝焰高科

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我国清洁供暖技术现状、问题与解决路径


“清洁能源”供暖技术 及发展 ?  


近年来,每当供暖季前后,我国北方地区雾霾天气频发,京津冀地区尤为严重。虽然有资料表明,2018年我国平均霾日数、霾天气过程次数和影响面积均比2017年有所减少,但雾霾天气的频繁出现,直接影响到人们的日常生产生活,甚至危害健康。

究其原因,我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋导致国内能源消费结构失衡,成为我国大气污染的根源。经初步核算,2019年我国全年能源消费总量48.6亿吨标准煤,其中煤炭消费量占能源消费总量的57.7%,比2018年下降了1.5%,而天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占总量的23.4%,上升了1.3%。虽然清洁能源消费比重略有上升,但化石能源仍然是我国能源消费结构的主体。

京津冀地区冬季的氮氧化物(NOx)排放量绝大部分来自供暖燃料的燃烧。受经济成本、取暖模式等诸多因素影响,短期内燃烧化石能源仍为北方地区冬季取暖的主要形式。截至2016年底,北方地区燃煤取暖面积约占北方地区总取暖面积的83%,天然气、电、地热能、生物质能、太阳能、工业余热等合计约占17%。因此,我国北方地区迫切需要推进清洁取暖。

我国北方清洁取暖工作的可持续发展,回顾了区域供热技术发展的大致历程和近10年来国家相关的供热政策,阐述了我国北方现有各项清洁供暖技术的优劣,包括清洁燃煤供暖、天然气供暖、电制热供暖、地热供暖、生物质能清洁供暖、太阳能供暖、工业余热供暖、核能供暖等,对清洁取暖领域存在的问题进行深入剖析,并给出相应的解决路径。



  一、我国清洁取暖的相关政策


清洁取暖是指利用天然气、电、地热、生物质、太阳能、工业余热、清洁化燃煤(超低排放)、核能等清洁化能源,通过高效用能系统实现低排放、低能耗的取暖方式。清洁取暖包含以降低污染物排放和能源消耗为目标的取暖全过程,涉及清洁热源、高效输配管网(热网)、节能建筑(热用户)等环节。清洁取暖的主要方式包括清洁燃煤供暖、天然气供暖、电制热供暖、可再生能源供暖和工业余热供暖等。
    近年来,我国政府相继出台了一系列有关供暖的相关政策文件。2006年,国务院出台了《国务院关于加强节能工作的决定》,指出供暖要商品化,按用热量计量收费。同年,财政部印发《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》,明确提出支持利用可再生能源进行采暖制冷,包括利用热泵技术等。国家能源局于2007年发布的《能源发展“十一五”规划》指出从分布式锅炉转变为集中供暖,以及新建热电联产节能标准;2013年发布的《能源发展“十二五”规划》要求发展天然气热电联产、热力网建设等;2017年发布的《能源发展“十三五”规划》提出推广热电冷三联供和生物质热电联产、地热能供暖、低品位余热供暖等。
    推进北方地区清洁取暖工作已成为中央提出的一项重要决策部署。尤其进入“十三五”后,《北方地区冬季清洁取暖规划(2017—2021年)》《关于推进北方采暖地区城镇清洁供暖的指导意见》《清洁能源消纳行动计划(2018—2020年)》《打赢蓝天保卫战三年行动计划》《绿色产业指导目录(2019年版)》等相关政策文件的密集推出,也彰显了国家大力发展清洁取暖工作的决心与信心。




二、我国清洁供暖技术现状  


我国供暖技术主要有:

1

清洁燃煤供暖

清洁燃煤集中供暖指实施超低排放技术改造后,将实现超低排放标准的燃煤热电联产和大型燃煤锅炉通过热网系统向用户供暖的方式。

2

电制热供暖

电制热供暖指利用电能,使用普通电锅炉、蓄热电锅炉、电锅炉+水蓄热、电锅炉+相变蓄热等集中供暖方式,以及发热电缆、电热膜、碳晶、热轨、碳纤维、直热式电暖器、蓄热式电暖器等分散供暖方式,还包括各类电驱动热泵等方式进行供暖。

3

地热供暖

地热供暖指利用地热资源,使用换热系统提取地热资源中的热量向用户供暖,可作为集中式或分散式供暖热源。

4

生物质能清洁供暖

生物质能清洁供暖指利用生物质原料及其转化燃料在专用设备中清洁燃烧供暖的方式,包括:排放达标的生物质热电联产和大型生物质锅炉等集中供暖,以及中小型生物质锅炉等分散供暖。

5

太阳能供暖

太阳能供暖指利用太阳光热能,借助太阳能集热装置,配合其他稳定性好的清洁供暖方式向用户供暖。太阳能供暖可分为主动式和被动式。根据热媒不同,主动式太阳能供暖可分为太阳能空气供暖和太阳能热水供暖2种类型。太阳能空气供暖主要针对单层、闲置农房,其系统启动快、耐冻,但效率低。太阳能热水供暖是从太阳能生活热水基础上发展而来,其系统效率高、易安装,但控制不当易发生冻害、过热等问题。被动太阳房是被动式太阳能供暖的典型代表,20世纪80年代初就已在北方地区广泛应用。

6

工业余热供暖

工业余热供暖指回收工业生产过程中伴生的余热,经换热装置提质后进行供暖的方式。与其他供暖技术相比,工业余热供暖在技术及经济上均具有较好的可行性。但工业余热种类繁多,其数量和形态在时间或空间上也常具有不确定性,由于传统余热回收技术水平,难以被高效利用。而储热技术的优势,恰恰能够缓解能量供需双方在时空、强度与地域上不匹配的矛盾。将储热技术与工业余热清洁供暖技术有机结合,可进一步提升余热转换效率。可移动式工业烟气余热储热供暖(图1)是该技术的典型代表之一。

图1 可移动式烟气余热储热供暖装置结构简图


截至2016年底,我国北方地区工业余热供暖面积约1亿平方米;预计到2021年,我国工业余热(不含电厂余热)供暖面积将达2亿平方米。

7

核能供暖

核能供暖指以核裂变产生的能量为热源的集中供暖或分散供暖。目前,核能供暖主要有2种方式:低温核供暖和核热电联产。低温核供暖已形成池式供热堆和壳式供热堆2种主流技术,单个模块供热能力在200兆瓦左右,可满足400万平方米用热需求;核热电联产的综合能源利用率可达80%,单台1 100兆瓦电力机组供热能力超过2 000兆瓦,供热面积达5 000万平方米。NHR200-Ⅱ型低温堆热电联产系统(图2)是该技术的典型。

图2 NHR200-Ⅱ型低温堆热电联产系统简图


核能供热前景广阔,近年来核能供暖产业已在我国北方地区积极推进。中国核工业集团、中国广核集团、国家电力投资集团及清华大学等单位已经在黑龙江、吉林、辽宁、河北等多个省份开展了相关厂址普选与产业推广工作。

8

天然气供暖

天然气供暖指以天然气为燃料,利用脱氮改造后的燃气锅炉、燃气热电联产等进行集中供暖,以及燃气热泵、壁挂炉等进行分散供暖。与燃煤供暖相比,天然气供暖热效率更高,烟尘及SO2的排放量更低;与电制热供暖相比,天然气供暖经济性更好。蓝焰高科(天津)燃气技术有限公司研发生产的空气源燃气机热泵(图3 GEHP技术原理图)为该技术的典型代表之一,是一种以天然气为燃料,通过燃气发动机驱动蒸气压缩式压缩机,通过燃气热泵的循环,进行制冷/制热的空调系统。此系统充分利用了天然气,对环境形成了有利的保护。

截至2018年底,我国北方地区天然气供暖面 积约为28亿平方米,占总取暖面积15.3%。随着“煤改气”清洁供暖的稳步推进,天然气需求量大增,2019年我国天然气进口量约1 373亿立方米。



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