产业报告2020丨观点篇：一、江亿：热电联产与工业余热利用

第六篇 观点篇

党和政府对专家参与决策高度重视，精准施策，加快了清洁供暖的长足发展，专家参与决策在实践中取得了明显成效。企业把专家丰富的知识和先进的经验带到行业，相应会带动行业的快速发展，在清洁取暖、节能降耗、优化服务等方面勇于创新，减少不必要的经济消耗。本篇撷取7位政府领导、学者等清洁供热行业著名专家的观点，内容涉及2018-2019年诸位专家的公开主题演讲及PPT、媒体采访、学术研究成果、公开发表论文，关注理论和实践层面的结合，充分发挥专家思想库、智囊团和参谋助手的作用，为政策制定、行业预测、技术路径和企业投资提供专业意见，为开创清洁供热新局面共谋良策。

本篇主要分为以下几类观点：

宏观政策方面，未来能源发展朝两化方向演进，工作目标和治理策略应该因时而变，结合实际科学规划。

供热模式方面，热电联产是解决我国城镇清洁化供热的有效方式，大温差供暖为新模式的探索提供了技术保障。

能源利用方面，以工业余热、生物质和地热能等可再生能源为代表，注重散煤治理与煤炭清洁化利用，突出了热能在清洁供热中的重要作用。

 一、江亿：热电联产与工业余热利用

中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任、教授

根据清华大学建筑节能研究中心建立的中国建筑能耗模型（CBEM）的研究成果，2017年，我国北方城镇供暖能耗为2.01亿吨标准煤，占建筑能耗的21%。2001~2017年，北方城镇建筑供暖面积从50亿平方米增长到140亿平方米，增加了将近2倍，能耗总量增加不到1倍。

1. 建筑能耗降低及其原因

能耗总量的增长明显低于建筑面积的增长，表明节能工作取得的显著成绩。平均单位面积供暖能耗从2001年的23千克标准煤，降低到2017年的14千克标准煤，降幅明显。

能耗强度降低的主要原因如下：

一是建筑围护结构保温水平提高。近年来，住房和城乡建设部通过多种途径提高建筑保温水平，包括建立覆盖不同气候区、不同建筑类型的建筑节能设计标准体系、从2004年年底开展节能专项审查工作、既有居住建筑节能改造等，我国建筑的保温水平整体得到大幅提高，起到了降低建筑实际需热量的作用。

二是高效和清洁供暖热源方式占比迅速提高。总体看来，随着北方地区冬季清洁供暖工作的逐步推进，高效的热电联产集中供暖、区域锅炉方式大量取代小型燃煤锅炉房和户式分散小煤炉，让热源的整体效率大幅提升。随着煤改气、煤改电政策的推广，以燃气为能源的供暖方式比例增加，同时水源热泵、地源热泵、空气源热泵的供暖面积也快速发展。此外，工业余热供暖、生物质供暖、太阳能供暖等可再生能源供暖方式也开始出现。

三是供暖效率提高。“十二五”以来，供暖系统节能增效改造以及清洁供暖工作的推进使得各种形式的集中供暖系统效率得到整体提高。

2. 热电联产余热利用

热电联产是解决我国清洁化高效供暖的最佳方式，要充分挖掘目前的热电联产余热资源，必须解决两个问题，一是长距离经济安全的热量输送，二是热电匹配和热电联产电厂为电网调峰。

火电厂、产生工业余热工厂的分布情况与需要供暖的城镇建筑在地理位置上存在不匹配。这一问题可通过热量长途输送的方式予以解决。经分析表明，输送半径在150公里以内就可以实现热量产生与供暖需热量之间的匹配。目前，国内已有一批实际工程案例，运行结果也显示了这一技术的可行性和优越性。长距离热量输送可以有效解决地理位置的不匹配问题。余热资源分布于尝试和建筑的需求分布不匹配，长距离供热具有良好的经济性，在150公里半径内北方大多数地区已经基本匹配供需关系。热损失、泵站与泵耗、管道折旧是制约长距离供热输送的三个因素，其经济性取决于回水温度。回水温度越低，能够降低热能耗。降低回水温度的途径，一是可以利用原有热源厂场地安装带有吸收热泵的调峰热源，二是通过改变热量结算方式促进回水温度降低。

火电厂规划的主要功能为电力调峰，当冬季改为热电联产方式，在发电的同时还要承担建筑供热，存在如何满足电力调峰需求的问题。这需要彻底改变目前火电厂热电联产的模式，变“以热定电”的方式为“热电协同”的方式。在火电厂安装巨量的蓄热装置，同时通过电动热泵和吸收式热泵提升发电过程排出的低品位余热，使发电过程产生的余热能全部回收利用，在不改变电厂锅炉蒸汽量的前提下大范围调节对外输出的电量。这种改造方式虽然设备投入较高，但是可以有效处理热电厂存在的电与热之间的矛盾。未来，我国北方地区的火电厂都同时肩负电力调峰和冬季供热的任务，这种模式应是未来北方火电厂的主要模式。

从我国可再生能源为主、化石能源为辅的能源系统蓝图出发，可以得出我国北方地区城镇的供暖热源方式：主要依靠调峰用火电厂的低品位余热以及钢铁、有色、化工、建材等工业生产过程中排放的余热，作为基础供热热源承担90%以上的总热量和70%以上的最大负荷，构建北方地区热能大联网系统。同时，辅之终端以燃气为动力的调峰热源，承担30%左右的最大负荷和不到10%的总热量，以此来构建我国北方地区新型供热热源系统。

3. 工业余热

建筑供暖要求的室温是20℃左右，因此只要是能够在20℃下释放热量的热源，从原则上讲都可以作为供暖热源。建筑供暖应以低品位能源为主，而燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉都是把高品位能源转换为低品位热量，会造成严重浪费，因此不应作为建筑供暖热源。

目前，我国城镇供热热源中仍有超过一半是各类锅炉，这与节能低碳的要求完全不符。因此，北方供暖要实现低碳发展，必须彻底改变当前的热源模式，向以低品位热源为主的能源结构转型。

我国目前工业生产能耗25亿吨标准煤以上，生产过程排放的低品位（低于100℃）热量相当于5亿吨标准煤以上。工业生产余热排放集中于钢铁、有色、建材、化工等几个主要的高能耗产业，这些高能耗产业60%以上位于北方供暖区，每年冬季排放的低品位余热相当于1亿吨标准煤。这些热量绝大多数都通过冷却塔排除，导致每年冬季工业耗水量30亿吨，相当于南水北调中线工程每年调水量的1/3。工业余热可在持续提供2.7亿千瓦低品位热量，如果50%的热量用于供暖，则为1.3亿千瓦，加上70%的热电联产提供的热量，共7亿千瓦热量可利用，为北方地区200亿平米建筑提供35W/平方米的基础负荷量。

如果未来我国北方地区可接入城镇集中供热管网的建筑面积为160亿平方米，则平均每平方米可以获得用于供暖的余热0.22GJ，接近供暖平均需热量的0.23GJ。如果在终端再采用天然气锅炉或天然气吸收式热泵调峰，补充严寒期热量，由天然气提供0.02GJ/平方米的热量，那么只需要再补充110亿立方米天然气就可以解决这160亿平方米城镇建筑的供暖热源。所需要的能源仅为110亿平方米天然气和输配工业与发电余热的水泵电耗（约400亿千瓦时），以及提取部分低品位热量所需要的一些蒸汽和电力（约1200亿千瓦时）。按照发电煤耗计算，1600亿千瓦时电力再加上110亿立方米天然气，共折合燃煤5300万吨标准煤，单位供热能耗3.5千克标准煤/平方米，仅为目前北方地区供暖强度的1/4。冬季利用低品位工业余热作为供暖热源而在夏季排掉，是非常恰当的因材而用。这应该是实现城镇供暖低碳节能的方向，而且与我国整体能源发展方向一致。

西部地区为了调节风电、光电的变化，需要有足够的火电为其调峰，已具备稳定的优质电源，调峰火电的余热可以作为西部地区冬季供热的主要热源。东部地区为了适应终端用电末端的峰谷差变化，也需要足够的火电作为调峰电源，这些火电的冬季余热也成为东部北方地区的供热热源。

待开发的工业余热资源还有几类：①化工类50℃左右的大量余热，大多通过冷却塔排放，是化工厂主要的工业耗水。通过热泵提升其品味，可成为集中供热热源。②工业窑炉，余热以热风和辐射方式排除，品味较高。③有色金属产业过程中的冷却，输出产品的冷却。④食品工业产品冷却。⑤纺织与皮革业。

实现跨区域大联网，多热源并网运行，将是未来发展趋势。热电厂和工业余热都不能采用一个热源服务于一个热网的模式，应该实现区域大联网，多个热源为一个大热网连个供热。每个热源可仅工作在“供热”和“非供热”两种工况，根据负荷变化分期投入和切入各个余热热源，一次管网实行定参数、变流量调节。每个余热热源可以在供热模式运行期内维持恒定工况，也可以根据其生产过程的改变而改变供热量，由于占总热量比例小，所以也不会造成太大问题。各个热源生产过程独立，因此接入的热源个数越多，同时出现故障或需要调整的概率越小，系统的可靠性越高。