产业报告2020丨观点篇：五、付林：大温差供暖与2025新模式

第六篇 观点篇 

五、付林：大温差供暖与2025新模式

清华大学建筑学院教授

1. 火电厂余热供暖普适性

从经济高效、节能环保角度，解决北方地区清洁供暖问题有着更有潜力的方式——工业余热利用，生力军应该是以火电厂余热利用为代表的热电联产方式，宝贵的天然气要用于更为适宜的地方：在城市热网末端承担供暖调峰职能。

大幅度降低采暖供暖的大气污染排放，是解决北方地区雾霾问题的关键之一。截至2016年底，我国北方城镇供暖面积约140亿平方米，其中50%以上仍在使用污染严重的燃煤锅炉，约25%为燃煤热电联产供暖，另有20%左右为天然气或电供暖。在每年还有新增建筑的情况下，清洁热源存量缺口已有70多亿平方米，清洁供暖任务艰巨而急迫。

2017年，国家发展改革委、国家能源局、国家财政部等十部委共同发布了《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021）》。文件中提到的“工业余热供暖”值得高度重视，同时要明确，热电联产集中供暖是解决北方城镇清洁供暖的生力军、主流。在热电联产内部，一定是以利用现有的火力发电厂（包括燃煤和燃气电厂）余热的热电联产为主体，辅助以钢厂、化工厂等工业的余热。

热电联产集中供暖不能沿袭原有模式在城市边上新建一堆燃煤电厂，因为现有的火力发电厂资源都吃不饱，年发电才4000多小时，如果再建热电厂，原来电厂会更闲置，并带来污染环境、投资浪费等问题。因此，核心问题是要把闲置的火力发电的供暖能力发挥出来，去满足北方地区城市供暖需求。目前看来，电厂余热毫无疑问兼具节能环保、经济安全的优势。如何将这些巨大的热量，科学合理地挖掘出来送到城市去成为了关键。现有技术已经能够输送到200千米以外去供暖，并且比天然气还要便宜。目前在大同、太原、银川都有在运行的项目，太原市应用面积已经超过1亿平方米，在建项目有的设计输送距离超过70公里。

北京的供暖方案，一是挖掘本地余热，二是从京外引进余热，仅一个冬天就可为北京节约天然气40亿方，而北京一年的天然气消耗量在160亿方左右。随着供暖范围扩大，这样的对比和反差会更明显。

“2+26”城市人口密度较高，农村分布较为均匀，区内电力和工业发达，工业余热量大，分布广泛。如果采用更为合理的规划，能效利用能够更充分，极大解决供暖季的气荒问题。对于“2+26”城市50亿平米的供暖需求，有41亿平米（其中农村6亿平米）采用区域供暖，其中，电厂余热25亿平米，工业余热3亿平米，燃煤热电联产5亿平米，天然气调峰8亿平米（20%燃气调峰）。初步估算，这一方案比原来的十部委清洁取暖规划方案运行成本减少72%，减少大气污染排放78%，减少天然气用量320亿立方米。

2. 大温差+长距离的可行性

在供暖模式的选择上，世界上多数国家都是采用分散供暖，少数国家如俄罗斯、北欧等国采用集中供暖。丹麦、挪威等国在区域供暖方面较为领先，主要是体现在精细化管理，在技术上中国和国外已没有明显差距。随着城镇化进程的加快，中国城市取暖需求扩大，越来越严格的环保要求使得热电厂建造都远离城市，火电厂的热源与热负荷的空间分布并不匹配。

将大温差供暖与长距离热力管网相结合，形成大温差长距离输送火电厂余热的集中供暖新模式，可以在很大程度上解决这种热源与热负荷空间分布不匹配的矛盾，从而满足城市密集区取暖需求和环保要求，同时相比常规热电联产，大温差长输供暖通过深度回收余热可节能30%～50%。而实现其经济性输送的关键在于供回水温差，供回水温差越大，长途管线能输送更多的热量，单位热量的投资折旧成本也就更低。

大温差供暖是我国自主知识产权的一种技术。目前一般热网的实际供水温度在110～130℃之间，回水温度约为60℃，而大温差技术可以做到回水温度在20℃左右。这一变化带来的提升是明显的：将热网供回水温度由传统的120℃/60℃变为120℃/20℃后，热网的供回水温差增大，可以提高长输供暖管线的输送能力70%以上。同时，由于回水温度大幅度降低，电厂余热或其他工业余热的回收也变得更加高效和经济。大温差技术使供回水温差高达100℃以上，配合较大的管径，管道温降差值也明显降低。根据某项目反馈的结果，40千米的供暖管网，管网热损对温度的降低影响仅1℃～2℃。

在经济性上，虽然长距离输送技术在管道上的投资增加了，但在一定距离内总体成本与大型燃煤锅炉供暖相当，是天然气供暖成本的一半。以此为基础，可以把燃煤电厂余热作为主要热源，同时配置分布式的天然气调峰热源作为灵活性补充。条件允许的话，甚至可以通过建设超大规模供暖网，实现城市热网之间的互联。

利用京郊燕山石化的余热可满足北京当地超2000万平方米供暖需求。随着大温差、远距离供暖技术得到应用，相比于天然气锅炉供暖而言，余热供暖的经济半径可达200千米以上。在北京300千米半径内，仅现有电厂供暖潜力就达10亿平方米，甚至可满足京津冀地区其他城市的热需求。通过“外热入京”将余热送入北京，同时利用少量天然气配合调峰，即“4座燃气热电中心+燃气分布式调峰+N处余热回收”的方式，相比现行纯靠天然气供暖的模式，不仅减少污染排放，还可减少能耗50%，降低供暖成本1/3。

总体而言，基于火电厂余热利用的热电联产集中取暖方式目前在技术上已渐趋成熟，瓶颈问题主要是热量的结算方式，政策和机制的进一步完善。

3. 中国清洁供热2025展望

欧洲第四代供热技术以可再生能源和工业余热为主要热源，实行低温供热网，但这一技术城市适用于城市尺度小、热源容量小的欧洲国家，在低碳排放背景下对我国借鉴意义有限。通过总结中国清洁供热与国外供热情况的不同，发现在我国供热能源里还存在着丰富的余热资源，而且这种余热资源在国外是很难找到的，如果将余热资源充分地利用，进行供热，那就是零能耗零排放。基于中国国情特点，应采用一条与国外不同的低碳供热发展模式。我国大部分北方城市拥有规模较大的热网，电厂和工业余热资源也很丰富，与欧洲的第四代低温供热技术不同，中国需要走出独有的低碳供热模式。“中国清洁供热2025”可概括为“一个模式、两个目标、三个效果、四个改变、五个特征”，这一模式为我国北方地区城镇清洁供热提供了整体解决方案，同时也为世界其他国家提供了清洁供热的中国模式。

中国清洁供热2025新模式应具有以下五大特征：第一，降低热网回水温度。采用三级热网逐级降低热网回水温度，热力站变成能源站，最终热网回水温度可降低至10℃，有利于低品位热源的接入，实现多热源联网和供热参数整合。第二，余热利用。我国余热现状资源丰富，足以满足未来北方供热需求。该模式下热源2/3的热量来自于电厂和其他工业的低品位余热。第三，长输供热。采用大温差、大管径以及多级泵等技术，保障200公里长输和大规模利用余热的供热经济性。第四，燃气末端调峰。结合季节性储气，电厂余热和工业余热承担基础负荷，天然气在热网末端为供热调峰，提高供热经济性，平衡余热波动，保障供热安全。第五，热电协同。热电联产、热泵及蓄热工艺相结合，与纯凝电厂相比，电力调峰幅度更大、更加灵活，为可再生能源发电上网创造条件。

在此基础上，设想一种以供暖、天然气和电力为核心的京津冀清洁供暖一体化模式。统筹考虑京津冀地区的能源资源，例如除“外热入京”，还可将北京的天然气资源分出一部分给津、冀等地，通过“热电协同”技术解决该地区乃至邻省的火电深度调峰和可再生能源消纳问题。统筹考虑京津冀地区的供暖、天然气和电力资源，继而进一步实现能源一体化，推动供暖、天然气、可再生能源及电力的协同发展、协同运行。

这五个特征将发挥重要作用，带来以下四个方面的改变：一是以余热为主的低品位热源取代燃煤，实现近零碳供热；二是根据回水温度的不同，两级管网改变为长输热网、城市热网、庭院热网三级管网；三是热力站改变为能源站，分为分布式能源站和集中式能源站，功能从单纯隔压换热改变为降低热网回水温度、热源调峰和隔压；四是储能与热泵结合，热力、天然气服务于电力，实现热电气协同。

这一清洁供热模式通过“五个特征”支撑“四个改变”，从而实现“三个效果”，即能耗比锅炉下降90%、污染和碳排放比天然气降低90%、供热成本与燃煤锅炉相当，最终将实现“低排放”和“低成本”两个目标。

图6-1 中国清洁供热2025模式