产业报告2021丨南方气候过渡带地区供热：三、南方供暖情景分析（2）

第三篇 南方气候过渡带地区供热

三、南方供暖情景分析

4.清洁供暖技术

（1）天然气供热技术

天然气作为清洁供热的主力军，是南方推广清洁供热所需优先考虑的技术路线之一。天然气供热技术在南方供暖市场的应用主要包含大型燃气热电厂区域供热、天然气热泵分布式供热、燃气壁挂炉分布自供热等，下面将基于大型燃气热电联产对天然气供热的技术路线作概括介绍。

大型燃气热电联产是现代供热能源系统的高效利用方式，相较分散的小型锅炉具有更高的热效率和更低的热损耗。武昌热电是华电集团下属的供热企业，目前已投产2台燃气—蒸汽联合循环机组，总装机容量高达37万千瓦，集发电和供热业务为一体，能持续稳定地为武昌区及周边地区提供稳定的电力和热力服务，平均年发电量已有14.06亿千瓦时，蒸汽供热能力达到每小时314吨。

图3-13 天然气热电联产流程示意图

以武昌热电的工艺流程为代表介绍大型热电联产的技术路线。首先，天然气和空气在燃气轮机中做功将内能转换为热能，中间经过余热锅炉进行余热回收和排气换气，同时结合水泵、蒸汽轮机、发电机、变压器进行热电联产，在把机械能转化为电能的同时，还能还工商业部门和居民部门提供用热服务。从热源厂出发，经过主管网、换热站和二级网，热力最终连接上用户的室内设施，用户可自行选择地暖或墙暖的方式使用热力服务（如图3-13）。

大型热电联产虽然具有规模经济和范围经济的优势，能提升热效率、稳定热负荷，但仍然存在许多问题和挑战亟待解决。一是燃气热电联产相对燃煤热电厂不具备成本优势，燃气供热的成本大约为每吉焦为200元，远高于燃煤厂的成本，需要政府投入大量的资金和财政补贴去扶植燃气热电厂的供热与发电业务，但南方地区处于传统意义上的非强制供暖区，企业不具备申请补贴条件，需要从多能互补、市场营销、政企合作、余热利用等多角度去实现节能减排，减少清洁供热的运营成本。二是燃气热电厂的灵活运营管理上还有很大的提升空间，受制于北方集中供热模式的影响，南方燃气电厂也普遍应用“以热定电”的运营模式，这种模式不仅使得电网调峰的灵活性受到很大限制，而且对热用户组成和热负荷的稳定性也有一定的要求。三是燃气热电厂的市场化程度有待进一步提高。热服务作为一种商品，应充分利用其价格信号传递其稀缺性和自身价值，因此热计量服务对于南方供热市场取缔蹭热行为、提升终端用热效率、还原热服务商品属性有着莫大的必要性，但由于借鉴北方模式、稳定热网负荷等种种原因，南方居民部门的收费方式大多数仍按两部收费制依据建筑面积收取，缺乏足够的灵活性和用户选择空间。

（2）水源热泵技术

南方诸多地区尤其是长江中下游地区拥有丰富的江河、湖泊资源，长三角地区的城市便能够充分利用此类地表水、城市中水、污水作为热源因地制宜地实施供热。一般而言，冬季江河湖水和工业废水的温度会比周围环境温度高，水源热泵技术便可将此类温差经过热交换器、循环泵等设施转换为热能为居民部门和工商业部门供热。贵州省贵阳市的未来方舟项目便是此类热泵技术应用的最佳案例。

未来方舟项目是在贵阳市南明河下游建立污水源热泵进行集中供暖。污水源热泵可以从生活废水、工业废水、江河湖水中提取热量，从而为周边的居民小区提供冷暖电联供服务。同时，为了保障冬季供暖的连续性和稳定性，未来方舟项目的能源站还加入了其他能源利用形式作为调峰和补充，其中一、二号能源站为“河水源热泵+电锅炉”的组合方式，三、四号能源站为“污水源热泵+燃气锅炉”的组合形式，建立起多能互补的清洁供热体系（如图3-14）。

图3-14 未来方舟项目供暖系统示意图

这样一来，贵阳市以水源热泵为主建立起来的多能互补清洁供暖系统便拥有相当的优势，具体来说有以下几点：

第一，贵阳市多能互补的新能源供热模式具备潜在的巨大经济效益和成本优势。未来方舟项目在覆盖区域内通过能源管控平台将地源热泵、水蓄冷蓄热、污水源热泵、热力锅炉等供热形式有效利用和统筹管控，这种多能互补的方式有助于中节能集团在项目运行去能降低运行成本，尽快回收前期投资，并对当地居民的民生、就业有巨大的改进，同时还能通过形成清洁供热的产业链为当地招商引资、精准扶贫等工作带来不可估量的经济效益。贵阳市还能结合数据挖掘等物联网技术实现未来的智慧供热，达到供热方和需热方的合作共赢，这对于满足我国高质量发展和居民幸福感提升都具有显著的意义，

第二，贵阳市多能互补的新能源供热模式能提供优质实惠的居民用热。在居民取暖价格上，未来方舟的居民用热价格尽量做到惠民、利民。由于采用较为先进的技术将河水冬暖夏凉规律的有效利用，在不污染河水的前提下低成本地实现了高效的冷暖联供。与传统的供暖模式相比，贵阳的这种清洁供暖模式可以节省30%-40%的成本，传递到居民用户这边时，用暖方的费用也可降低30%以上。目前，贵阳未来方舟项目覆盖的居民小区里居民用热每平方米仅26元，即使是传统能源的集中供热相比也十分具备竞争优势。

第三，贵阳市多能互补的新能源供热模式具备节能降耗、环境友好的绿色优势。以未来方舟项目为代表的贵阳市区域供暖模式为南方城市供暖带来了巨大的资源环境效益。据测算，贵阳未来方舟区域供暖项目目前每年可节约燃煤12558吨标准煤，减少CO2排放30000吨、SO2排放207吨、烟尘排放120吨。随着供冷供热面积的逐步扩大，“贵阳模式”也将拥有更大的规模经济和网络效应，这种多能互补的清洁供热模式将会释放出更大的资源环境效益和社会效益。

（3）地源热泵技术

地热也是南方诸省广泛拥有的一种可再生能源，目前一般通过地热尾水回灌的方式来实现地表水与地下水的原始平衡，最大限度地降低对生态环境的破坏，实现清洁供热。深层地热是一种优良的清洁供热资源，4000米以内的中深层地热的温度一般能供给25℃以上热水和蒸汽的低温供热，更深层次的地热甚至能实现60℃~80℃的高温供热，这些热力资源通过主管网、换热站等设施便可低损耗、高效率地为工商业、居民用户提供热力服务。

安徽省合肥市热电集团的科恩滨湖新区项目便是基于地源热泵等系列新能源应用的区域能源系统典型案例（如图3-15）。项目创新采用地热源泵、污水源热泵、天然气分布式能源、蓄能等四项核心技术，将多种能源相互结合，实现互补。目前项目规划了3个能源站，成为国内单体最大的多能互补综合利用区域清洁供热能源项目，在南方清洁供暖产业中具有显著的示范意义。

图3-15 科恩滨湖新区供暖系统示意图

科恩的新能源项目之所以能实现地源热泵技术的成功应用，主要在于它善于利用地源热泵、天然气锅炉、冰蓄冷等能源形式多元互补，较好地实现了周边创新馆、老年大学、文一滨湖塘溪津门小区等商业、公建和住宅的供热任务，稳定连续地为地热热电联产、建筑高效两联供、工商业发展和居民用热等能源梯度利用打下良好的基础。

这类以地源热泵为主的清洁供热性项目具有一些列的比较优势，具体可以分为以下几点：第一，该类能源项目较为节省机房空间。比起常规机房需要安置制冷机组、暖气锅炉、冷却水泵等设备，占地面积大、管道系统复杂，周边商业和公建设施若选择直接接入区域能源系统，则仅仅需要保留循环水泵，增加简单的管道系统，占地面积仅为前者的20%左右。第二，该类能源项目可以降低配电容量。一般意义上空调配电占据了建筑配电负荷的50%左右，但接入区域能源系统后，则无须过多考虑空调机组的配电负荷。同时，建设外部取消了室外机、冷却塔等排热设施，城市热岛效应也会相应减少。第三，该类能源项目可以减少投资和运行费用。区域清洁供热能源系统的机房建设面积、空调配电容量能为相关运营方节省大量的费用，减少了大量的设备投资，后期的设备折旧、人员运维、日常管理等费用也得到了相应节省。

但地源热泵相关的区域能源系统的广泛铺开在实践中还存在着许多困难与瓶颈，传统的勘探技术在地热开发利用上还存在许多问题。第一，钻井前期投资过大，项目不确定因素较多。此类前期投资占道路项目建设总投资的40%~50%，成井的工艺水平将直接影响单井的热力产能和地热二次开发利用。第二，地热开发易造成地下水环境问题。地热能源项目普遍存在开发利用水平低、资源浪费严重现象，同时地热井超采、只采不灌造成地热水位下降，以及直接排放造成环境污染等问题也广泛存在。

（4）空气源热泵、壁挂炉、水机等分散供热技术

不同于北方市场的“单机”市场，南方市场供暖倾向于“系统市场”，供暖设备一般与相应家居进行配套，布局方式也应有所区别，用户自发地因地制宜选择空气源热泵、壁挂炉、水机等分散供热技术来获取热服务。南方城市地产精装修市场的设备配套与存量市场的保温改造、设备置换的市场空间巨大，实际的技术路径选择却应该根据气候特征、建筑条件、设备性能、使用场景进行具体问题具体分析。

壁挂炉和空气源热泵应因地制宜进行选择。一方面，空气源热泵一般通过电能加空气能转换来供热，几乎没有能源限制条件，能效比受环境温度影响较大，系统设计、安装技术要求较高，但满足环境条件下能效比较高。另一方面，燃气壁挂炉通过燃气燃烧转化为热能（如图3-16），随着城镇天然气管网覆盖不断完善，具有设备造价低、维护成本低的优点，燃烧稳定、能效不受环境温度影响。用户可根据热泵与燃气壁挂炉的工况特性进行互补搭配选择，如采用双源三联供系统，以热泵制冷、供暖为主，壁挂炉供暖为辅，合理利用能源形式。

图3-16 壁挂炉供暖系统示意图

多联机与水机两联供也应结合其热能力和节能性综合考量进行选择。多联机的全热能力更强，但潜热调节能力近乎为零，持续运行会造成室内空气干燥，影响舒适度。多联机较强的全热能力在高温、高湿地区有明显的优势，适合设计间歇式运行的空调系统。同时，水机的潜热能力调节性强，在高温、低湿地区有更好的适应性，可以营造舒爽温润的室内环境。居民用户可根据自身对节能性和舒适性的要求进行具体选择。

但总体上看，壁挂炉的分户自供暖方案仍在南方供暖市场中占据巨大份额。数据显示，南方省份除纬度较低的广东、广西、福建、海南外，均有配套壁挂炉供暖，其中江苏、四川、浙江壁挂炉配套居于前三，南方分户供暖的技术应用仍然前景广阔（见表3-7）。

表3-7 2019-2020年一季度房地产精装修市场壁挂炉配套省份规模

5.南方清洁供暖政策展望

第一，南方供暖建设应加强顶层设计和总体规划，各地政府要积极制定推进计划。南方供暖市场构建与热力行业正常运营需要一定程度政府介入和前瞻规划，中央政府在顶层设计中可适当对南方地区供暖路线和发展路径作引领性的规定，地方政府再基于此出台更多的相应法律法规，对热力设施建设资质的审批、热力管网规划、公用事业监管等进行规定，为挖路、埋管等市政基础设施建设的空间分配提供依据，协调公共小区用户间的利益关系，适当时机下授予热力企业特许经营权。要实现南方供暖市场的健康发展，政府规制对满足不同收入人群的用热需要具有指引作用。在高端市场，政府规制可以避免出现过度竞争和柠檬市场，实现健康合理的市场出清，为优质客户提供高质量服务。在普通用户市场，因为南方供暖涉及广大居民的生活权益，则更需要上升至地方政府甚至国家层面进行统一设计，将供暖纳入整个市政基础设施建设进行统一规划，出台法律法规和条例实施细则，对公共基础设施间的建设顺序、配套兼容建设进行规范协调。政府还可通过前期规划为当地的能源供给、能源保障事业提前布局，对当地清洁供热的路径选择、整体节奏进行适度把控。

第二，南方供暖建设应将建筑节能改造与提高行业技术准入放在重要位置。一方面，南方建筑标准应根据南方供暖实践的发展相应进行更新修改，新建住房规划和建筑节能改造时应积极按最新修订的建筑节能标准进行规划设计，实现供暖制冷低功耗和居住舒适性的统一，各地政府还可根据居民、工商业的用暖需求综合制定碳中和路线规划，根据当地的产业结构、供求关系、财政政策、气候特征等因地制宜地选择符合自身实际的技术应用标准。另一方面，南方各地政府和行业协会应尽快更新行业技术标准，适当提升市场准入和技术门槛，防治供暖设备恶性低价竞争，逐步淘汰高能耗产品，鼓励新建住房优先采用应用一级能耗技术的供暖设备，促进可再生能源供暖的应用比例和供暖设备热效率的梯度提高。同时，各地能源局和市场监督管理局、住建部门应进一步规范供暖基础设施的建设标准和质量检测，加强行业从业人员的执业资质筛查，扩大提升暖通行业执业人员的技能培训和职业再教育。

第三，南方供暖建设应分解行业减排目标，选择清洁供热技术助力南方地区实现碳中和。在南方供暖顶层设计上，切实可行的供暖可持续发展需要南方各省（市）有效地拆解供热行业碳减排目标与能源结构改造计划，以新发展理念因地制宜地制定符合当地实际的能源发展规划和能源双控目标，将供热行业提升可再生能源应用比例和清洁供热技术的应用与整体的环境政策与能源政策相匹配。同时，在这些供热目标实现过程中应同步制定循序渐进的能源投资政策、财政政策、货币政策和金融政策，为我国绿色发展、清洁生产、健康消费的可持续金融安排提供资金支持。随着我国能源绿色发展向纵深方向演进，南方各省（市）的规划实施将成为可持续发展的关键环节。