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周宏春:清洁供热产业系列讨论之十二:避免清洁供热工程推进中浪费资金

发布者:CHIC | 日期:2020-08-24 | 来源:宏春观察 | 阅读:1309

调研发现,各地在推进清洁供暖过程中,存在着不少可以改进的地方:有些地方不顾实际强行推进某种类型的措施,有些地方为了赶进度导致工程质量存在问题;有些地方缺乏政策的部门协调,以“纠错”名义带来不应有的投资浪费;有些地方主管对清洁供暖的技术路线不熟悉,以资本导向的过程建设为运行成本高企留下隐患……凡此等等,都应当避免。

一、不同供热方式的经济性评价

进行不同供热方式的经济性评价,国内相关单位做了大量工作,也可以发现不同的评价结果。《清洁供热产业报告2019》中,选择一些典型方法和案例进行了经济性评价。

1.单一热源方式的供热经济性

取各种电采暖方式、不同热泵采暖方式、燃气采暖以及燃煤采暖进行经济性评价。

在单一热源的诸多供热方式中,电采暖价格普遍偏高,与直接加热水和直接电热膜价格接近,一般地采暖季单位面积运行费用高于50元,低谷电蓄能与燃气锅炉、型煤锅炉供热单位面积的运行成本约在25-30元之间,价位较为合理,但要保证良好的室内温暖舒适性仍有一定困难。空气源热泵与地源热泵供热单位面积运行成本在15元左右,且环保性、安全性、自动化程度最高,较其他单一供热方式而言经济性最优。

2.多能互补供热的经济性

一是太阳能与多种能源组合方式。不同供热方式的集成产生协同效应,供热的成本便会大幅降低。从实际出发,清洁供热企业探索形成了众多的多能互补模式,可以对这些模式进行经济性评价。总体上,电锅炉与太阳能组合而成的供热经济性最差,采暖季单位面积运行成本为35元,高出其他供热方式价格的1~2倍。太阳能分别与燃气锅炉和型煤锅炉复合供热时,单位面积运行成本在18~20元之间。太阳能与空气源热泵或地源热泵供热相结合时,经济性最优,单位面积运行成本在10~12元之间,但单位建筑面积初投资价格较高。

二是风能与地源热泵联合供热。可以取长补短,发挥各自优势,弥补单一热源热泵的不足。风能-地源热泵联合供热(制冷)系统是一种使用可再生能源的清洁高效节能系统。对风能与地源热泵联合供热和单一地源热泵供热两种供热方案进行比较发现,运行成本基本持平,但风能集热器与地源热泵联合供热方式的初投资稍低。就经济性而言,优势如下:

——风能集热器在供冷、供热的同时还能够全天候提供生活热水,这就减少了用户对热水器和电能的投资。

——采用风能集热器作为辅助热源供热时,进入蒸发器的工质温度升高,提高了机组的蒸发温度,热泵压缩机的耗电量减少,节省电能费用。

——夏季夜间运行时可以作为辅助散热设备,减少了夏季向地下的排热量,使地温在数年内保持稳定,以保证机组的高效运行。

——冬季运行时由于蒸发温度提高,使得用户侧出水或空气出口温度上升,舒适性提高。

地源热泵系统与其他辅助能源的组合供热。地源热泵的多热源耦合技术发展已久,在冷负荷较大地区有大量冷却塔与地源热泵耦合的案例,而在热负荷占优地区,最常见的辅助热源形式有燃气锅炉、集中供热和太阳能集热器等方式。评价结果显示,当燃气锅炉与地源热泵分别承担总负荷的60%与40%时,年总费用最低,经济性最好。

二、不同供热方式的经济性评价及其对比

清洁供热,既是我国能源革命、蓝天保卫战的重要内容;也是提高我国能源效率、改善民生、缩小城乡差别、建设美丽乡村的重大举措。我国能源禀赋、环保要求、降碳形势及城市供热基础设施等条件,决定了我国必须走中国特色的清洁供热之路。

对政府而言,希望供热系统的清洁绿色、节能高效、环保低碳、安全可靠且供热产业链规模化发展;对供热企业而言,希望更多推广应用自己的技术和装备,获得更多的市场份额;对热用户而言,经济可承受尤为重要。一般而言,在满足安全(Security)和供热品质前提下,不同供热系统在能源(Energy)、经济(Economic)和环境(Environment)三方面可能互有优势。能源包含能源品位、效率和总量等指标,经济包含初投资、运行费用和持续性等指标,环境包括污染物和碳排放等指标。不同能源系统形式、能源价格及其供热系统的复杂性,加之气象条件、建筑性能、设计建设标准、实际投资、产品质量和运行水平等方面的差异,致使同一供热系统形式可能存在巨大差别。因此,需要从能源系统角度,进行公正、科学的多目标、多维度的综合评价。

1.单一热源和太阳能+的比较

无论是单一热源供热还是太阳能与多种能源复合方式供热,都能够提供生活热水,且基本满足安全、舒适的生活要求。地源热泵的初投资最高,但运行费用最低,项目长期性是保证其经济收益的前提。无论是单一热源供热,还是多种供热方式组合,空气源热泵运行费用均相对较低,系统使用寿命长,就经济性而言该种供热方式得到了广泛应用。

太阳能供热业界已有探索,单独使用太阳能对日照时间有一定要求,对日照时间不足的地区来说,单独使用太阳能并不能很好地解决消费者的取暖需求。太阳能与电、气等能源相互补充,可以很好解决上述问题。太阳能与多种能源结合的采暖方式比单一能源供热方式的单位建筑面积初次投资高,但运行费用低。即“互补”比“替代”供热的可行性和持久性更强。

总之,无论是电能、天然气、风能还是太阳能,未来都会有很大的发展前景,在能源联动、互补方面,还有很多技术需要研究。

2.不同供暖方式的优先序及其比较

当分别以安全、清洁、节能、经济、舒适为主要评价标准时,会得到不同的供热方案的优先序,我们将结果列于表1。

事实上,只能是满足质量条件下的一般性排序;满足一定的能效、排放标准,能源价格下的少投资和少运营经济成本下才能比较,一种供热方式达到一定条件才能比其他好。在能源利用效率、经济和环境优势上,余热利用的大型燃煤热电联产优于各类热泵,热泵优于锅炉,燃气供热方式在经济性和供应安全保障上存在较大劣势,其它可再生能源供热系统则普遍存在技术不成熟及经济性难以承受等问题。

城市供热系统以低品位余热(如电厂余热、工业余热、低品位可再生能源)、电和天然气的热源结构为主,具有“多个热源、一张热网”、“大温差”、“长距离输送”、“低温供热”和“热电气协同”等特点,形成安全、清洁、高效和经济的供热模式。应充分利用现有余热资源,以提高能效,体现了“节能是第一能源”的要求。

地源热泵系统的优势在于节能环保、节省运行费用,无废气、废渣、废水排放,能大幅降低温室气体的排放;劣势在于初投资大,受场地限制,埋管占地。在北方地区,若完全采用地源热泵来供热,则地热换热器和机组初投资均较高,连续运行的效率也较低。而在夏季运行时,机组的容量就过大,造成浪费。多能互补方式比完全用地源热泵供热更经济。

空气源热泵具有节能环保、零污染零排放、能耗比高等特点,节能效果突出,投资回报周期短,性能稳定,可实现无人值守一年四季全天候运行,已成为清洁能源供热领域的明星产品。对夏天要用冷源及城市电网夏季供电充足的地区,宜使用空气源热泵冷暖两用机系统,集中提供冬天的供热热负荷和夏天的制冷冷负荷。但该种供热方式的区域性特征明显,对外界环境温度依赖性较大,在低温环境温度下,制热性能受冬季室外环境温度及相对湿度影响较大,制热能力及供热热水的出水温度都会降低,导致系统所需热泵的数量及运行能耗都会有所增加。此外,硬件设施日益暴露技术缺陷,损坏率较高。

燃气锅炉与空气源热泵相比,设备运行可靠性有很大优势,在北方冬季室外低温环境下燃气锅炉的供热制热能力更好。在具备敷设天然气管线条件及距天然气主管网较近的地方宜使用燃气锅炉供热。燃气锅炉运行费用较高,因为燃气价格较高,但对环境污染小。随着气源保障的解决、价格的调整及国家优惠政策的扶持,会有一定的发展空间。就多数城市燃气储备和燃气价格而言,广泛采用燃气供热还有困难。尽管空气源热泵和地源热泵运行费用较小,但应注意运行管理方面的投入,以提高能源利用率、降低对环境的不利影响。

燃气热电联产在发电的同时利用余热供热,既可以提高能源利用率,又可以有效减少温室效应,改善环境质量。大型热电联产系统能源效率高,我国北方城镇热网基础设施建设相对完善,但也存在初投资大、管网热损失和输配动力电耗大等劣势。与人工煤气热值价格相当,清洁性可以延长灶具使用寿命,一定程度上能够减少用户的维修费用支出。但是,热电联产电厂输出的热力与电力之比往往都低于其所在区域需求侧最大的热力与电力之比,从而导致在严寒期用电低谷时段热电联产热量不足而电力过剩,供给侧和需求侧的热电比出现严重不匹配情形。因此,热电联产应从“以热定电”向“热电协同”转型。

电锅炉占地面积小,安装简单,操作便利,舒适性高,具有多时段不同控温功能,适合电价便宜的区域。从经济、节能、环保等多方面综合考虑,电锅炉直接供热不宜作为大面积集中供热的方式。采用分时计价、蓄热式电锅炉对电网具有一定的平衡作用,故有一定的使用空间。

除以上几种热源形式外,应该积极寻找更合理、更经济、环保程度更高的供热形式,研发余热、废热、清洁能源、可再生能源的利用技术,使我国供热事业向节能、环保、高质量的方向快速健康发展。

3.评价结果及其应当注意的问题

评价结果可能因建筑面积、建筑用途、地域差异、统计口径的不同而产生偏差。

——实际中因建筑面积不同,单位建筑面积投资会有所偏差;

——太阳能与多种能源相结合的采暖方式投资计算为含辅助能源系统。辅助能源类型为常规电锅炉、超低温空气源热泵、地源热泵、燃气壁挂炉、无烟煤锅炉等。

——所有单位面积初投资不包含散热尾端即暖气片、地暖或风盘。

——电采暖方式及燃气采暖方式单位面积初投资不包含国家基础设施投资费用。

建筑供暖,是向建筑环境提供18℃-20℃室温所需要的热量。应该以低品位的余热为主向建筑供暖;把电力直接转换为热量,是把高品位能源低品位应用;把燃煤锅炉、燃气锅炉燃烧上千度温度下输出的热量直接输出到20℃环境温度,是一种极大的浪费。对于化石能源、尤其是高品位能源,应“消灭”没有供热的发电、也应“消灭”没有发电的供热。供暖应该优先利用各种低品位热源,使各种低品位热源得到充分利用;这是大幅提高我国能源热利用效率的最有效途径之一,也应该成为我国清洁供热的技术思路和主要发展方向。

在热源和技术路线选择上,应坚持因地制宜,优先使用可再生能源,传统能源作补充。即使必须用电或气,也应坚持高效使用。对东北、内蒙古、山东、四川等生物质资源丰富地区,重点发展生物质清洁利用技术;对西部地区及其他太阳能资源较好地区,重点发展太阳能采暖及生活热水;对京津冀及缺乏生物质和太阳能的其他地区,重点发展低温空气源热泵技术,并视资源禀赋和技术经济情况,开发利用地热能、余热、废热等热源。此外,尽管热电联产是能源转换效率最高的方式,在很多制造业比例较低的消费型城市还不能用热电联产方式为城市提供全部供暖热量,必须辅以其它的热源形式,以使供给侧和需求侧之间热电比相匹配。为此,需要在这些城市发展一定数量的热泵供热,增加需求侧的用电量,并减少对热电联产热源热量的需求。

三、关于清洁供暖的若干思考

2020年,既是我国打好打赢污染防治攻坚战、全面建成小康社会的决胜之年,也是“十三五”规划的收官之年。习近平总书记在7月30日中央政治局会议做了明确的强调:“十四五”规划,是推动经济社会高质量发展,乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家新征程的第一个五年规划。国内外形势发生深刻复杂变化,中美贸易摩擦的影响范围、持续性超出预期,显著增加了“十四五”时期经济社会发展的不确定性和风险,这是任何一个地方考虑清洁供暖工作必须把握的前提。

其二,考虑到中国工程院提出的能源生产和消费、污染物排放、温室气体排放的“同源性”特征,需要从产业链供应链的角度,考虑能源高效利用、清洁供暖、大气污染防治的协同治理和协同效益。

其三,火电机组弃热、弃电、弃压力,能源随着水蒸汽挥发,不仅造成我国供热能耗高出同纬度国家的2-3倍;还导致燃煤的污染物排放强度升高以及局部环境容量降低;“一高一低”加大了雾霾发生几率。因此,优先采用余热供暖,采用低温余热对口、梯级利用弃电调峰,不仅可以避免高能低用和浪费,还能避免弃热、弃电带来的能源浪费,收到“事半功倍”之效,实现提高能率和大气污染防治的多赢。

其四,各地要将清洁供暖工程建设成为领导放心、地方省心、企业热心、居民舒心的民生工程,在规划方案、技术路线选择上,应充分听取真专家(而不是尽说好话的专家)的意见,需要有能源系统、宏观专家、行业专家等的参与。有必要时,国家应当对地方的实施情况进行督察,以促进清洁供暖工程的持续、健康、规范发展。






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