• 中國城鎮供熱協會




    2021年5月12日,由中國城鎮供熱協會、中展智奧(北京)國際展覽有限公司、法蘭克福展覽(上海)有限公司主辦的“中國國際暖通高峰論壇——碳達峰碳中和與清潔供熱綠色發展國際峰會”在北京新國展盛大召開。



    會上,江億院士作了關于“城鎮供熱系統的碳中和路徑”的主題演講。江億院士從“為什么要做碳中和碳達峰?”“北方大的城市集中供暖到底靠什么?”“電力系統的特點是什么?”等一系列問題出發,對供熱系統實現碳達峰碳中和的路徑進行了分析講解。他提出,要逐步通過對建筑節能、降低回水溫度的改造,熱源的進一步開發和余熱的深度回收以及管網的規劃和改造實現未來供熱碳中和的四大任務。中國要實現供熱系統零碳改造,就要從中國的現實情況出發,然后向零碳目標推進,科學規劃、分步實施。先于房屋建設達峰,與電力系統同步實現碳中和。


    課件內容分享如下:

    尊敬的各位同行,各位朋友,下午好。實現2060年碳中和、2030年碳達峰,也是國家對供熱行業一個大要求,作為供熱企業要努力探索供熱系統碳中和路徑。

    首先,為什么要做碳中和碳達峰這件事?為應對氣候變化,保護好地球環境。再深入看,現在我們能源系統完全靠化石能源。如果一直用氣,就存在大比例靠進口、大氣污染等問題。要從根本上解決能源安全問題、大氣污染問題,最有效的辦法是改變能源結構,由現在燃煤、燃油、燃氣的能源結構變成零碳能源結構。比如風電、水電、光電、核電、生物質能源,從根本擺脫對化石能源的依賴,從而實現能源安全和可持續發展。

    生物質能源占總能源供應里百分之十五~百分之二十,剩下就靠零碳能源,包括水電、風電、光電、核電。這樣將使得能源系統鏈條中,電成為一次能源,用能方式就發生巨大變化。

    隨著我國電力系統實現零碳后,建筑也就成為了零碳運行。供熱熱源各類的燃煤、燃氣鍋爐應下狠心慢慢去掉。熱泵是比較高效的,用電力變成熱量,解決熱需求問題的途徑。

    北方大的城市集中供暖到底靠什么?兩種觀點,一種是改熱泵、電鍋爐,電清潔了我們供熱也清潔了。這個可否可行還需要討論。另一種觀點是自己積極努力。

    按照協會統計,中國大部分地區集中供熱企業一多半都實現熱電聯產的熱源,占了近60%。以后到底怎么辦,取決于電力系統狀況。

    那就先看看電力系統。這些電力的特點分別是什么?

    先看水電,可調性很好,但目前中國水電裝機容量3.8億千瓦,發電量是1.5萬億度電。水電的上限應該是兩萬一度電每年。好東西但資源有限。

    再看核電,核電是持續運行的。面臨地質條件、冷卻安全等問題,預計2萬億度電。核電和水電一共3.5億度電。

    中國需要的電力下限是12萬億度電。還剩8.5萬億度電。因此,未來重點解決電力,就是風電、光電。

    那么最核心的問題就是:風電、光電不可調控,完全由氣候、天氣決定。所以蓄能是核心,包括化學儲能?,F在要談最重要的問題就是一個冬夏季節差的問題。

    水電不是全年恒定的,比如說黃河上游水力充足,但是到了冬天,可能會有冰凌問題,山西境內結冰之后會把冰頂起來,把兩岸的房屋都給擠塌了。所以為了避免冰凌,黃河上游嚴格控制冬天的流量,冬天不到夏天的40%。所以冬天的水電要少。

    長江水主要是靠下雨和喜馬拉雅山的雪山融化,冬天水量急劇減少,夏天又鬧洪水,有個季節差的問題。三江流域都有類似的問題。

    太陽能光伏也是這樣,冬天的光伏不到夏天的一半,會出現冬夏季節差的問題。青海就是典型?,F在是夜里電多,白天電少,冬天電多,夏天電少,是以煤為主的狀況。但是將來改成零碳電力的時候,這些矛盾都翻過來,變成冬天電缺,夏天電多,晚上電缺,白天電多。以后實現由燃料改為可再生電力,所以我們一定要充分考慮到未來的變化。

    這個就是一年的中國用電狀況。藍色的是核電,橙色的是風電,灰色是光電,黃的就是水電,整個都疊加起來就變成了夏天多冬天少的狀況。風、光、水、核基本上就能滿足電力需求,但到冬天就出問題了,電該從哪來?這就面臨問題。有一種方法,電解水制氫,然后儲藏。冬天利用燃料電池發電,技術上可行,但是投資較大。

    另種方法,多裝風電、光電。但是投資也會大幅增加。

    第三個方案就是留點火電,在冬天發1.5萬億度電。燒4.5億噸的標煤、1.5億噸生物質能,再做CCS分離二氧化碳,這就解決了冬天的缺口,偶爾碰到連陰天,也可以啟動火電,成為電力保障。

    所以最后的解決方法應該就是6億千瓦的火電,每年發電1.5萬億。為整個電網起一個保駕護航的作用?;痣姲l電就會有余熱,接著把余熱再利用起來,解決未來50億吉焦的城鎮建筑供熱,這樣未來供暖的熱源就有了。

    全國6億千瓦的火電,起碼會有一半在北方地區,如果經過深度熱回收,大概能提供4.5億千瓦的余熱,就可以提供充足的余熱熱源。

    這樣一來,我們來看未來北方地區到底有多少供熱熱源。北方1億千瓦的核電,好好把余熱收集起來,至少有1.5億千瓦的余熱。5億千瓦的余熱就能滿足160億平米建筑每平米30瓦的熱源要求,然后再用末端調峰。

    未來大概是200億城鎮建筑,那么剩下的40億就可以采用多種熱源方式,比如說電驅動的空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵,還有工業低品位余熱,包括垃圾焚燒,包括數據中心的熱量等等,都可以拿來作為我們供熱,就會形成一個新的供熱格局。

    剛才說火電,現在說一下一億千瓦核電。底下連云港,到丹東,這一片經濟非常發達,有核電、火電,這一圈有5000多萬千瓦的發電裝機容量,預計將來會到1億千瓦,這塊都是嚴重缺水地區,現在提出的新的方案就是用火電、核電的余熱做海水淡化,讓它生產95度左右的熱淡水,再一換熱,降到20度以下進自來水廠,城里供熱參數要求90度供熱,15度回水,這樣叫水熱分離。分析計算一下,一冬天能產生35億噸淡水,其熱量能夠滿足40億平米的建筑冬天供熱。這一片建筑采暖的熱源也都解決了。

    從這個思路出發,已經在青島和煙臺中間搭出來一個示范系統——海陽核電站,利用海陽核電站的余熱,加海水淡化,送到10公里以外生活區,一方面把熱換出來給建筑供熱,一方面水變成自來水,水經過檢驗都是很好的指標。就變成了零熱耗制水。

    加一個大型跨季節蓄熱裝置全年都可以持續運行,可以全年持續的為城市供熱。一年能出100億噸淡水,這100億平米的熱,算下來各種單耗的投資就低得多了,這樣一來就有可能解決我們國家北方沿海地區水資源問題和零碳供熱問題。

    如何高效率的儲藏非采暖季的余熱,大型跨季節蓄熱又該是什么樣裝置?

    儲熱效率來看,只要儲熱水池尺度大于100米,且注意頂部保溫防漏,就可以實現跨季節蓄熱。尺度夠大,熱損失就可以小于5%。

    整個咱們國家北方城鎮實現零碳供熱的基本思路,包括這樣幾個熱源,一個就是開發利用沿海地區的核電,也包括火電鋼鐵廠的余熱,通過余熱經過海水淡化制備熱淡水,實現水熱聯產、水熱同送、水熱同蓄、水熱分離。這樣通過建設若干個大型跨季節蓄熱裝置,就可以利用沿海的熱源供80億平米,然后再開發利用北方留下來的3億千瓦的火電,通過蓄熱和余熱回收又解決另外80億平米建筑的供熱。

    為了實現這個目標,我們需要攻克這幾項核心技術。首先是跨季節蓄熱技術。第二個,要降低回水溫度。利用電動熱泵直接把回水溫度降低到20度以下。

    再一個加強末端的調節,通過樓宇式換熱站方式改善調節,徹底扭轉目前一些房間里冬天過熱現象。

    下一個就是要加強回收煙氣里面的余熱,尤其是煙氣潛熱。要注意將來的火電廠一定是要按照“以電定熱”模式運行。

    如何制定目前的發展路線?實現未來供熱碳中和的四大任務:第一,建筑的結構改造;第二,末端提高調節性能,降低回水溫度的改造。第三充分挖掘電廠的工業余熱,還有針對區域供熱管網做好規劃改造。

    這四大的任務該怎么分期分步的實施?

    首先,節能改造,建筑的節能改造。與當地政府配合協調,根據綠色金融支持分步實施。

    第二個降低回水溫度的改造,是中國企業可以自個干的事兒,逐年實施,一步一步做好。

    第三,是熱源的進一步開發跟余熱的深度回收。要根據城市開發發展情況同步進行。

    第四,管網的規劃和改造,得根據未來的布局,提前作出區域管網規劃,避免重復建設和大改動。

    這是目前可以開展的工作,能夠破解我們當前熱源不足的難題。

    總的來說,中國要實現供熱系統零碳改造,就要從中國的現實情況出發,然后向零碳目標推進,科學規劃、分步實施。先于房屋建設達峰,與電力系統同步實現碳中和。

    好,謝謝大家。


    本文經本人同意,根據錄音整理

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