重度采暖霧霾何日散去？

許鵬+耿丹

每年深秋時節(jié)是內地漸漸進入霧霾天氣頻發(fā)的開始。隨著采暖季的開始，黃河以北大面積開始燃煤取暖。2015年的初冬更是屢屢突破新高，沈陽霧霾一度突破1400微克每立方米，北京11-12月份數次持續(xù)多天霧霾濃度超過500微克每立方米的爆表值。

采暖對霧霾的貢獻是毋庸置疑的，這方面大量的學者做過統(tǒng)計工作。全國供熱采暖耗能占全社會總能耗的10%，而北方地區(qū)約占總能耗的20%。每年北方地區(qū)采暖燃煤總量是1.3億噸，相當于供暖地區(qū)一個家庭差不多一個冬天要燒一噸煤。所以燃煤采暖的方式不改變，北方地區(qū)很難在冬季能夠有效地控制燃煤總量，改善環(huán)境。

另一方面，中國城鎮(zhèn)化高速發(fā)展，城鄉(xiāng)建筑面積大幅增加。當前，建筑業(yè)是中國的能耗大戶，如果不考慮建筑材料的生產能耗，建筑能耗約占全國能源消費總量的22%。建筑總能耗的持續(xù)攀升增加了電力需求，也加劇了燃煤發(fā)電帶來的污染。

在這樣的背景下，似乎因為建筑用能和采暖帶來的霧霾將是很難解決的問題。但是這一切都在改變，主要的變化因素有二：

持續(xù)走低的建筑能耗

中國的建筑用能情況總體上由四部分組成：城鎮(zhèn)供暖用能（以北方為主）、城鎮(zhèn)住宅用能、商業(yè)及公共建筑用能以及農村住宅用能四類。從用能總量上來看，呈四分天下的局勢，四類用能各占建筑能耗的1/4左右；從面積上來看，隨著建筑規(guī)模的增長及平均能耗強度的增長，公共建筑能耗已經成為中國建筑能耗中比例最大的一部分。

中國的建筑技術在過去十年里取得了長足的進步。盡管距離發(fā)達國家的建筑整體水平還有差距，但是就北方采暖而言，是中國各類建筑能耗中唯一持續(xù)走低的一類。下圖為過去十多年中國公共建筑和北方采暖能耗的變化圖。

采暖能耗從十幾年前的22千克標煤每平方米的水平下降到12千克標煤每平方米，下降幅度超過了一半。能耗的顯著下降一方面是因為新建建筑采用了更高的節(jié)能標準；另外一方面是北方地區(qū)大規(guī)模的既有建筑改造，把原來沒有保溫的建筑加上了外保溫。在北方的主要城市地區(qū)，目前室內的舒適度環(huán)境已經達到了18度以上的水平，所以未來能耗的增長空間基本上沒有了。

在可預見的未來，采暖能耗還會進一步下降。目前，北方地區(qū)采暖平均耗能是氣候相近的發(fā)達國家的2～3倍。隨著綠色建筑普及率的提高，特別是最近興起的德國被動式建筑技術，建筑的外圍護結構保溫性能還會進一步提升。根據計算，在中國的寒冷地區(qū)，被動式建筑的采暖能耗可以基本降到接近于零的地步。也就是說，除了中國的嚴寒地區(qū)（東北、青藏）以外，建筑將逐步不需要采暖。即使在嚴寒地區(qū)，被動式建筑或者是保溫性能極高的建筑也可以把采暖能耗降低到一個極低的水平。

另一方面，能源的供應形勢也正從單一的燃煤或者燃氣轉變?yōu)榧须婒寗拥牟膳δ芟到y(tǒng)。如天津等地開始大規(guī)模興建地源熱泵的集中式供熱站，取代以前的燃煤熱力站。地源熱泵的綜合效率可以達到 300%以上，也就是說一度電可以生產出相當于三度電熱值的采暖熱水。這一方面減少了能源的使用，一方面會顯著降低燃煤量，讓中國的北方地區(qū)擺脫冬季大量燃煤的問題。

建筑能耗的第二大板塊——公共建筑的能耗目前在發(fā)達城市已經接近歐洲發(fā)達國家的水平。未來的上升空間也十分有限。公共建筑的能耗主體是照明和空調。照明能耗隨著LED燈的廣泛普及和進一步的技術進步，未來也會持續(xù)下降?？照{能耗目前還是在增長通道中，但是這一趨勢也會被扭轉，一個重要的原因是冷機的制冷效率在進一步的提升中，而且集中式冷站在全國也方興未艾。在江蘇省，正在規(guī)劃興建中的集中式冷站已達100多個。由于集中式冷站采用能源的梯級利用，綜合效率可以在150%-250%之間，遠遠超過目前的單棟建筑使用的分散式冷站。

正在轉變的能源結構

中國的能源結構長期以來倚重煤炭，尤其在2003到2013年，伴隨水泥、鋼鐵等行業(yè)的極速發(fā)展，煤炭消費量從14億噸暴增至40億噸，2015年煤炭消費占比仍為64.5%，燃煤排放被證實是大氣污染和霧霾的首要來源，中國也成為世界上最大的煤炭消費國和溫室氣體排放國。

中國政府意識到煤炭消費過高帶來的嚴重后果和全球能源清潔革命的必然趨勢，下定決心調整能源結構，把發(fā)展清潔低碳能源作為主攻方向，并提出2020年非化石能源占一次能源消費總量的比重達到15%，2030年達到20%的目標。目前，在政策支持下，中國清潔能源發(fā)展呈現良好勢頭，主要包括水電、風電、太陽能發(fā)電、核電等非化石能源，消費占比12%，以及較為清潔的天然氣，消費比重約5.8%，中國已成為全球可再生能源利用規(guī)模最大的國家，新增電力結構中有超過20%來自可再生能源，其中水電仍保持主力軍的地位，風電和太陽能發(fā)電后來居上增長最為迅猛。

電力是可再生能源利用的主要途徑，因此未來中國能源結構清潔化調整將通過電力轉型來實現。根據國家發(fā)改委能源研究所的高比例可再生能源發(fā)展預測，未來電力將成為中國生產生活的主要用能方式，電能將在工業(yè)、建筑、交通領域實現對直燃煤、燃油、燃氣等化石燃料的高比例替代。2050年全國60%的終端能源需求可以通過電力滿足，能源利用效率大幅提升，而可再生能源將成為電力供應的主要來源，可再生能源發(fā)電占比超過80%，由此通過電力清潔化實現能源消費的清潔低碳轉型。與此同時，以煤炭為主的化石能源消費得到有效控制，煤炭消費也將以發(fā)電為主要途徑，并通過集中治理并使用清潔燃燒技術提高發(fā)電效率，降低污染排放。

中國實現以可再生能源電力為主的清潔能源系統(tǒng)看似遙不可及，但在未來20-30年間的實現路徑已逐漸清晰。世界能源格局正在經歷深刻調整，2012-2014年可再生能源已占世界新增電力裝機的48%。延續(xù)現有的技術進步路線，未來風電和太陽能發(fā)電效率將進一步提升，與規(guī)模化效益共同推動發(fā)電成本降低，成為未來綠色能源電力系統(tǒng)的主要電力供應來源。

中國將通過深化電力體制改革逐步放開售電側市場，實現競價市場機制下的電力市場化交易，使風電和太陽能電力的經濟性優(yōu)勢得以彰顯。加之儲能技術的成本下降和智能電網、需求側管理系統(tǒng)的完善，使風電和太陽能電力的波動性得以控制，滿足穩(wěn)定的基荷電力供應需求，并更好地調節(jié)供應與需求之間的實時平衡。

未來中國的風電和太陽能發(fā)電將呈現集中與分布式發(fā)展模式并舉。遠離東部負荷中心的集中式電站在電網區(qū)域互聯(lián)傳輸基礎設施的支持下，在更大的調度區(qū)域范圍內平衡負荷變化，從而獲得更充分消納。以建筑為載體的分布式可再生能源供能系統(tǒng)集中在中東部能源消費密集地區(qū)，在成本經濟性和儲能設備的保障下更加勢如破竹。

根據國家發(fā)改委能源研究所的預測，2030年高比例可再生能源的能源供應系統(tǒng)，將使化石能源燃燒排放的主要污染物和二氧化碳顯著降低到1980年的排放水平，霧霾終將散去，重現碧水藍天。