清潔能源

胡德群

一、我國發(fā)展清潔能源供暖的背景

我國北方地區(qū)每年的采暖范圍遍布17個(gè)省、市、自治區(qū)，采暖人口達(dá)7億以上，集中供熱的熱源主要以熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐為主，主要燃料為煤炭。有預(yù)測稱，到2020年，我國北方的采暖面積將達(dá)到129億平方米。長期以來，我國取暖用能結(jié)構(gòu)單一（燃煤取暖的面積占取暖總面積的83%，天然氣、電、地?zé)岬惹鍧嵞茉慈∨瘍H占17%，城鎮(zhèn)地區(qū)50%采取集中供暖），用能效率低，發(fā)展不平衡不充分的問題非常突出。

特別是近年來，我國北方地區(qū)特別是京津冀一帶，冬季霧霾天氣頻發(fā)。研究表明，造成冬季霧霾天氣頻發(fā)的原因除了與我國不合理的能源利用結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系外，供暖季大量分散燃煤的小鍋爐、家庭小火爐是造成冬季空氣污染的重要原因之一。面對(duì)日益突出的大氣污染問題，國務(wù)院多次召開專題會(huì)議進(jìn)行工作部署，并陸續(xù)出臺(tái)了多個(gè)政策和配套措施，鼓勵(lì)發(fā)展清潔能源供暖，提供政策和財(cái)政支持。據(jù)《中國能源報(bào)》報(bào)道，《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃》近期將出臺(tái)。按照規(guī)劃，三年以后實(shí)現(xiàn)替代散煤7400萬噸，五年之后替代散煤1.5億噸，集中供暖和清潔供暖的比例達(dá)到50%以上，建構(gòu)起完整的清潔取暖產(chǎn)業(yè)體系。

二、發(fā)達(dá)國家的供暖模式

北美洲和歐洲等發(fā)達(dá)國家的供暖方式具有多元化、智能化、清潔化等特點(diǎn)。供暖方式與房屋建筑的類型、地理位置和能源資源稟賦有關(guān)，采用不同的供暖方式，以節(jié)能、舒適為目標(biāo)，比如美國的北部和歐洲的北部，由于緯度高，建有專用的供暖設(shè)施。美國北部主要采用燃油或燃?xì)獠膳睔W丹麥以集中熱水供暖為主。美國中部主要為電采暖。在美國南方和歐洲的南部地區(qū)，普遍使用冷暖兩用空調(diào)采熱。美國、德國等發(fā)達(dá)國家非常重視新技術(shù)對(duì)提高供暖效率的作用。德國先進(jìn)的控制系統(tǒng)可以使熱泵空調(diào)根據(jù)室內(nèi)外溫濕度變化進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。丹麥實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的智能化能量管理，大大提高了供熱效率。與此同時(shí)，一些發(fā)達(dá)國家還積極使用可再生能源作為供暖能源。

近年來，隨著各國對(duì)氣候變化的關(guān)注，越來越多的國家致力于使用可再生能源、清潔能源供暖，以降低供暖對(duì)氣候、環(huán)境的影響，比如丹麥，鼓勵(lì)使用風(fēng)電、生物質(zhì)能等可再生能源作為熱力消費(fèi)的能源，美國以天然氣和電等清潔能源作為采暖的主要能源。冰島地?zé)豳Y源豐富，80%以上的人口采用地?zé)峁┡?，首都雷克雅未克全部利用地?zé)峁┡?/p>

三、四大領(lǐng)先技術(shù)引領(lǐng)清潔能源供暖

山東東營市地處我國“黃藍(lán)”經(jīng)濟(jì)區(qū)，具有豐富的地?zé)豳Y源和污水佘熱資源，是我國生態(tài)文明典范城市和國家可再生能源建筑應(yīng)用示范城市。近年來，東營市積極探索以地?zé)?、污水余熱、天然氣等清潔能源取代燃煤供暖，在中心城、河口城區(qū)、東營農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)等區(qū)域推廣深層地?zé)崮?、地源熱泵供暖面積達(dá)890萬平方米，占全市供暖總面積的20%以上，年節(jié)約8.58萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳23.78萬噸、二氧化硫594.12噸，減少顆粒物排放170.68噸。同時(shí)，東營市也是全省第一個(gè)全面實(shí)施燃?xì)獯宕逋üこ痰牡丶?jí)市。截至目前，東營市燃?xì)獯宕逋üこ淌啄赀M(jìn)展順利，已經(jīng)完成850個(gè)村莊、16.2萬戶的施工任務(wù)，完成2017年任務(wù)總量的95%。

勝利油田作為我國的第三大油田，開發(fā)主體位于東營市。在采油過程中產(chǎn)生大量的污水，這些污水余熱資源質(zhì)優(yōu)量大，在替代化石能源方面具有較大潛力。截至2017年，勝利油田利用污水余熱共實(shí)施了17個(gè)項(xiàng)目，其中投產(chǎn)運(yùn)營13個(gè)，在建4個(gè)。這些余熱資源項(xiàng)目廣泛用于原油運(yùn)輸加溫、辦公場所和社區(qū)供暖等領(lǐng)域，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

山東海利豐清潔能源股份有限公司（以下簡稱“海利豐公司”）是東營市的三大供暖主體之一，供暖面積超過600萬平方米，占東營市供暖總面積的10%以上。推廣清潔能源供暖新技術(shù)，海利豐公司主要運(yùn)用的是地源熱泵技術(shù)、中深層水源熱泵技術(shù)、污水余熱技術(shù)、空氣源熱泵技術(shù)等。

四、利用地?zé)嵊酂岬那鍧嵞茉垂┡夹g(shù)

（一）地源熱泵技術(shù)可廣泛用于辦公樓宇供暖

除了民用住宅需要供暖外，城市大量的辦公樓宇也需要供暖和制冷。與民用住宅供暖需求不同，辦公樓宇一般只需要在辦公時(shí)間供暖或制冷，采用集中供暖的方式不僅浪費(fèi)大量熱能而且利用效率低，夏季采用普通中央空調(diào)系統(tǒng)不僅投資大而且能源消耗也大，因此一部分老舊的辦公樓宇只能采用燃煤小鍋爐供暖。

地源熱泵技術(shù)應(yīng)用于辦公樓宇供暖與制冷具有以下優(yōu)勢：

一是節(jié)能環(huán)保：與鍋爐（電、燃料）供暖系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5-4.7，運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50%-60%，耗電量僅為普通中央空調(diào)或鍋爐系統(tǒng)的40%-60%。冬季供暖時(shí)無需鍋爐，無廢氣、廢渣、廢水排放，可大幅度降低溫室氣體排放，減少污染，保護(hù)環(huán)境，是一種理想的綠色技術(shù)。二是可以同時(shí)供暖制冷：地源熱泵系統(tǒng)可以做到區(qū)域制冷和區(qū)域供暖，對(duì)大型商業(yè)建筑尤為重要。三是應(yīng)用靈活、安全可靠：地源熱泵系統(tǒng)可廣泛用于新建工程、擴(kuò)建或改建工程，并可分期施工，熱泵機(jī)組可靈活地安置于任何地方，不僅節(jié)省空間而且無儲(chǔ)煤、儲(chǔ)油罐等隱患。

海利豐公司是我國首批將土壤源熱泵產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的公司之一，擁有獨(dú)特的地源熱泵技術(shù)體系和技術(shù)優(yōu)勢，通過在勝利油田、東營市和國內(nèi)其他區(qū)域推廣應(yīng)用，積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。海利豐公司運(yùn)用地源熱泵技術(shù)實(shí)施的項(xiàng)目主要應(yīng)用于勝利油田的辦公機(jī)構(gòu)，其中河口采油廠1.45萬平方米、聚園小區(qū)3.77萬平方米、技術(shù)檢測中心1.8萬平方米、鉆井四公司2.45萬平方米，供暖（制冷）總面積超過9.47萬平方米。其中，勝利油田黃河鉆井四公司地源熱泵項(xiàng)目是海利豐公司為勝利油田實(shí)施的首個(gè)合同能源管理項(xiàng)目，是既有建筑節(jié)能改造工程（原系統(tǒng)是柴油溴化鋰中央空調(diào)系統(tǒng)，改造后地源熱泵系統(tǒng)取得了良好的節(jié)能減排效果），入選中石化“十二五”重大節(jié)能示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目投產(chǎn)后年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤382.64噸，節(jié)約運(yùn)行能耗費(fèi)用142.56萬元，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益：S02、C02、NO，及顆粒物分別減排2.65噸、1059.91噸、3.09噸和0.76噸，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，環(huán)境效益明顯，其良好的示范效應(yīng)有效推動(dòng)了地源熱泵技術(shù)在東營市和勝利油田的普及推廣（見表）。

（二）深井地?zé)峒夹g(shù)供暖可廣泛用于城市/郊區(qū)供暖

在城市，郊區(qū)實(shí)施集中供暖不僅成本過高，而且熱電聯(lián)供管網(wǎng)難以覆蓋。而對(duì)于地?zé)豳Y源豐富的地區(qū)，深井地?zé)峒夹g(shù)可根據(jù)（比如具體到一個(gè)社區(qū)）供暖面積的實(shí)際需求，合理投資建設(shè)深層熱井和鋪設(shè)管網(wǎng)，不僅經(jīng)濟(jì)效益高，而且環(huán)境效益顯著。

勘探表明，東營市不僅地?zé)豳Y源豐富而且水溫較高（50℃-85℃），可完全滿足供暖要求。運(yùn)用深井地?zé)峒夹g(shù)的主要優(yōu)勢如下：

一是高效節(jié)能：水源熱泵是目前普通中央空調(diào)系統(tǒng)中能效比（COP值）最高的制冷制熱方式，理論計(jì)算可達(dá)到7，實(shí)際運(yùn)行為4-6，與空氣源熱泵相比，運(yùn)行效率高出20%-60%，而運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的40%-60%。二是環(huán)保無污染：水源熱泵機(jī)組運(yùn)行無任何污染，無燃燒、無排煙，不產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣、煙塵，不會(huì)產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)，對(duì)環(huán)境非常友好，是理想的綠色環(huán)保產(chǎn)品。三是應(yīng)用范圍廣：水源熱泵系統(tǒng)既可供暖又可制冷，還可以提供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可替換原有的“鍋爐+空調(diào)”的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對(duì)于同時(shí)需要供暖和制冷要求的建筑物，水源熱泵系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。

海利豐公司在東營市實(shí)施的深井地?zé)峁┡?xiàng)目主要位于東營市墾利區(qū)、黃河三角洲農(nóng)高區(qū)和東營區(qū)龍居鎮(zhèn)等幾個(gè)偏遠(yuǎn)地區(qū)，供暖總面積超過67萬平方米，其中墾利區(qū)小區(qū)9個(gè)，供暖面積超過47.05萬平方米；農(nóng)高區(qū)示范項(xiàng)目兩個(gè)，供暖面積14萬平方米；龍居鎮(zhèn)龍居社區(qū)，供暖面積6萬平方米。

海利豐公司在農(nóng)高區(qū)實(shí)施的地?zé)嵘罹?xiàng)目取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。與傳統(tǒng)的供暖，制冷方式相比，該項(xiàng)目年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5466.23噸，單位運(yùn)行費(fèi)用減少11.2元/㎡，大大降低了運(yùn)行成本。減排效果明顯。C02減少15141.46噸，NO，減少44.16噸，SO2減少37.83噸，顆粒物減少10.87噸，有效改善了區(qū)域環(huán)境，提高了居民的整體生活質(zhì)量，具有節(jié)能減排的示范作用。

（三）污水余熱技術(shù)用于民用住宅供暖可實(shí)現(xiàn)廢物再利用

東營市是勝利油田的主工作區(qū)，采油污水水量巨大，具有良好的余熱資源基礎(chǔ)。借助高溫?zé)岜眉夹g(shù)和吸收式熱泵技術(shù)，海利豐公司在油田污水余熱、電廠余熱、城市污水余熱及工業(yè)污水余熱利用領(lǐng)域進(jìn)行了大膽嘗試和實(shí)踐，積累了成熟的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，成功實(shí)施了多個(gè)項(xiàng)目案例。

海利豐公司的余熱利用技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：一是獨(dú)立研發(fā)的高耐腐蝕換熱器，有效解決了油田污水的腐蝕問題；二是成功研發(fā)了針對(duì)不同污水水質(zhì)的寬流道換熱器，有效解決了污水應(yīng)用中常見的堵塞問題；三是與天津大學(xué)合作研發(fā)了高效率低溫?zé)岽鬁夭罡邷責(zé)岜脵C(jī)組，極大地提高了熱泵機(jī)組的能效比，大大降低了運(yùn)行費(fèi)用，出水溫度從70℃到最高110℃，滿足了供暖需求；四是通過新技術(shù)、新設(shè)備綜合利用電廠余熱，建設(shè)區(qū)域能源站，極大地提高了電廠余熱的供暖面積，為政府部門解決區(qū)域供暖提供了全新的解決方案。

2016年，海利豐公司與國能墾利生物發(fā)電有限公司簽署合作協(xié)議，利用電廠余熱進(jìn)行供暖。該項(xiàng)目主要覆蓋東營市辛店區(qū)、西郊片區(qū)，其中辛店區(qū)覆蓋16個(gè)社區(qū)，供暖面積超過13萬平方米；西郊片區(qū)包括11個(gè)社區(qū)及幾家單位，供暖面積超過30萬平方米。2017年6月，海利豐公司與勝利油田新能源開發(fā)中心簽署合作協(xié)議，開發(fā)勝利油田地?zé)崤c污水余熱利用市場。截至2016年末，海利豐公司實(shí)施勝利油田污水余熱供暖項(xiàng)目3個(gè)，供暖面積超過34.4萬平方米，其中景苑西區(qū)供暖面積32萬平方米。

在項(xiàng)目實(shí)施的過程中，海利豐公司的工程技術(shù)人員了解到，距景苑西區(qū)1.8公里處有一污水站，日處理污水3.3萬m3。通過實(shí)地測量，冬季污水溫度可達(dá)43℃-47℃，完全可以滿足供暖要求。為此，海利豐公司一次投入2340萬元，通過高溫?zé)岜锰崛∥鬯酂峒夹g(shù)，對(duì)這一區(qū)域?qū)嵭屑泄┡?，總熱量達(dá)13.86萬GJ。該項(xiàng)目嚴(yán)格按照BOO模式實(shí)施。海利豐公司負(fù)責(zé)項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營，勝利油田按照商定的價(jià)格，前五年按80%的收費(fèi)率繳納供暖費(fèi)，后期按照90%的收費(fèi)率繳納供暖費(fèi)，并對(duì)運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)督。項(xiàng)目實(shí)施后，每年節(jié)約燃煤3000噸，減少二氧化碳排放8772噸、二氧化硫22噸、氮氧化物26噸。

（四）空氣源熱泵技術(shù)可廣泛用于農(nóng)村地區(qū)冬季供暖

在我國北方廣大的農(nóng)村地區(qū)，冬季取暖的主要方式仍是一家一戶式的小煤爐，不僅燃煤消耗量大熱值低，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。而在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施完善、經(jīng)濟(jì)條件較好的地區(qū)，完全可以推廣應(yīng)用空氣源熱泵技術(shù)。

空氣源熱泵技術(shù)的主要優(yōu)勢一是應(yīng)用范圍廣，安裝方便靈活，不受陰、雨、雪等惡劣天氣和冬季夜晚影響；二是運(yùn)行成本低，節(jié)能效果明顯，可節(jié)省70%的能源，每耗電1kw平均可產(chǎn)生4kw熱能，相比電熱水鍋爐，同等耗電量可多制熱水3倍左右；三是環(huán)保無污染，具有良好的社會(huì)效益。

2017年，海利豐公司借助國家“2+26”城市實(shí)施“煤改電”治理大氣污染的政策，快速進(jìn)入“煤改電”市場，相繼在北京市大興區(qū)、順義區(qū)和山西陽泉地區(qū)中標(biāo)多個(gè)項(xiàng)目。目前，大興區(qū)6000萬余元的“煤改電”項(xiàng)目已基本完工，改造供暖面積30多萬平方米。據(jù)測算，該項(xiàng)目每年可節(jié)約燃煤4200噸，減少二氧化碳排放7500噸，減少炭，粉塵排放2000余噸。實(shí)踐表明，空氣源熱泵技術(shù)是有效治理我國北方農(nóng)村地區(qū)燃煤取暖造成大氣污染的手段之一。

（五）天然氣供暖技術(shù)可在燃?xì)赓Y源充足的地區(qū)推廣應(yīng)用

天然氣供暖方式具有燃燒效率高、基本不排放煙塵和二氧化硫等優(yōu)勢，而且應(yīng)用方式多樣，包燃?xì)鉄犭娐?lián)供、天然氣分布式能源、燃?xì)忮仩t、分戶式壁掛爐等。

東營市是勝利油田的主要所在地。2016年，勝利油田生產(chǎn)天然氣4.03億立方米，推廣天然氣供暖具有資源優(yōu)勢。海利豐公司承建運(yùn)營的天然氣供暖項(xiàng)目共有兩個(gè)，目前負(fù)責(zé)運(yùn)營的面粉廠小區(qū)供暖面積為14500平方米。該小區(qū)原采用燒煤鍋爐。2016年，海利豐公司對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)改造，改為燃?xì)忮仩t并鋪設(shè)了燃?xì)夤芫€。該項(xiàng)目已成功運(yùn)行兩年，減少了數(shù)百噸煤炭消耗和二氧化碳、二氧化硫、粉塵等污染物排放，環(huán)境效益顯著。

（六）生物質(zhì)能清潔供暖是治理縣域燃煤污染的有效途徑

生物質(zhì)供熱具有綠色低碳環(huán)保的特點(diǎn)，是治理縣域燃煤污染的有效途徑，也是發(fā)達(dá)國家普遍推廣的技術(shù)。我國生物質(zhì)能資源非常豐富。生物質(zhì)供熱主要以生物質(zhì)成型燃料鍋爐供熱為主，利用方式為成型燃料直接燃燒產(chǎn)生熱量。

2016年，海利豐公司與東營市西郊現(xiàn)代服務(wù)區(qū)管委會(huì)簽署了為期30年的供暖特許經(jīng)營項(xiàng)目，規(guī)劃供暖面積超過500萬平方米，供暖方式為利用國能墾利生物電廠余熱進(jìn)行供暖。供熱系統(tǒng)為封閉式低溫循環(huán)系統(tǒng)，水源全部來自于電廠，并直接進(jìn)入到用戶末端，中間無需經(jīng)過換熱裝置。供熱系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，供熱效率高，水溫恒定，用于供暖具有多種優(yōu)勢。

該工程分為三期，一期投資7600萬元，新建供暖主管線22.5公里、支管線21公里，供暖面積達(dá)200萬平方米，覆蓋勝通商品悅城、海通西苑麗景、萬通竹香苑等9個(gè)居民小區(qū)和金鼎大廈、董集鎮(zhèn)中學(xué)等多個(gè)商業(yè)建筑和公建單位，目前沿線各用熱單位已陸續(xù)接入供暖管網(wǎng)。該項(xiàng)目的成功運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了電廠余熱資源的再利用，減少了污染物排放，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

五、清潔能源供暖技術(shù)發(fā)展應(yīng)用前景

目前，我國清潔能源供暖技術(shù)除上述地源熱泵技術(shù)、深井地?zé)峒夹g(shù)、污水余熱技術(shù)、空氣源熱泵技術(shù)和天然氣供暖技術(shù)外，還包括太陽能光伏供暖技術(shù)等，均具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢和特點(diǎn)，目前主流的、應(yīng)用最廣泛的清潔供暖技術(shù)是地?zé)崮荛_發(fā)利用技術(shù)。

2017年1月，我國出臺(tái)了首部《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》?！笆濉睍r(shí)期，我國將新增地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┟娣e11億平方米，到2020年累計(jì)達(dá)到16億平方米。2020年，地?zé)崮苣昀昧?000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，地?zé)崮芄┡昀?000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤；京津冀地區(qū)地?zé)崮苣昀昧窟_(dá)到2000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤?？梢灶A(yù)見，推廣地?zé)崮芄┡鳛榧泄┡难a(bǔ)充具有良好的開發(fā)價(jià)值和光明的發(fā)展前景。

2017年12月6日，國家十部委正式出臺(tái)《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017-2021年）》，計(jì)劃到2019年我國北方清潔取暖率達(dá)到50%，2021年達(dá)到70%。該規(guī)劃的出臺(tái)將進(jìn)一步推動(dòng)我國北方地區(qū)清潔能源供暖推廣工作。隨著清潔能源的供暖方式在我國北方地區(qū)的推廣和應(yīng)用，清潔能源的供暖方式將成為我國北方地區(qū)供暖的重要組成部分，并將進(jìn)一步發(fā)揮有效削減煤炭消耗量，減少炭/粉塵、CO2、SO2、NOx等污染物排放的重要作用，是減輕我國北方地區(qū)特別是京津冀地區(qū)大氣污染，優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要手段之一。