德國分散供暖方式分析及對我國農村采暖的建議

國家發(fā)展和改革委員會能源研究所 廖虹云

冬季采暖是北方地區(qū)的民生需求，當前居民生活水平的提升將推動北方地區(qū)冬季采暖需求的持續(xù)增長。我國北方地區(qū)采暖能源主要使用煤炭等不清潔能源，排放了大量的污染物，是我國北方地區(qū)霧霾形成的主要原因之一。特別是我國北方農村地區(qū)，還使用散煤以及粗放使用生物質能源供暖方式，產生了大量污染。因此應積極借鑒發(fā)達國家經驗，推進我國農村地區(qū)的清潔低碳供暖。

一、當前我國農村地區(qū)采暖情況和發(fā)展趨勢

據統計，我國北方農村約有居民6500余萬戶，建筑面積約72億平方米。分戶式取暖是我國農村地區(qū)主要的采暖方式，主要采用的采暖商品能源為散煤或型煤，薪柴、秸稈等非商品能源的直接燃燒使用也大量存在。北方農村一些地區(qū)薪柴、秸稈等生物質利用程度仍然較高，特別是東北農村地區(qū)。據統計，2018年我國農村住宅應用散煤1.3億tce，生物質直接燃燒0.91億tce，兩者占農村住宅能耗的約72%。在具有農業(yè)和林業(yè)資源優(yōu)勢的地區(qū)，生物質仍是農村冬季供暖的重要組成部分。2016年國家提出大力推進北方地區(qū)清潔取暖，取得了明顯的成效。我國北方農村地區(qū)的清潔取暖率在“十三五”時期由9%提高到了28%左右，重點地區(qū)的農村清潔取暖率達到了71%。但和城市、縣城等地區(qū)相比，我國農村清潔取暖水平仍存在顯著差距。未來，我國經濟社會的發(fā)展將會帶動北方農村地區(qū)采暖需求的提升。北方農村地區(qū)冬季室內溫度將從剛剛好的“省著用”轉向溫暖的“舒服用”。此外，溫室大棚等農業(yè)設施的發(fā)展，也將驅動取暖需求的大幅度增長。同時，隨著我國環(huán)保約束的不斷強化，需要進一步推進北方農村地區(qū)清潔采暖，碳達峰、碳中和目標也要求我國需要全面促進低碳甚至零碳發(fā)展，在這樣的情況下，我國農村居民采暖走出一條低碳轉型之路。

二、德國主要分布式和區(qū)域供暖方式在我國農村地區(qū)的適用性分析

在德國，集中供熱主要用于大城市，2018年占全部供暖的比例大約為9%。其余地區(qū)，特別是農村地區(qū)，主要為分布式或者區(qū)域供熱。主要的分布式和區(qū)域供熱系統有小型生物質爐具、熱泵、燃氣鍋爐、光伏供暖、生物質鍋爐、柴油鍋爐等。

（1）燃氣鍋爐。燃氣鍋爐是德國最為主要的供熱方式，2018年占德國全部供暖的47%左右。其中，帶有熱泵的燃氣熱電聯產系統主要用于城市地區(qū)，而微型燃料電池熱電聯產加調峰燃氣鍋爐主要用于農村地區(qū)。在我國，燃氣供暖方式技術已經非常成熟，在城市和農村都有所應用，包括區(qū)域供暖的天然氣鍋爐和分散供暖的天然氣壁掛爐等，適用范圍較廣，也是我國現在取代散煤取暖的改進方向之一。但受限于天然氣供應條件、價格和碳達峰、碳中和目標的約束，在我國，燃氣供暖未來發(fā)展存在一定的局限性。

（2）柴油鍋爐。在德國，柴油鍋爐技術比較成熟，對于基礎設施的要求比較低，柴油在德國的價格相對來說也比較便宜。2018年德國燃油供暖占全部供熱能源需求的22%左右。但是出于應對氣候變化和環(huán)保要求，按照德國氣候保護計劃和2014年修訂的建筑節(jié)能條例的要求，在2026年之后不再允許安裝新的燃油供暖設備，既有燃油系統設備壽命滿30年也必須淘汰。柴油鍋爐技術成熟，對環(huán)境要求較低。但是在我國柴油價格高于天然氣價格，其運行成本高于燃氣供暖方式，柴油鍋爐還需要農村家庭有儲存柴油的空間且味道較重，居民接受度較低，同時柴油燃燒二氧化碳排放量較高，從實現碳達峰、碳中和的愿景來看不具有大范圍推廣的條件。

（3）生物質供暖。在德國，應用可再生能源進行采暖占全部采暖比例的約16%，其中約90%來源于生物質能，多數為應用生物質采暖爐具。當前德國可用于原木燃燒的柴火爐已經非常流行。據估計，幾乎四分之一的德國家庭都完全或部分使用木材供熱。德國生物質能較為豐富的村莊，可以應用生物質鍋爐、生物質熱電聯產技術等，同時應用其他可再生能源，如大型太陽能集熱器，作為生物質熱源的補充。德國最早在2005年引進了生物質社區(qū)的理念，但一些生物質能源設備在2005年之前就已經投入試運行，在德國，約有65%的生物質能源社區(qū)是在2005到2011年之間建成的，截至2018年，德國已建成了151個生物質能源社區(qū)。生物質爐在我國的推廣潛力較大，但需要加強排放監(jiān)管。低排放生物質爐適用于分戶式采暖，能夠顯著降低煙塵排放，但價格較高，適宜在私人別墅區(qū)或經濟承受能力較好的農村地區(qū)嘗試；分散式生物質供暖方式具備初投資低，運行靈活的優(yōu)點，和燃煤相比運行成本較低，農村一般家庭水平基本能夠承受，這種供暖方式在北方農村地區(qū)以及長江流域夏熱冬冷地區(qū)，比如東北、西北及華北的部分農村地區(qū)比較適用，特別是一些禁止或限制煤炭使用，或不具備煤改氣、煤改電條件的地區(qū)。在這些地區(qū)，分散式生物質爐具將可以成為替代散煤的主要方式，具有較大的推廣應用潛力。但是生物質供暖仍然面臨著一些問題，面臨的最突出問題就是環(huán)保問題，集中式鍋爐或者分戶式爐具目前都尚無國家統一的排放標準，只有部分省份制定了相關標準，分散式生物質供暖由于排放監(jiān)管較難，因此現在并沒有明確鼓勵推動。

（4）空氣源熱泵。德國自2000年起頒行了支持方案和監(jiān)管文件，大力推動熱泵的安裝。2018年，德國安裝了8.4萬個用于供熱的熱泵，其中72%為空氣源熱泵。在新建建筑中，空氣源熱泵的市場占比為所有安裝供熱系統的33%。熱泵在低溫時利用熱源產生的熱量提升溫度，在高溫時提供散熱功能，大多數熱泵采用電動機驅動機械壓縮機。自從德國出臺規(guī)定了保證上網電價的《可再生能源法案》以來，屋頂光伏裝置在獨戶住宅中的應用變得十分廣泛。過去15年間，技術成本下降，電價上升，將屋頂光伏發(fā)電自用比接入電網更具有經濟效益。因此德國嘗試在空氣源熱泵系統中組合加裝光伏和生活熱水蓄能及電供熱元件。這種組合系統使用可再生能源進行驅動，可以提高光伏系統的自發(fā)自用電量占比，減少供熱的二氧化碳排放。此外，光伏裝置與熱水箱供熱元件直接連接，在供熱期以外的時間，可以關停熱泵，直接用光伏制取熱水?？諝庠礋岜门c光伏、生活熱水器聯合系統，空氣即可作為熱源，受各地區(qū)可利用的熱源條件約束比較小，可以在我國較大范圍內進行推廣。這種熱泵系統的優(yōu)點是能夠同時進行冬季的采暖、夏季的制冷需求，也能夠同時提供生活熱水和綠色電力，還可以節(jié)省大量電網增容改造投資，并能夠同時享受光伏發(fā)電和清潔取暖政策支持，應用前景較好。但這種熱泵的不足之處是熱泵系統僅適合于太陽能光照資源較好、冬季室外最低氣溫-5℃以上的地區(qū)，當室外氣溫低于-15℃時，該熱泵系統的性能就會下降，COP明顯降低，不能很好地滿足需求。因此室外溫度過低的地區(qū)，即我國一些嚴寒地區(qū)不建議采用該熱泵系統。城鎮(zhèn)集中供熱管網覆蓋不到的區(qū)域，可以采用空氣源熱泵作為補充熱源，同時也可以作為農村地區(qū)取暖主要熱源方式之一。

三、對我國農村地區(qū)分散采暖的建議

（1）加快推進農村建筑節(jié)能改造。對農戶進行圍護結構保溫改造后，可大幅降低農村住宅采暖能耗，因此進行房屋節(jié)能改造，加強農村建筑節(jié)能保溫水平是降低我國農村采暖能耗和碳排放、推進農村地區(qū)清潔供暖低碳轉型的基礎。制定農村建筑規(guī)范和節(jié)能改造的標準，對農村建筑實施節(jié)能改造，使用空心磚等節(jié)能磚，對外墻、屋面、外門窗等進行保溫改造，對農村供熱管網、采暖系統等進行改造，降低采暖的能耗需求。有改造價值的既有農村居住建筑要進行節(jié)能改造。新建農村居住建筑要按照節(jié)能標準進行建造，對于一些太陽能豐富的地區(qū)，可以利用農村建筑屋頂的太陽能光伏設備實現全面的電氣化，為農宅電力使用提供來源。

（2）推動農村地區(qū)供暖方式清潔低碳轉型。我國農村地區(qū)供暖方式想要實現清潔低碳轉型，不能采用我國當前城鎮(zhèn)地區(qū)應用的集中式發(fā)展道路。而在碳中和的要求下，必須因地制宜。加大農村采暖用散煤的淘汰力度，一方面還要繼續(xù)推進煤改氣、煤改電的供暖方式，另一方面要進一步推進低碳甚至零碳的采暖技術，力爭推動我國農村地區(qū)供暖方式實現低碳轉型。一是積極推進生物質供暖方式。對于生物質能源豐富的地區(qū)，比如我國東北地區(qū)，應減少生物質能直接粗放燃燒的方式，可推廣采用秸稈固化成型的技術手段，應用高效清潔爐具技術等方式進行供熱，支持對高效節(jié)能低碳生物質爐具的研發(fā)和推廣。生物天然氣分布式采暖方式可以考慮應用在人口比較密集的農村住宅小區(qū)內。二是鼓勵農村地區(qū)采用熱泵等供暖方式。在一些電力資源特別是可再生能源電力比較豐富的地區(qū)，可以考慮大規(guī)模應用熱泵和蓄熱空調的方式，以替代散煤等不清潔的采暖方式。華北、西北等冬季溫度不會特別低的地區(qū)可優(yōu)先考慮采用空氣源熱泵的取暖方式，對既有農宅可采用空氣源熱泵熱風機，對新建農宅可采用“空氣源熱泵+地板供暖”的采暖方式。嚴寒地區(qū)的農村住宅建筑可考慮采用電直熱+建筑物儲熱方式，并推進結合高效燃燒器、低溫水熱系統、儲熱水箱和智能溫控系統的生物質供熱技術。三是開發(fā)余熱、沼氣等其他特色能源進行農村地區(qū)供暖。一些靠近城鎮(zhèn)的農村地區(qū)，或具有較多工業(yè)的農村地區(qū)，擁有工業(yè)余熱等資源，可以通過利用這些熱力資源、建設部分集中供熱管網輸送熱源的方式為農村地區(qū)提供采暖。一些具有地熱能資源的農村地區(qū)也可以使用中深層地熱資源等為其提供采暖的熱源。在一些養(yǎng)殖業(yè)比較發(fā)達的農村地區(qū)，可以推廣糞污能源化利用方式，沼氣工程可以在處理畜禽糞污時提供大量能源，降低二氧化碳的排放。在一些太陽能資源比較豐富的地區(qū)，可采用被動式太陽房結合主動式的太陽能取暖方式進行采暖。由于直接電加熱采暖的不經濟性，在我國農村地區(qū)，原則上不鼓勵采用直接電加熱采暖的方式，只在缺乏其他經濟清潔熱源時，或者能夠獲得廉價甚至免費的可再生能源電力時，才考慮直接電加熱的采暖方式。

（3）落實政策保障，推進農村分布式清潔供暖。一是推進研究適宜我國本地的農村分布式清潔供暖技術。開展包括但不限于空氣源熱泵、生物質鍋爐、太陽能采暖等采暖技術的研究。結合我國居民生活習慣和我國國情推動相關清潔低碳供暖技術的本土化，關注并降低其污染物排放水平，鼓勵推進技術創(chuàng)新和產學研一體化合作。二是試點探索低碳供暖技術在我國農村不同地區(qū)的適用性。在我國不同氣候條件地區(qū)和不同環(huán)境下開展供暖技術的試點研究工作，測試不同清潔低碳供暖技術應用不同燃料的適應性和污染物排放水平?？偨Y試點經驗，再逐步進行全國范圍內的農村分布式清潔供暖技術的推廣。三是完善供暖技術相關標準體系。研究制定生物質成型燃料鍋爐污染物排放標準、節(jié)能環(huán)保爐具標準等與清潔供暖相關的技術標準。建立生物質能源供暖方式、空氣源熱泵供暖方式等相關關鍵技術和相關污染物排放的標準體系，嚴格農村地區(qū)清潔取暖項目的準入門檻。四是制定完善促進農村清潔供暖的激勵政策。第一，應用財稅激勵政策促進農村地區(qū)采暖的清潔低碳轉型，如對農村清潔取暖項目進行補貼。對農村居住建筑進行節(jié)能改造的財政支持力度。對改造建設生物質熱電聯產的企業(yè)進行投資支持。對購買安裝使用空氣源熱泵、清潔爐具的居民予以補貼。對低收入群體應用清潔低碳的采暖方式加大政府資金的支持力度。第二，應用價格政策促進農村清潔采暖，如探索針對農村居民應用可再生電力進行采暖的，取消階梯電價。探索針對農村地區(qū)應用分戶天然氣進行采暖的，取消階梯氣價。五是加強農村地區(qū)清潔供暖的宣傳培訓。利用農村地區(qū)居民喜聞樂見的電視、廣播、互聯網等大眾宣傳媒體，宣傳農村居民建筑節(jié)能改造、農村地區(qū)采暖清潔低碳轉型的重要性。在農村地區(qū)組織開展生物質能源采暖方式、新型爐具應用方法、可再生能源、空氣源熱泵等使用方法的宣傳和培訓，帶動農村地區(qū)居民接受清潔低碳的農村供暖新方式。