中国国情下的清洁供热技术方案选择与政策制定
天然气供暖、电供暖、生物质供暖、太阳能供暖、地热供暖 清洁能源供热取暖方式各有千秋，哪种技术更适合中国国情？
天然气供暖、电供暖、生物质供暖、太阳能供暖、地热供暖......清洁能源供热取暖方式各有千秋，哪种技术更适合中国国情？能源发展规划、大气污染防治计划、燃煤锅炉拆改补贴、低谷电价优惠......哪类政策更有利于推动清洁能源供热的发展？选择合适的能源技术和政策对于减少中国当前集中供暖系统中的能源消费、排放和其他负面影响具有重要意义。日前，由国际能源署与清华大学建筑节能研究中心共同撰写的《中国区域清洁供暖发展研究报告》日前在西安全球首发。该报告便着重考察了采取什么样的政策和工作重点有助于中国实现向效率更高、可持续性更强的集中能源供应系统转型（供热/供冷），而同时又能满足中国的经济社会发展目标，包括保持经济持续增长和改善居住条件。
集中供热系统改善面临挑战
区域集中能源供应系统是供暖（包括热水）和供冷服务的成熟解决方案。传统上被称为集中供暖和供冷，现代区域集中能源供应系统是一种内生的多元化系统，通过保温管道组成的管网把各类热能用户与高效或可再生的能源联系起来，例如，热电联产、工业余热、城市垃圾、生物燃料、地热、太阳能和风能。集中能源供应系统可以利用多种能源，包括本地可用资源，因此灵活性强，可以实现规模经济效益，提供可靠的供暖和供冷服务，无需依赖单一的能源供应。
中国拥有世界上最大的，发展最快的集中能源供应系统，供暖管网长度超过20万公里，供暖面积将近90亿平方米。集中供暖占到北方采暖地区建筑面积的大约三分之二（约85亿平方米）和中国城市建筑面积总量的大约四分之一。随着中国城镇化快速发展和热舒适需求不断增加，未来几十年供暖和供冷系统的能源消费将大幅增加，势必给能源供应和环境造成重大压力。
资料来源：清华大学建筑节能研究中心（2017）。
图：中国集中供暖各类热源覆盖面积占比(2016年) 然而，改善中国当前的集中能源供应系统还面临几项挑战，包括目前对化石燃料的依赖等。燃煤锅炉提供的商业热力所覆盖的建筑面积占总供暖面积的33%，热电联产（多数燃料为煤炭）占到51%，燃气锅炉占12%，其余为其他来源。过度取暖和管网损失占热力生产总量的大约20%，其中管网损失约占热力生产总量的3-5%。集中供暖煤炭燃烧产生的二氧化硫达到了1074吨，氮氧化物达到了652吨，PM2.5达279吨，分别占能源相关的污染总排放量的5%、3%和4%。上述比重是全国范围内的年度数据，因此冬季污染排放占比更高。本世纪初以来所进行的热力改革对建筑性能影响不一（按每平方米采暖需求计算）。虽然中国的建筑改造项目取得了成功，截止到2015年，中国北方建筑改造的面积达到大约10亿平方米，但热计量改造方案一直不太成功，一些地方拒绝使用热量表。
可再生能源供热方案选择的海外经验
使用可再生能源供暖和供冷具有众多好处，例如，减少二氧化碳和空气污染物排放，处置有机废物，例如农业废弃物和市政固体垃圾。然而，全球范围内可再生能源在供暖行业的作用依然很小，只占到2015年全球热力消费的9%。
集中供暖的可再生热力解决方案在很大程度上取决于当地的资源条件。在具有极为丰富的地热资源（例如冰岛）或生物质（例如北欧和波罗的海国家）的国家，已经实现了最大程度的可再生热力渗透。尽管这些国家的集中供暖管网一般要比中国的规模要小很多，但其中一些激励措施、政策和商业模式依然可以为中国提供借鉴，特别是对于某些地方而言。
例如，瑞典的集中供暖系统已经进行了长期的转变，从煤炭和石油转变为可再生燃料，尤其是来自林业废弃物的生物质和市政垃圾。数十年来，逐步转型的主要动力首先是能源安全担忧，后期是低碳化的政策。尽管在20世纪70年代末，石油占到集中供暖燃料消费的90%，但到2015年时，其所占份额跌到仅有2%，生物质和市政垃圾占到70%。执行碳税加速了这一转变：比如2016年的碳税价格是每吨二氧化碳131美元（人民币905元），是取暖油价格的两倍。
这一转变在立陶宛发展的更快，2010年到2016年期间，立陶宛生物质对集中供暖的贡献增加了两倍多，占比达到64%。这一转型的主要推动因素是需要实现供暖燃料多元化，从而减少对进口天然气的依赖。
丹麦的激励政策，比如生物质补贴和对化石燃料征税，稳步提高了可再生能源的比重，占集中供暖的50%以上。丹麦在利用家庭农业废弃物方面也很有名，例如，把秸秆用于集中供暖。
在其他国家，集中供暖系统中可再生能源的部署覆盖范围较小。然而，在地方层面，例如巴黎和慕尼黑这样的城市，正在采取措施，将供暖燃料部分转换为可再生能源。
各种可再生能源方案的经济性
全球可再生热力供应以生物质为主导，生物质占2015年可再生能源集中供暖的95%，但其他几种可再生能源方案也是合适的。集中能源供应网络的一大好处是，可以并入多种不同的可再生能源方案。可再生燃料的选择一般要看本地的资源条件。可选方案包括：
生物质：以木屑、木质颗粒、农业废弃物成型燃料、市政固废的有机组分或其他固体生物质作为燃料的专门用来供暖的锅炉或热电联产机组。9通过高水分含量的有机废物厌氧消化产生的沼气和液态生物燃料，也可以小规模利用。
•太阳热能：大规模太阳能热利用设施，包括屋顶型或独立式系统。通常需要与季节性储能系统相结合，以便在供暖高峰季时依然可用。
•地热：根据可利用的资源情况，可以分为浅层和深层地热井（例如从含水层提取热水）。低温资源可能需要与热泵结合使用。
•热泵：利用电力从空气源、地源或水源采取可再生的环境热。热泵也可利用工业余热热源，是一种既节能又可再生的可选方案。
•地热集中供暖系统与化石燃料相比通常很有竞争力，成本范围在45美元（人民币295元）/热兆瓦时（MWhth）到85美元（人民币560元）/热兆瓦时（IEA，2011）之间。中国最近的一些项目甚至还有更低的成本，例如，陕西沣西深层地热供暖系统地热热源的成本是大约8.24美元（人民币54元）/热兆瓦时。考虑供暖系统的电力消费大约63千瓦时/吉焦*热力生产的价格是36美元（人民币234元）/热兆瓦时。
•用于集中供暖的大型太阳热能系统比小型屋顶系统要便宜很多。丹麦是太阳热能集中供暖的全球领袖，装机容量超过900MWth，带季节性存储的大型系统（>10000平方米）平均成本是54美元（人民币355元）/热兆瓦时，但是典型的小型家用系统成本是134美元（人民币885元）到205美元（人民币1350元）/热兆瓦时。然而，是否能实现费用最低的系统要看是否有廉价的城市用地可供使用，比如一些丹麦小镇上有这样的土地。
•对于用于集中供暖的较大型生物质锅炉，热力交付成本是30美元（人民币200元）到80美元（人民币530元）/热兆瓦时。生物燃料成本会影响这些结果。例如，木质颗粒的价格为每吨110美元（人民币660元）到每吨145美元（人民币960元），燃料成本会是23美元（人民币150元）到31美元（人民币205元）/热兆瓦时。如果通过工业工艺现场生产，生物质废料的成本一般较低，有些时候是零成本。
•与单体建筑中容量较低的装机相比，用于集中供暖的生物质供暖和生物质热电联产机组的投资成本会从规模经济效益中获益（如下图）。欧洲大型生物质集中供暖系统（例如，几兆瓦）的典型投资成本一般在530美元（人民币3500元）到1200美元（人民币7500元）每千瓦之间。
政策框架需要进一步培育发展
2005年以来，中国已经颁布了20多项有关集中能源供应的政策文件、法规和配套措施，主要是支持集中供暖的发展。集中能源供应政策一般涉及七个政府部门：国务院、国家发改委、财政部、住建部、环保部、国土资源部、国家能源局。
根据中国国情，针对政策和规划应该以灵活的地方解决方案为先：
•需要因地制宜、有针对性的解决方案实现区域集中供暖管网的优化和多元化。
•需要制定全国性、区域性和地方性供暖和供冷策略，绘制热力需求和潜在供暖地图，寻找热电联产、可再生能源、余热和其他选择方案的经济有效的机会。
•因地制宜的灵活方法，包括考虑热力需求和各种热源，优于完全自上而下的方法。
•可以要求地方政府绘制热力地图，对需求和资源进行评估，以便选择最合适的方案。
•通过制定增加管网密度、增加分布式（即非集中式）能源潜力的城市规划，可以大大提升集中供暖管网的水平。
•长期规划应系统化，并与余热产业发展规划同步进行。
•提高供暖统计数据将有助于制定更好的政策。
注：文章素材来自国际能源署《中国区域清洁供暖发展研究报告》。
