地?zé)峁┡咐玫責(zé)豳Y源，使用換熱系統(tǒng)提取地?zé)豳Y源中的熱量向用戶供暖，可作為集中式或分散式供暖熱源。按照埋存深度和溫度等級，地?zé)峁┡煞譃闇\層地?zé)豳Y源、水熱型地?zé)豳Y源和干熱巖型地?zé)豳Y源。目前，淺層和水熱型地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┘夹g(shù)已基本成熟——淺層地?zé)崮懿捎脽岜眉夹g(shù)提取熱量，而水熱型地?zé)崮芡ㄟ^人工鉆井或天然通道開采利用；干熱巖型地?zé)崮荛_發(fā)尚處于起步階段，我國2012年才啟動關(guān)于干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用技術(shù)的專項研究。地?zé)崤c調(diào)峰鍋爐聯(lián)合供暖系統(tǒng)（圖5）是地?zé)峁┡牡湫头绞健?/p>

        截至2017年底，我國水熱型地?zé)崮芄┡ㄖ娣e已達1.5億平方米。預(yù)計到2020年底，我國地?zé)峁┡ㄖ评洌┟娣e累計將達到16億平方米，地?zé)崮芄┡昀昧繉⑦_到4000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

        生物質(zhì)能清潔供暖

        生物質(zhì)能清潔供暖指利用生物質(zhì)原料及其轉(zhuǎn)化燃料在專用設(shè)備中清潔燃燒供暖的方式，包括：排放達標(biāo)的生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)和大型生物質(zhì)鍋爐等集中供暖，以及中小型生物質(zhì)鍋爐等分散供暖。

        我國生物質(zhì)能清潔供暖技術(shù)發(fā)展還處在初期。截至2018年底，我國北方地區(qū)生物質(zhì)能清潔供暖面積達6.4億平方米。我國農(nóng)作物秸稈及農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)剩余物等生物質(zhì)資源豐富，每年可供能源化利用約4億噸標(biāo)煤，因此發(fā)展生物質(zhì)能供熱具有較好的資源條件。但是，我國中小型燃煤供熱鍋爐數(shù)量較多，清潔取暖替代任務(wù)較重。這就使得生物質(zhì)能供暖在終端消費環(huán)節(jié)直接替代燃煤有較大的發(fā)展空間，如：生物質(zhì)固體成型燃料高效燃燒供暖、沼氣燃燒供暖和村鎮(zhèn)微型生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)供暖等。預(yù)計到2020年底，生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)裝機容量超過1200萬千瓦，生物質(zhì)成型燃料年利用量約3000萬噸，生物質(zhì)燃?xì)猓ㄉ锾烊粴?、生物質(zhì)氣化等）年利用量約100億立方米，生物質(zhì)能供暖合計折合供暖面積約10億平方米。

        太陽能供暖

        太陽能供暖指利用太陽光熱能，借助太陽能集熱裝置，配合其他穩(wěn)定性好的清潔供暖方式向用戶供暖。太陽能供暖可分為主動式和被動式。根據(jù)熱媒不同，主動式太陽能供暖可分為太陽能空氣供暖和太陽能熱水供暖2種類型。太陽能空氣供暖主要針對單層、閑置農(nóng)房，其系統(tǒng)啟動快、耐凍，但效率低。太陽能熱水供暖是從太陽能生活熱水基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其系統(tǒng)效率高、易安裝，但控制不當(dāng)易發(fā)生凍害、過熱等問題。被動太陽房是被動式太陽能供暖的典型代表，20世紀(jì)80年代初就已在北方地區(qū)廣泛應(yīng)用。

        太陽能供暖具有使用壽命長、應(yīng)用場景廣泛等特點；在同等供熱情況下，可節(jié)約40%—60%的能源成本。目前，集中式太陽能區(qū)域供暖是國際發(fā)展的趨勢和方向。預(yù)計到2021年，我國太陽能供暖面積將達5000萬平方米。太陽能儲熱式多能互補供熱系統(tǒng)（圖6）是太陽能供暖的典型代表之一。

        工業(yè)余熱供暖

        工業(yè)余熱供暖指回收工業(yè)生產(chǎn)過程中伴生的余熱，經(jīng)換熱裝置提質(zhì)后進行供暖的方式。與燃煤供暖、天然氣供暖、電制熱供暖相比，工業(yè)余熱供暖在技術(shù)及經(jīng)濟上均具有較好的可行性。但工業(yè)余熱種類繁多，其數(shù)量和形態(tài)在時間或空間上也常具有不確定性，囿于傳統(tǒng)余熱回收技術(shù)水平，難以被高效利用。而儲熱技術(shù)的優(yōu)勢，恰恰能夠緩解能量供需雙方在時空、強度與地域上不匹配的矛盾。將儲熱技術(shù)與工業(yè)余熱清潔供暖技術(shù)有機結(jié)合，可進一步提升余熱轉(zhuǎn)換效率?？梢苿邮焦I(yè)煙氣余熱儲熱供暖（圖7）是該技術(shù)的典型代表之一。

        截至2016年底，我國北方地區(qū)工業(yè)余熱供暖面積約1億平方米；預(yù)計到2021年，我國工業(yè)余熱（不含電廠余熱）供暖面積將達2億平方米。

        核能供暖

        核能供暖指以核裂變產(chǎn)生的能量為熱源的集中供暖或分散供暖。目前，核能供暖主要有2種方式：低溫核供暖和核熱電聯(lián)產(chǎn)。低溫核供暖已形成池式供熱堆和殼式供熱堆2種主流技術(shù)，單個模塊供熱能力在200兆瓦左右，可滿足400萬平方米用熱需求；核熱電聯(lián)產(chǎn)的綜合能源利用率可達80%，單臺1100兆瓦電力機組供熱能力超過2000兆瓦，供熱面積達5000萬平方米。NHR200-Ⅱ型低溫堆熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（圖8）是該技術(shù)的典型。

        核能供熱前景廣闊，近年來核能供暖產(chǎn)業(yè)已在我國北方地區(qū)積極推進。中國核工業(yè)集團、中國廣核集團、國家電力投資集團及清華大學(xué)等單位已經(jīng)在黑龍江、吉林、遼寧、河北等多個省份開展了相關(guān)廠址普選與產(chǎn)業(yè)推廣工作。

        我國清潔供暖存在問題與解決路徑

        存在問題

        清潔取暖科學(xué)評價指標(biāo)有待統(tǒng)一

        清潔取暖技術(shù)種類較多，百花齊放，但評價指標(biāo)一直無法統(tǒng)一，缺乏普適性。有些指標(biāo)過于簡單，只關(guān)注其經(jīng)濟性指標(biāo)，往往忽略取暖方式是否與當(dāng)?shù)氐哪茉床季旨吧鷳B(tài)環(huán)境相適應(yīng)等問題；有些指標(biāo)過于繁冗，需要建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，可操作性不強。這就使得清潔取暖技術(shù)市場魚龍混雜，很難以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)衡量某項技術(shù)的優(yōu)劣。

        供熱管網(wǎng)與現(xiàn)有建筑物能效水平有待提升

        供熱管網(wǎng)。目前，我國城鎮(zhèn)集中供熱管網(wǎng)總里程已達到48.8萬公里，其中75%為城市集中供熱管網(wǎng)，但室外管網(wǎng)的輸送效率僅為70%。究其原因：硬件設(shè)施方面，供熱管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)布局不合理，支狀管網(wǎng)較多，導(dǎo)致管網(wǎng)水力失調(diào)問題嚴(yán)重。再者，部分老舊管網(wǎng)因運行維護不到位，“跑冒滴漏”等問題嚴(yán)重，還有管網(wǎng)凝結(jié)水問題、管網(wǎng)保溫問題等，這些都可造成整個供熱管網(wǎng)的輸送效率下降；軟件設(shè)施方面，供熱系統(tǒng)的調(diào)控技術(shù)水平落后，因大部分熱網(wǎng)末端熱用戶未采用實時熱計量措施，使得現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)只是對設(shè)備的粗放型調(diào)節(jié)，無法根據(jù)熱用戶的需求對整個供熱系統(tǒng)進行精準(zhǔn)調(diào)控，導(dǎo)致管網(wǎng)過量供熱或供熱不足現(xiàn)象時有發(fā)生。

        現(xiàn)有建筑物。維護結(jié)構(gòu)保溫性能差的問題普遍存在；因受經(jīng)濟發(fā)展及保溫改造成本的影響，小城鎮(zhèn)和廣大農(nóng)村地區(qū)問題尤為嚴(yán)重。例如：外墻無保溫；窗戶為單層玻璃；門窗縫隙漏風(fēng)嚴(yán)重等。這些都會導(dǎo)致建筑物室內(nèi)能耗增加，難以滿足節(jié)能建筑的要求。

        多方共贏長效機制有待建立

        目前，清潔取暖改造資金主要來自3個方面：中央財政試點城市獎補資金、地方財政補貼資金、社會資本投入。隨著2019—2020年采暖期的結(jié)束，天津、唐山、石家莊等第一批北方地區(qū)清潔取暖試點城市3年示范期也將結(jié)束，清潔取暖工作將面臨最終考核，而考核結(jié)果將直接關(guān)系到試點城市能否足額領(lǐng)取獎勵資金。天津和濟南已經(jīng)宣布要延長清潔取暖運行補貼至2022—2023年采暖期結(jié)束，而唐山表示將分3年逐步取消運行補貼，其他城市尚未明確后續(xù)政策。

        從清潔取暖試點城市情況看，即使存在補貼，其運行費用仍然比傳統(tǒng)散煤取暖方式高。如果清潔取暖補貼逐步取消，后續(xù)工作如何展開將是一個棘手的問題。雖然河北省張家口市可再生能源示范區(qū)探索了一條“政府+電網(wǎng)+發(fā)電企業(yè)+用戶側(cè)”共同參與的“四方協(xié)作”發(fā)展之路，但有其特殊背景——張家口市域內(nèi)蘊含豐富的風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能等資源，為可再生能源開發(fā)與應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)，這也是“四方協(xié)作”機制成功建立的關(guān)鍵點之一，但不具備全國大范圍推廣可行性。如何建立一套多方共贏的長效機制，是解決清潔取暖用戶端長期可持續(xù)的關(guān)鍵所在。

        解決路徑

        逐步建立清潔取暖科學(xué)評價體系

        科學(xué)的清潔取暖評價體系需要相關(guān)的科研單位和供熱企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)。應(yīng)針對當(dāng)前多種清潔取暖技術(shù)的優(yōu)缺點，秉承“科學(xué)性、先進性、協(xié)調(diào)性、可操作性”的理念，將熱力學(xué)、熱經(jīng)濟學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟學(xué)等相結(jié)合。從全生命周期角度，建議主要考察3個方面指標(biāo)。

        能效指標(biāo)。因燃煤、天然氣、電能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、太陽能、工業(yè)余熱、核能等能量品位高低不同，傳統(tǒng)的?分析和能級平衡理論無法充分考慮能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換效率，只能說明輸入能量和用戶之間的能量品質(zhì)的差異。為此，江億等提出了能質(zhì)系數(shù)的概念，即不同能源對外所能做的最大功與其總能量的比值。利用能質(zhì)系數(shù)的概念，可更合理地反映各種形式能量品位的高低。電能的品位最高，可完全轉(zhuǎn)換為功，能質(zhì)系數(shù)為1；其他能量形式的能質(zhì)系數(shù)要根據(jù)實際對外做功的能力來分別確定。若達到同等的用戶采暖要求，從節(jié)能角度考慮，采用能質(zhì)系數(shù)較低的能量形式更為可取。

        經(jīng)濟指標(biāo)。在進行不同能量形式的熱源供暖系統(tǒng)經(jīng)濟性評價時，除了需要考慮初投資及后期的運行與維護費用外，還要結(jié)合熱經(jīng)濟學(xué)結(jié)構(gòu)理論，將總成本分?jǐn)傇诠┡到y(tǒng)或供暖裝置的全生命周期之內(nèi)，考察構(gòu)成系統(tǒng)或裝置的各個組件的單位?成本，以獲得系統(tǒng)或裝置的平均?成本。若達到同等的用戶采暖要求，從經(jīng)濟性角度考慮，平均?成本較低的供暖系統(tǒng)或裝置性能更優(yōu)。

        環(huán)境影響指標(biāo)。針對不同能量形式的熱源供暖系統(tǒng)對環(huán)境影響的程度不同，需要在同一個供暖周期內(nèi)開展，不僅要考慮CO₂、SO₂、NOx等污染物的影響，還要考慮構(gòu)成系統(tǒng)或裝置的各個組件自身材料對環(huán)境的影響（如組件自身材料材質(zhì)是否有毒有害、是否可循環(huán)利用等），之后才能測算出系統(tǒng)或裝置的單位環(huán)境影響因子。若達到同等的用戶采暖要求，從環(huán)境影響角度考慮，單位環(huán)境影響因子較低的供暖系統(tǒng)或裝置將成為首選。評價指標(biāo)的好壞需要經(jīng)受實踐的檢驗，并要不斷進行修正與完善。

        有序推進供熱管網(wǎng)節(jié)能改造及采暖末端能效提升

        受傳統(tǒng)供熱模式限制與改造費用的多重影響，供熱管網(wǎng)節(jié)能改造和采暖末端能效提升不是一蹴而就的事情，需要重點突破，有序推進。針對供熱管網(wǎng)的主要問題，先要進行性能評估，再尋求與清潔取暖技術(shù)最相適應(yīng)的節(jié)能改造方案。針對建筑物維護結(jié)構(gòu)保溫性差的問題，優(yōu)先改造能耗高、問題凸顯的房屋，并鼓勵探索政府、用戶和供熱企業(yè)三者共同分享成本與收益的新模式。這些工作將為后續(xù)智慧供熱技術(shù)的全面展開提供有力的硬件支撐。

        積極探索多方共贏長效機制

        當(dāng)前，清潔取暖市場化機制尚未建立，主要依賴政府直接投入，這就導(dǎo)致清潔供熱項目盈利水平較低，市場積極性不高。為打破這種僵局：政府可開展相應(yīng)的頂層設(shè)計與協(xié)調(diào)，消除體制障礙，根據(jù)各個城市與地方的特點，選擇適用的清潔取暖技術(shù)，編制相應(yīng)的技術(shù)指南，優(yōu)化供暖規(guī)劃；地方政府宜出臺配套的政策措施，因地制宜，因時制宜，引導(dǎo)當(dāng)?shù)毓崞髽I(yè)、投融資企業(yè)、熱用戶等積極參與清潔供熱項目，探索新型的多方共贏機制，激活潛力市場。

        （作者：姚華、黃云、徐敬英，中國科學(xué)院過程工程研究所；馬光宇，鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心；王燕，中國科學(xué)院過程工程研究所；劉常鵬、孫守斌，鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心。）

原標(biāo)題：我國清潔供暖技術(shù)現(xiàn)狀、問題與解決路徑