清潔能源

胡德群

一、我國發展清潔能源供暖的背景

我國北方地區每年的采暖范圍遍布17個省、市、自治區，采暖人口達7億以上，集中供熱的熱源主要以熱電聯產和區域鍋爐為主，主要燃料為煤炭。有預測稱，到2020年，我國北方的采暖面積將達到129億平方米。長期以來，我國取暖用能結構單一（燃煤取暖的面積占取暖總面積的83%，天然氣、電、地熱等清潔能源取暖僅占17%，城鎮地區50%采取集中供暖），用能效率低，發展不平衡不充分的問題非常突出。

特別是近年來，我國北方地區特別是京津冀一帶，冬季霧霾天氣頻發。研究表明，造成冬季霧霾天氣頻發的原因除了與我國不合理的能源利用結構有直接關系外，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。面對日益突出的大氣污染問題，國務院多次召開專題會議進行工作部署，并陸續出臺了多個政策和配套措施，鼓勵發展清潔能源供暖，提供政策和財政支持。據《中國能源報》報道，《北方地區冬季清潔取暖規劃》近期將出臺。按照規劃，三年以后實現替代散煤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到50%以上，建構起完整的清潔取暖產業體系。

二、發達國家的供暖模式

北美洲和歐洲等發達國家的供暖方式具有多元化、智能化、清潔化等特點。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，采用不同的供暖方式，以節能、舒適為目標，比如美國的北部和歐洲的北部，由于緯度高，建有專用的供暖設施。美國北部主要采用燃油或燃氣采暖，北歐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，普遍使用冷暖兩用空調采熱。美國、德國等發達國家非常重視新技術對提高供暖效率的作用。德國先進的控制系統可以使熱泵空調根據室內外溫濕度變化進行精細調節。丹麥實現了獨特的智能化能量管理，大大提高了供熱效率。與此同時，一些發達國家還積極使用可再生能源作為供暖能源。

近年來，隨著各國對氣候變化的關注，越來越多的國家致力于使用可再生能源、清潔能源供暖，以降低供暖對氣候、環境的影響，比如丹麥，鼓勵使用風電、生物質能等可再生能源作為熱力消費的能源，美國以天然氣和電等清潔能源作為采暖的主要能源。冰島地熱資源豐富，80%以上的人口采用地熱供暖，首都雷克雅未克全部利用地熱供暖。

三、四大領先技術引領清潔能源供暖

山東東營市地處我國“黃藍”經濟區，具有豐富的地熱資源和污水佘熱資源，是我國生態文明典范城市和國家可再生能源建筑應用示范城市。近年來，東營市積極探索以地熱、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、東營農業高新技術產業示范區等區域推廣深層地熱能、地源熱泵供暖面積達890萬平方米，占全市供暖總面積的20%以上，年節約8.58萬噸標準煤，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，東營市也是全省第一個全面實施燃氣村村通工程的地級市。截至目前，東營市燃氣村村通工程首年進展順利，已經完成850個村莊、16.2萬戶的施工任務，完成2017年任務總量的95%。

勝利油田作為我國的第三大油田，開發主體位于東營市。在采油過程中產生大量的污水，這些污水余熱資源質優量大，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施了17個項目，其中投產運營13個，在建4個。這些余熱資源項目廣泛用于原油運輸加溫、辦公場所和社區供暖等領域，取得了良好的經濟效益和環境效益。

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，海利豐公司主要運用的是地源熱泵技術、中深層水源熱泵技術、污水余熱技術、空氣源熱泵技術等。

四、利用地熱余熱的清潔能源供暖技術

（一）地源熱泵技術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間供暖或制冷，采用集中供暖的方式不僅浪費大量熱能而且利用效率低，夏季采用普通中央空調系統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。

地源熱泵技術應用于辦公樓宇供暖與制冷具有以下優勢：

一是節能環保：與鍋爐（電、燃料）供暖系統相比，地源熱泵系統制冷、制熱系數可達3.5-4.7，運行費用僅為普通中央空調的50%-60%，耗電量僅為普通中央空調或鍋爐系統的40%-60%。冬季供暖時無需鍋爐，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，保護環境，是一種理想的綠色技術。二是可以同時供暖制冷：地源熱泵系統可以做到區域制冷和區域供暖，對大型商業建筑尤為重要。三是應用靈活、安全可靠：地源熱泵系統可廣泛用于新建工程、擴建或改建工程，并可分期施工，熱泵機組可靈活地安置于任何地方，不僅節省空間而且無儲煤、儲油罐等隱患。

海利豐公司是我國首批將土壤源熱泵產業化應用的公司之一，擁有獨特的地源熱泵技術體系和技術優勢，通過在勝利油田、東營市和國內其他區域推廣應用，積累了大量的實踐經驗。海利豐公司運用地源熱泵技術實施的項目主要應用于勝利油田的辦公機構，其中河口采油廠1.45萬平方米、聚園小區3.77萬平方米、技術檢測中心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目是海利豐公司為勝利油田實施的首個合同能源管理項目，是既有建筑節能改造工程（原系統是柴油溴化鋰中央空調系統，改造后地源熱泵系統取得了良好的節能減排效果），入選中石化“十二五”重大節能示范項目。該項目投產后年節約標準煤382.64噸，節約運行能耗費用142.56萬元，具有顯著的社會效益和經濟效益：S02、C02、NO，及顆粒物分別減排2.65噸、1059.91噸、3.09噸和0.76噸，實現了節能減排的目標，環境效益明顯，其良好的示范效應有效推動了地源熱泵技術在東營市和勝利油田的普及推廣（見表）。

（二）深井地熱技術供暖可廣泛用于城市/郊區供暖

在城市，郊區實施集中供暖不僅成本過高，而且熱電聯供管網難以覆蓋。而對于地熱資源豐富的地區，深井地熱技術可根據（比如具體到一個社區）供暖面積的實際需求，合理投資建設深層熱井和鋪設管網，不僅經濟效益高，而且環境效益顯著。

勘探表明，東營市不僅地熱資源豐富而且水溫較高（50℃-85℃），可完全滿足供暖要求。運用深井地熱技術的主要優勢如下：

一是高效節能：水源熱泵是目前普通中央空調系統中能效比（COP值）最高的制冷制熱方式，理論計算可達到7，實際運行為4-6，與空氣源熱泵相比，運行效率高出20%-60%，而運行費用僅為普通中央空調的40%-60%。二是環保無污染：水源熱泵機組運行無任何污染，無燃燒、無排煙，不產生廢渣、廢水、廢氣、煙塵，不會產生城市熱島效應，對環境非常友好，是理想的綠色環保產品。三是應用范圍廣：水源熱泵系統既可供暖又可制冷，還可以提供生活熱水，一機多用，一套系統可替換原有的“鍋爐+空調”的兩套裝置或系統。特別是對于同時需要供暖和制冷要求的建筑物，水源熱泵系統具有明顯優勢。

海利豐公司在東營市實施的深井地熱供暖項目主要位于東營市墾利區、黃河三角洲農高區和東營區龍居鎮等幾個偏遠地區，供暖總面積超過67萬平方米，其中墾利區小區9個，供暖面積超過47.05萬平方米；農高區示范項目兩個，供暖面積14萬平方米；龍居鎮龍居社區，供暖面積6萬平方米。

海利豐公司在農高區實施的地熱深井項目取得了良好的經濟效益和社會效益。與傳統的供暖，制冷方式相比，該項目年可節約標準煤5466.23噸，單位運行費用減少11.2元/㎡，大大降低了運行成本。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，有效改善了區域環境，提高了居民的整體生活質量，具有節能減排的示范作用。

（三）污水余熱技術用于民用住宅供暖可實現廢物再利用

東營市是勝利油田的主工作區，采油污水水量巨大，具有良好的余熱資源基礎。借助高溫熱泵技術和吸收式熱泵技術，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污水余熱利用領域進行了大膽嘗試和實踐，積累了成熟的經驗和技術，成功實施了多個項目案例。

海利豐公司的余熱利用技術優勢和特點主要體現在：一是獨立研發的高耐腐蝕換熱器，有效解決了油田污水的腐蝕問題；二是成功研發了針對不同污水水質的寬流道換熱器，有效解決了污水應用中常見的堵塞問題；三是與天津大學合作研發了高效率低溫熱大溫差高溫熱泵機組，極大地提高了熱泵機組的能效比，大大降低了運行費用，出水溫度從70℃到最高110℃，滿足了供暖需求；四是通過新技術、新設備綜合利用電廠余熱，建設區域能源站，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電有限公司簽署合作協議，利用電廠余熱進行供暖。該項目主要覆蓋東營市辛店區、西郊片區，其中辛店區覆蓋16個社區，供暖面積超過13萬平方米；西郊片區包括11個社區及幾家單位，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中心簽署合作協議，開發勝利油田地熱與污水余熱利用市場。截至2016年末，海利豐公司實施勝利油田污水余熱供暖項目3個，供暖面積超過34.4萬平方米，其中景苑西區供暖面積32萬平方米。

在項目實施的過程中，海利豐公司的工程技術人員了解到，距景苑西區1.8公里處有一污水站，日處理污水3.3萬m3。通過實地測量，冬季污水溫度可達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，通過高溫熱泵提取污水余熱技術，對這一區域實行集中供暖，總熱量達13.86萬GJ。該項目嚴格按照BOO模式實施。海利豐公司負責項目建設和運營，勝利油田按照商定的價格，前五年按80%的收費率繳納供暖費，后期按照90%的收費率繳納供暖費，并對運行狀況實施監督。項目實施后，每年節約燃煤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）空氣源熱泵技術可廣泛用于農村地區冬季供暖

在我國北方廣大的農村地區，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，而且嚴重污染環境。而在電網基礎設施完善、經濟條件較好的地區，完全可以推廣應用空氣源熱泵技術。

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

2017年，海利豐公司借助國家“2+26”城市實施“煤改電”治理大氣污染的政策，快速進入“煤改電”市場，相繼在北京市大興區、順義區和山西陽泉地區中標多個項目。目前，大興區6000萬余元的“煤改電”項目已基本完工，改造供暖面積30多萬平方米。據測算，該項目每年可節約燃煤4200噸，減少二氧化碳排放7500噸，減少炭，粉塵排放2000余噸。實踐表明，空氣源熱泵技術是有效治理我國北方農村地區燃煤取暖造成大氣污染的手段之一。

（五）天然氣供暖技術可在燃氣資源充足的地區推廣應用

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勢，而且應用方式多樣，包燃氣熱電聯供、天然氣分布式能源、燃氣鍋爐、分戶式壁掛爐等。

東營市是勝利油田的主要所在地。2016年，勝利油田生產天然氣4.03億立方米，推廣天然氣供暖具有資源優勢。海利豐公司承建運營的天然氣供暖項目共有兩個，目前負責運營的面粉廠小區供暖面積為14500平方米。該小區原采用燒煤鍋爐。2016年，海利豐公司對其進行了技術改造，改為燃氣鍋爐并鋪設了燃氣管線。該項目已成功運行兩年，減少了數百噸煤炭消耗和二氧化碳、二氧化硫、粉塵等污染物排放，環境效益顯著。

（六）生物質能清潔供暖是治理縣域燃煤污染的有效途徑

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

2016年，海利豐公司與東營市西郊現代服務區管委會簽署了為期30年的供暖特許經營項目，規劃供暖面積超過500萬平方米，供暖方式為利用國能墾利生物電廠余熱進行供暖。供熱系統為封閉式低溫循環系統，水源全部來自于電廠，并直接進入到用戶末端，中間無需經過換熱裝置。供熱系統運行穩定，供熱效率高，水溫恒定，用于供暖具有多種優勢。

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個居民小區和金鼎大廈、董集鎮中學等多個商業建筑和公建單位，目前沿線各用熱單位已陸續接入供暖管網。該項目的成功運行實現了電廠余熱資源的再利用，減少了污染物排放，實現了節能減排。

五、清潔能源供暖技術發展應用前景

目前，我國清潔能源供暖技術除上述地源熱泵技術、深井地熱技術、污水余熱技術、空氣源熱泵技術和天然氣供暖技術外，還包括太陽能光伏供暖技術等，均具有節能、環保的優勢和特點，目前主流的、應用最廣泛的清潔供暖技術是地熱能開發利用技術。

2017年1月，我國出臺了首部《地熱能開發利用“十三五”規劃》。“十三五”時期，我國將新增地熱能供暖（制冷）面積11億平方米，到2020年累計達到16億平方米。2020年，地熱能年利用量7000萬噸標準煤，地熱能供暖年利用4000萬噸標準煤；京津冀地區地熱能年利用量達到2000萬噸標準煤。可以預見，推廣地熱能供暖作為集中供暖的補充具有良好的開發價值和光明的發展前景。

2017年12月6日，國家十部委正式出臺《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017-2021年）》，計劃到2019年我國北方清潔取暖率達到50%，2021年達到70%。該規劃的出臺將進一步推動我國北方地區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的推廣和應用，清潔能源的供暖方式將成為我國北方地區供暖的重要組成部分，并將進一步發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特別是京津冀地區大氣污染，優化我國能源結構，推進生態文明建設的重要手段之一。