2021年5月12日,由中国城镇供热w88、中展智奥(北京)国际展览有限公司、法兰克福展览(上海)有限公司主办的“中国国际暖通高峰论坛——碳达峰碳中和与清洁供热绿色发展国际峰会”在北京新国展盛大召开。



会上,江亿院士作了关于“城镇供热系统的碳中和路径”的主题演讲。江亿院士从“为什么要做碳中和碳达峰?”“北方大的城市集中供暖到底靠什么?”“电力系统的特点是什么?”等一系列问题出发,对供热系统实现碳达峰碳中和的路径进行了分析讲解。他提出,要逐步通过对建筑节能、降低回水温度的改造,热源的进一步开发和余热的深度回收以及管网的规划和改造实现未来供热碳中和的四大任务。中国要实现供热系统零碳改造,就要从中国的现实情况出发,然后向零碳目标推进科学规划分步实施。先于房屋建设达峰,与电力系统同步实现碳中和。


课件内容分享如下:

尊敬的各位同行,各位朋友,下午好。实现2060年碳中和、2030年碳达峰,也是国家对供热行业一个大要求,作为供热企业要努力探索供热系统碳中和路径。

首先,为什么要做碳中和碳达峰这件事?为应对气候变化,保护好地球环境。再深入看,现在我们能源系统完全靠化石能源。如果一直用气,就存在大比例靠进口、大气污染等问题。要从根本上解决能源安全问题、大气污染问题,最有效的办法是改变能源结构,由现在燃煤、燃油、燃气的能源结构变成零碳能源结构。比如风电、水电、光电、核电、生物质能源,从根本摆脱对化石能源的依赖,从而实现能源安全和可持续发展。

生物质能源占总能源供应里百分之十五~百分之二十,剩下就靠零碳能源,包括水电、风电、光电、核电。这样将使得能源系统链条中,电成为一次能源,用能方式就发生巨大变化。

随着我国电力系统实现零碳后,建筑也就成为了零碳运行。供热热源各类的燃煤、燃气锅炉应下狠心慢慢去掉。热泵是比较高效的,用电力变成热量,解决热需求问题的途径。

北方大的城市集中供暖到底靠什么?两种观点,一种是改热泵、电锅炉,电清洁了我们供热也清洁了。这个可否可行还需要讨论。另一种观点是自己积极努力。

按照w88统计,中国大部分地区集中供热企业一多半都实现热电联产的热源,占了近60%。以后到底怎么办,取决于电力系统状况。

那就先看看电力系统。这些电力的特点分别是什么?

先看水电,可调性很好,但目前中国水电装机容量3.8亿千瓦,发电量是1.5万亿度电。水电的上限应该是两万一度电每年。好东西但资源有限。

再看核电,核电是持续运行的。面临地质条件、冷却安全等问题,预计2万亿度电。核电和水电一共3.5亿度电。

中国需要的电力下限是12万亿度电。还剩8.5万亿度电。因此,未来重点解决电力,就是风电、光电。

那么最核心的问题就是:风电、光电不可调控,完全由气候、天气决定。所以蓄能是核心,包括化学储能。现在要谈最重要的问题就是一个冬夏季节差的问题。

水电不是全年恒定的,比如说黄河上游水力充足,但是到了冬天,可能会有冰凌问题,山西境内结冰之后会把冰顶起来,把两岸的房屋都给挤塌了。所以为了避免冰凌,黄河上游严格控制冬天的流量,冬天不到夏天的40%。所以冬天的水电要少。

长江水主要是靠下雨和喜马拉雅山的雪山融化,冬天水量急剧减少,夏天又闹洪水,有个季节差的问题。三江流域都有类似的问题。

太阳能光伏也是这样,冬天的光伏不到夏天的一半,会出现冬夏季节差的问题。青海就是典型。现在是夜里电多,白天电少,冬天电多,夏天电少,是以煤为主的状况。但是将来改成零碳电力的时候,这些矛盾都翻过来,变成冬天电缺,夏天电多,晚上电缺,白天电多。以后实现由燃料改为可再生电力,所以我们一定要充分考虑到未来的变化。

这个就是一年的中国用电状况。蓝色的是核电,橙色的是风电,灰色是光电,黄的就是水电,整个都叠加起来就变成了夏天多冬天少的状况。风、光、水、核基本上就能满足电力需求,但到冬天就出问题了,电该从哪来?这就面临问题。有一种方法,电解水制氢,然后储藏。冬天利用燃料电池发电,技术上可行,但是投资较大。

另种方法,多装风电、光电。但是投资也会大幅增加。

第三个方案就是留点火电,在冬天发1.5万亿度电。烧4.5亿吨的标煤、1.5亿吨生物质能,再做CCS分离二氧化碳,这就解决了冬天的缺口,偶尔碰到连阴天,也可以启动火电,成为电力保障。

所以最后的解决方法应该就是6亿千瓦的火电,每年发电1.5万亿。为整个电网起一个保驾护航的作用。火电发电就会有余热,接着把余热再利用起来,解决未来50亿吉焦的城镇建筑供热,这样未来供暖的热源就有了。

全国6亿千瓦的火电,起码会有一半在北方地区,如果经过深度热回收,大概能提供4.5亿千瓦的余热,就可以提供充足的余热热源。

这样一来,我们来看未来北方地区到底有多少供热热源。北方1亿千瓦的核电,好好把余热收集起来,至少有1.5亿千瓦的余热。5亿千瓦的余热就能满足160亿平米建筑每平米30瓦的热源要求,然后再用末端调峰。

未来大概是200亿城镇建筑,那么剩下的40亿就可以采用多种热源方式,比如说电驱动的空气源热泵、水源热泵、地源热泵,还有工业低品位余热,包括垃圾焚烧,包括数据中心的热量等等,都可以拿来作为我们供热,就会形成一个新的供热格局。

刚才说火电,现在说一下一亿千瓦核电。底下连云港,到丹东,这一片经济非常发达,有核电、火电,这一圈有5000多万千瓦的发电装机容量,预计将来会到1亿千瓦,这块都是严重缺水地区,现在提出的新的方案就是用火电、核电的余热做海水淡化,让它生产95度左右的热淡水,再一换热,降到20度以下进自来水厂,城里供热参数要求90度供热,15度回水,这样叫水热分离。分析计算一下,一冬天能产生35亿吨淡水,其热量能够满足40亿平米的建筑冬天供热。这一片建筑采暖的热源也都解决了。

从这个思路出发,已经在青岛和烟台中间搭出来一个示范系统——海阳核电站,利用海阳核电站的余热,加海水淡化,送到10公里以外生活区,一方面把热换出来给建筑供热,一方面水变成自来水,水经过检验都是很好的指标。就变成了零热耗制水。

加一个大型跨季节蓄热装置全年都可以持续运行,可以全年持续的为城市供热。一年能出100亿吨淡水,这100亿平米的热,算下来各种单耗的投资就低得多了,这样一来就有可能解决我们国家北方沿海地区水资源问题和零碳供热问题。

如何高效率的储藏非采暖季的余热,大型跨季节蓄热又该是什么样装置?

储热效率来看,只要储热水池尺度大于100米,且注意顶部保温防漏,就可以实现跨季节蓄热。尺度够大,热损失就可以小于5%。

整个咱们国家北方城镇实现零碳供热的基本思路,包括这样几个热源,一个就是开发利用沿海地区的核电,也包括火电钢铁厂的余热,通过余热经过海水淡化制备热淡水,实现水热联产、水热同送、水热同蓄、水热分离。这样通过建设若干个大型跨季节蓄热装置,就可以利用沿海的热源供80亿平米,然后再开发利用北方留下来的3亿千瓦的火电,通过蓄热和余热回收又解决另外80亿平米建筑的供热。

为了实现这个目标,我们需要攻克这几项核心技术。首先是跨季节蓄热技术。第二个,要降低回水温度。利用电动热泵直接把回水温度降低到20度以下。

再一个加强末端的调节,通过楼宇式换热站方式改善调节,彻底扭转目前一些房间里冬天过热现象。

下一个就是要加强回收烟气里面的余热,尤其是烟气潜热。要注意将来的火电厂一定是要按照“以电定热”模式运行。

如何制定目前的发展路线?实现未来供热碳中和的四大任务:第一,建筑的结构改造;第二,末端提高调节性能,降低回水温度的改造。第三充分挖掘电厂的工业余热,还有针对区域供热管网做好规划改造。

这四大的任务该怎么分期分步的实施?

首先,节能改造,建筑的节能改造。与当地政府配合协调,根据绿色金融支持分步实施。

第二个降低回水温度的改造,是中国企业可以自个干的事儿,逐年实施,一步一步做好。

第三,是热源的进一步开发跟余热的深度回收。要根据城市开发发展情况同步进行。

第四,管网的规划和改造,得根据未来的布局,提前作出区域管网规划,避免重复建设和大改动。

这是目前可以开展的工作,能够破解我们当前热源不足的难题。

总的来说,中国要实现供热系统零碳改造,就要从中国的现实情况出发,然后向零碳目标推进,科学规划、分步实施。先于房屋建设达峰,与电力系统同步实现碳中和。

好,谢谢大家。


本文经本人同意,根据录音整理