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中國工程院院士江億談北方供熱體制改革

發布時間:2018-05-25

導讀: 如何化解保障供熱與節能減排、霧霾治理的矛盾?怎樣改革才能既讓老百姓滿意,又讓供熱企業有利潤可賺,獲得雙贏局面?政府又應在其中扮演什么角色?記者近日采訪了中國工程院院士、清華大學建筑學院教授江億。

記者:北方地區供熱改革對于建筑節能有怎樣的幫助?

江億:北方供熱改革是建筑節能最重要的事情,我國有560億平方米的建筑,北方城鎮供熱的面積為110億平方米 120億平方米,但僅供熱能耗就是1.7億噸 1.8億噸標煤,所以北方建筑節能減排,首先要抓北方城鎮供熱節能。

記者:目前,北方地區供熱改革主要以“煤改氣”為主,這種方式能夠緩解供熱耗能與節能減排的矛盾嗎?

江億:現在國家大力推進城鎮化,新樓盤增加很快。同時國家推動棚戶區改造,很多冬天自燒煤的用戶也住進了樓房,需要集中供熱的用戶越來越多,但為了治理霧霾又要限制用煤。雖然,以北京為代表的北方地區開始實施“煤改氣”工程,但不是北方地區都有足夠供應的天然氣。而且,天然氣價格是煤炭的4倍,供熱成本大幅增加。目前,供熱行業陷入這樣的困境,一邊是城市發展要蓋樓、要集中供熱,一邊是要環保、不允許新上鍋爐房,無法增加熱源以滿足更大規模的集中供熱需求;一邊是緩解霧霾、限制用煤、煤改氣,一邊到處鬧“氣荒”,沒有那么多天然氣可用;一邊是保民生、保障供熱還不能漲價,一邊是天然氣的高價導致供熱成本越來越高,很多供熱企業靠政府財政補貼來維持經營。供熱企業要走出困境,就必須改變這種靠補貼的現象。要滿足老百姓的供熱需求,還要讓供熱企業實現盈利,這只能依靠科技創新開辟出一套新的節能環保的供熱方式;靠市場機制調動相關源、網、末端的積極性,實現這種新供熱模式。靠在政府的財政補貼上過日子的方式是不可持續的,也不符合“市場在資源配置中起決定作用”的原則,靠技術創新、靠市場機制才是供熱行業走出困境的出路。

記者:您說的“科技創新”是徹底改變現在的集中供熱方式嗎?

江億:現在北方的集中供熱,包括東北、華北、內蒙古、西北,一半熱源是燃煤、燃氣鍋爐房,直接燒火加熱熱水;一半熱源是燃煤燃氣的熱電聯產,把仍然還能發電的低壓蒸汽從汽輪機組低壓缸中抽出,用來加熱熱水供熱。這都是本來還可以做功和發電的高品位能源。用高品位能源來加熱只需要幾十攝氏度的供熱用水,最后維持20多攝氏度的房間溫度,實在是大材小用。房間供熱應該開發利用只有幾十攝氏度的低品位熱量作為供熱熱源。現在有很多30攝氏度 100攝氏度之間的工業余熱被白白排放,實際上,這才是最適合用來為建筑供熱的熱源。把熱源用好,“物盡其用,用干榨盡”,才符合節能減排的要求,也才能夠真正使供熱行業走出困境,開創出一條新的城市集中供熱模式。

記者:什么樣的余熱能夠被回收利用,用于供熱?

江億:30攝氏度 100攝氏度的余熱都可用來供熱。這樣的余熱來源有二:一是熱電廠,包括現在的熱電聯產電廠,采用抽凝方式,能源的30% 40%被用于發電,40%以低壓蒸汽的形式抽出加熱熱水供熱,還有20%左右的熱量作為乏汽從冷卻塔或空冷島排走,這些熱量完全可以被回收作為集中供熱的熱源;二是五大高能耗企業,包括化工、鋼鐵、有色、建材、煉油企業,這些企業的熱利用率約為60%,還有40%左右的余熱在幾十攝氏度時排掉,其中大部分還是通過冷卻水蒸發,以水蒸氣的形式排放到大氣中,造成大量的工業耗水。這兩類余熱大多集中在北方地區。如果能把其中30%用來供熱,基本能滿足未來北方地區城鎮150億平方米建筑供熱的基礎負荷。再利用天然氣在供熱季尖峰期作為調峰熱源,解決最冷時候的供熱需求,就可以完全滿足北方地區城鎮供熱需要,所消耗的天然氣是全部采用天然氣供熱的15%。這樣既滿足了冬季供熱要求,又徹底取消了燃煤供熱,改善了大氣質量,也緩解了天然氣不足的壓力。

記者:雖然徹底取消了燃煤供熱,但工廠、電廠還需要燒煤嗎?

江億:我國的能源結構是以煤為主,這一點和發達國家不一樣,至少在20年內很難改變。同時,要把煤燒得最好,效率最高、污染最小。現在看來,燃煤發電應該是最干凈的用煤的方法。尤其是大型燃煤電廠,現在已經可以做到能源轉換效率高,向大氣的排放低。美國的90%以上的燃煤都用來發電,我們為什么不能好好利用大型燃煤電廠來用好煤炭資源呢?實際上我國的許多燃煤電廠其能源轉換效率和清潔排放水平已經優于美國。再就是前面說的高能耗企業。隨著產業結構的調整,有些高能耗工廠可能要關停并轉,但中國必然還會保留很多這類用能高的產業。美國現在人均工業能耗(2011年)是0.96噸標油,中國是0.6噸標油,只是美國人均工業用能的60%,中國經濟還要發展,所以工業耗能總量至少不會大幅度減少,上面說的這些工業余熱也不可能消失。

另外,工廠總希望生產過程全年的工藝參數變化不大。這樣為了保證夏季的排熱要求,一般都會把50攝氏度左右的熱量作為廢熱排掉。而這些熱量在夏季外溫為35攝氏度時,與外界環境只有15攝氏度溫差,確實沒任何使用價值,只能作為余熱排掉(夏天大量的空調排熱也都排掉了,因為沒有使用價值)。但是到了冬天,室外溫度降到零攝氏度甚至零攝氏度以下,50攝氏度的熱量就可以作為有價值的建筑供熱熱源。所以把工廠的低溫余熱用于冬季建筑供熱,絕不是1年才用了半年或幾個月,恰恰是適應了能量的特點,當它具有價值時充分利用,當它無利用價值時全部排掉。我國北方地區冬天冷、夏天熱,而且冬季供熱季長達4個 6個月,這種氣候特點特別適合采用工業低品位余熱供熱。在氣候溫和地區,冬天夏天外溫差別小,或者冬季需要供熱的時間短(比如2個 3個月),就不適合這種方式。同樣在冬天有兩個月需要供熱、夏天有幾個月需要空調的地區,也不能用這種方式。有些人認為,江浙一帶可在冬天用工業余熱供熱,夏天用工業余熱制冷。這完全不符合熱力學原理。因為如果工業余熱的溫度全年處于同一水平,冬天余熱溫度比外溫高五六十攝氏度,可以作為供熱熱源,夏季僅比外溫高一二十攝氏度,基本上無利用價值,更不可能用來制冷。

記者:在北方有余熱的工廠和電廠可能并不在需要供熱的城市,您說的這種用工業余熱供熱的想法在很多地方可能無法實現。

江億:可以通過大聯網的方式,建立區域聯網的集中供熱網。以前通過熱水循環輸送熱量的最長距離是30公里到40公里。隨著技術的提高、鋼鐵的降價以及燃料的漲價和對環保重視程度的提高,現在熱量輸送的經濟輸送距離已經增加到接近100公里。考慮10年折舊,100公里長距離熱量輸送的成本可以做到40元/GJ(1GJ=10億焦耳)以下。天然氣燒鍋爐產生熱量的成本是90元/GJ,如果低品位余熱的成本是10元/GJ,那么200公里長途輸送低品位熱量余熱的經濟性還可以和天然氣鍋爐相比。再看我國各類低品位余熱的分布,如果以北方各個大中城市為圓心以200公里為半徑畫圈,就可以發現在圓圈內都可以找到足夠多的工業余熱為其供熱。這就表明,在現在的社會、經濟、能源和環境治理的外界要求下,低品位工業余熱應該成為解決北方城市冬季供熱的主要熱源。

大聯網還有助于解決供熱可靠性和安全性,也有利于產生余熱的企業安全運行。因為對建筑來說,產生余熱的工廠是鍋爐房,需要根據建筑需要的熱量保證供應;而對這些工程來說,被供熱的建筑又是它的冷卻塔,必須把這些熱量散發掉,否則就影響這些工程的正常生產。一對一的供熱模式在安全性、可靠性上出現了問題,供熱和生產相互影響。通過大聯網可以使很多的余熱熱源共同向很多的建筑供熱,通過這些余熱熱源的分期投入和轉換,可以使安全性和可靠性大幅度提高。就像電網、燃氣網一樣,在其歷史上都有各管一方、獨立供應的歷史階段。現在都已經發展成跨地區跨國家的聯網。供熱網看來也要一步步向這個方向發展了。

未來北方的供熱系統應該是一張跨區域聯接的大熱網,它和很多不同的低品位余熱熱源聯接、采集熱量,同時又連接著分散在城市中的成千上萬個熱力站,利用熱力站把熱網中的熱量輸送到各個建筑。在北歐國家如丹麥、芬蘭、瑞典等城市,供熱網都已經發展成這種聯網模式。我國是制造業大國,能源又以煤為主,工業余熱資源豐富,更應該形成這種模式。這樣才能統一用好煤、管好煤、協調好電、氣、熱,使我們的城市能源系統得到進一步優化,從而實現節能、低碳和保護環境。

記者:這樣一個非常宏大的規劃,怎么才能使它真正實現呢?

江億:根據這一規劃要求,準確地設計出政策機制,實現供熱體制機制的改革。依靠市場調動起各個相關企業的積極性,一步步實現大工程。這里有幾個關鍵點需要政策機制的改革。比如,熱源與熱網的熱量結算方式。現在計費熱量的計算方法是實際測量熱源廠出口的水溫和從熱網進入熱源廠的回水水溫,這兩個溫度差乘以循環流量和水的比熱,就得到了熱源廠輸出的熱量。這樣測得的熱量乘以雙方約定的熱量的單價,就是熱網運行企業需要向熱源廠支付的熱費。

記者:這種計費方式聽起來挺科學的,它有什么問題嗎?

江億:當燒鍋爐供暖時,這樣做沒有任何問題,但是當采用各類工業余熱進行供暖時,這樣的計價熱費計量模式就有大問題了。因為前面談的供熱模式成立的關鍵就是從熱網進入熱源廠的回水溫度要足夠低。因為回收的是低溫余熱,比如30攝氏度~40攝氏度的余熱,如果回水溫度是20攝氏度,可以通過熱交換的方式直接回收;如果回水溫度是50攝氏度,就需要通過熱泵等設備,并且消耗電力或部分高溫熱量才能回收這些低溫余熱,回收成本要高得多。有時候回水溫度太高,低溫的余熱就沒條件回收。因此只有低回水溫度,才能真正經濟、高效地回收各類低品位余熱。此外,長距離輸送熱量,也需要低回水溫度。熱網輸送的熱量等于供回水溫度之差乘以循環流量,而管道粗細、循環泵大小都由循環流量決定。供水溫度上限受管道材料限制不能太高,熱源廠也很難提供高溫熱源加熱出過高的供水溫度,所以要在較小的循環流量下實現更多的熱量輸送,關鍵還是降低回水溫度。現在城市熱網的供水溫度是120攝氏度~130攝氏度,回水60攝氏度,溫差大約60攝氏度~70攝氏度。如果回水溫度能降低到20攝氏度,溫差就可以提高到100攝氏度以上,同樣的管徑和循環水泵電耗,輸送的熱量就能增加40%。所以要經濟地長途輸送熱量,如何有效地降低回水溫度又成為技術的關鍵。

記者:那么回水溫度能降低嗎?

江億:當然可以。現在建筑保溫做得好,又有很多樓房采用地暖供暖,這就為降低回水溫度提供了非常好的條件。大致來說,如果對目前的熱網進行精心調節,并對個別不合適的環節進行整改,北方地區大部分熱網的回水溫度可以降低到40攝氏度,如果進一步在熱力站或樓的熱入口安裝吸收式或壓縮式換熱器,則可以進一步把水溫降低到30攝氏度甚至20攝氏度以下。這對提高熱網的熱量輸送能力,對回收各類低品位余熱,都有巨大的好處。但是,這都需要熱網運行企業投入很大的人力、物力和財力去安裝和運行降低回水溫度的設備,回水溫度降低后,熱源廠可以顯著提高熱能產量,提高了熱效率。而按照前面講的計算熱量計熱方式,所有的熱量都要向熱源廠支付熱費,熱網運行企業從回水溫度降低中得不到任何效益,就使得熱網運行企業基本上無任何積極性去降低回水溫度。于是,前面提到的供熱大聯網的工業低品位余熱供暖模式很難實施。回水溫度能否降低成為上述新模式能否實現的關鍵。現在的問題是熱源廠希望回水溫度降低,但無法實現;供熱企業能夠把回水溫度降低,但是由于這樣做要投入多回報少,因此無動力做。回水溫度降不下來成為目前實現工業余熱供熱最大的瓶頸。

記者:這種狀況能改變嗎?

江億:這就需要計費熱量計算方式的改革。我所說的計費熱量,不是所有的熱量都計費,而是高溫的熱量計費,低溫的熱量免費。就是把計費熱量計算方法改為:計費熱量=循環流量×水的比熱×(供水溫度-40攝氏度)這樣,如果實際的回水溫度高,例如目前的50攝氏度,熱網運行企業就要按照40攝氏度交熱費。如果供水溫度是100攝氏度,那么熱網運行企業就要向熱源廠多付20%的熱費。反過來,如果回水溫度是30攝氏度,則40攝氏度到30攝氏度這段溫度的熱量就是免費熱量,熱網運行企業可以得到14.2%的免費熱量。40攝氏度的道理就是當熱網運行企業精細調節,合理運行后,有可能實現的回水溫度數值。也就是說,如果熱網運行企業精細運行,不需要過多的投入,計費熱量基本就是實際熱量。熱網企業要獲得免費熱量,就需要投入設備對系統進行改造。例如,安裝吸收式換熱器或電動壓縮式熱泵,可以使回水溫度降低,盡管需要投入設備和部分運行費,但由于按照這樣的計費熱量計算方法,40攝氏度以下的熱量免費,所以可以通過3年~5年的時間從免費的熱量中回收系統改造投入的設備費。反過來,按照新的計費熱量計算方式,熱網運行企業相當于向熱源廠承諾了回水溫度上限。這樣熱源廠投入設備進行余熱回收改造,即使實際的回水溫度高,余熱回收改造設備不能充分發揮作用,但熱源廠仍然按照40攝氏度從熱網運行企業收費,仍能保證其經濟效益。這樣,通過一個新的計費熱量計算方法,就可以倒逼熱網公司設法降低回水溫度,倒逼熱源廠安裝余熱回收設備。這就是根據節能減排的要求制訂科學的規劃,通過制訂適應科學規劃的新游戲規則,依靠市場機制去推動規劃的實施。政府不是直接參與,也不需要通過財政補貼去推動,而是在場外定規則,靠市場機制調動起參與各方的積極性。

記者:聽您這樣一說,看來只要改一下這個計費熱量計算方法就可以解決所有問題啦?

江億:當然不是這么簡單,這只是舉一個例子,說明政府、企業、市場、政策之間的關系和怎樣實現“由市場決定資源配置”。要實現前面的宏大的目標,還需要很多政策機制的支撐。比如,目前一些城市的供暖已經被分割成很多塊,有許多小供暖公司各自獨立經營。這樣的模式與我設想的模式就很不相容,而且也不利于資源的優化配置。因此怎樣把這些供暖企業組合起來,把熱網資源優化組合,也是政府需要深入研究的大問題。通過這種組合,系統效率提高,資源得到充分利用,最終必然獲得經濟效益。問題就成了參與者如何分配效益的問題,這就需要有相應的體制和機制。再比如目前的分戶計量、按熱量收費的熱改制度很難真正實施,也是困擾供暖企業進一步發展的問題,其中又涉及到供暖企業體制機制和經營模式的改革問題。這些都需要深入研究。從計劃經濟的全民福利制度真正轉向市場機制不是件容易的事,需要我們從實際出發深入研究、探索和實踐。

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