能源互联网引领清洁供暖技术变革

能源互联网引领清洁供暖技术变革近年来，我国以京津冀为代表的广大地区深陷雾霾困扰。

由于雾霾问题是直接关系民生的重大问题，党和国家领导人对此高度重视。

2016年12月21日，习总书记在主持中央财经领导小组第14次会议时强调：“推进北方地区冬季清洁取暖，关系北方地区广大群众温暖过冬，关系雾霾天能不能减少，是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。

”煤炭一直是我国北方城乡居民冬日取暖的主要能源，环保部2016年底印发的《民用煤燃烧污染综合治理技术指南(试行)》提出了“民用煤污染治理应以环境空气质量改善为核心，采取因地制宜、综合治理、多措并举、分步推进的步骤实施”的治理总体思路。

但是，随着2017年冬季供暖季在11月15日前后的到来，我国北方一些城乡陆续传出供暖燃气不足的消息，产生“气荒”。

从11月28日0时起，河北省天然气供应进入Ⅱ级预警（橙色），甚至河北某医院供气也受到限制。

天然气新增的需求大部分来自最近几年清洁供暖中的“煤改气”工程，煤改气工程之下，很多地方燃煤取暖被禁止，对天然气的需求大幅度增加，超出了相关单位供气的能力。

显然，由于清洁取暖是一项复杂的系统工程，采取的实施路线稍有偏颇，后果不堪设想。

这就需要我们在实施清洁供暖战略中，一方面要细致周到的推进实施、另一方面要借助先进的实施理念，实施方案，确保清洁供暖工作真正的变成惠民工程，并且切实解决国家发展中面临的能源和环境约束问题。

本文拟就清洁供暖实施方案进行创新思考，为清洁供暖战略提供一条重要的实施思路。

一、清洁供暖的重大意义1. 我国供暖情况现状目前我国的供暖体系，按照区域对供暖方式进行分类统计，城市供暖主要采用集中供暖方式，农村则多采用分散供暖方式。

无论哪种供暖方式，基于煤炭廉价易用的特点，虽然经济社会已经高度发展，我国居民供暖仍然以燃煤为主。

图1 我国北方地区冬季取暖的特点[1]在集中供暖系统中，燃气锅炉和热电联产等清洁取暖的供暖面积呈现快速、持续增长的态势。

集中供暖发展时间长、技术成熟可靠，目前采用的集中供暖热电厂排污水平已经很低。

图2 北方地区集中供暖热源比例[1]图3(右) 不同地区集中供暖热源特点[1]而在我国人口接近50%的北方农村则大量采用散煤取暖。

散煤，是一种在小锅炉、家庭取暖、餐饮用煤中广泛使用的民用煤，灰分、硫分比例高，但价格便宜。

在生活水平不断提高的农村地区，冬季室内散煤取暖也逐渐显现出多方面问题：尽管户均耗煤量已超过城市居民水平，但冬季室内温度大多在10~16℃之间，不足以满足室内舒适性的基本要求；大量分散的散煤低效燃烧导致冬季室内外空气质量恶化，并且还成为形成冬季北方大面积PM2.5的主要污染源之一。

2. 京津冀供暖季深陷雾霾2016年，我国煤炭消费量18.88亿吨油当量，同比下降4.7%，但仍然占世界煤炭总消费量的50.58%。

煤炭在我国能源消费结构的比重达到62%，远高于30%的世界煤炭平均水平。

国网能源研究院高级工程师霍沫霖博士强调，占煤炭消费总量4.7%的农村生活散煤产生高达74.9万吨细颗粒物排放，几乎持平于占煤炭消费总量43.2%的电煤所产生的88.57万吨排放。

由于单位排放强度最大，农村生活散煤应成为散煤治理的重中之重。

国务院参事室特约研究员吴吟曾指出，“1吨散煤燃烧排放的污染物相当于火电燃煤排放污染物的5到10倍”。

而一吨散煤燃烧产生的烟尘(颗粒物)、二氧化硫、氮氧化物更是达到电厂大型锅炉处理后的10倍以上。

2017年8月31日,《2017中国散煤治理调研报告》在京发布，报告预计全国散煤消费量应在7.5亿吨左右。

该课题总报告由中国工程院院士、清华大学环境学院院长贺克斌和中国煤控项目分析师李雪玉编写。

图4 北京供暖季雾霾景象散煤问题已成为影响京津冀大气治理效果的最短板，也直接影响到中国的能源消费转型。

2016年1月，国家城市环境污染控制技术研究中心研究员彭应登通过燃煤量和污染系数计算得出，北京本地每年排放的7.2万吨PM2.5污染物质中，15%来自本地散煤燃烧。

此外，散煤还贡献了十分之一的氮氧化物污染和三分之一的二氧化硫污染。

在一场京津冀区域散煤燃烧污染控制与管理技术交流会上，环保部总工程师赵英民指出，京津冀区域目前每年燃煤散烧量超过3600万吨，占京津冀煤炭用量的十分之一，但对煤炭污染物排放量的贡献总量却达一半左右。

近年，为了治理冬季首都雾霾，京津冀地区协同联动进行了很多卓有成效的以“煤改气”、“煤改电”为主的清洁供暖改造工作。

目前北京全市优质能源占比提升到84%以上。

北京市年用煤总量已由2300万吨，压减到1000万吨以内;建成四大燃气热电中心，实现电厂生产燃气化；核心区、城六区和通州区基本“无燃煤锅炉”。

北京已连续两年总投入100亿元以上，对农村地区800多个村(镇)实施煤改气(电)，预计到2018年，全市农村地区煤改气(电)将全部完成。

2017年9月29日，中国社会科学院城市发展、中国城市经济学会与环境研究所在京发布《城市蓝皮书：中国城市发展报告No.10》。

报告认为，总体来看，我国的雾霾治理已经取得一定成效，但京津冀依然是空气污染最严重的区域。

3. 清洁供暖意义重大在全世界范围，2015年12月，《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方在巴黎气候变化大会上达成《巴黎协定》。

2016年10月5日，联合国秘书长潘基文宣布，《巴黎协定》于当月5日达到生效所需的两个门槛，并将于2016年11月4日正式生效。

根据《巴黎协定》，各缔约方承诺，在工业化前水平上，要把全球平均气温升幅控制在2摄氏度以内，并提出努力将气温升幅限制在1.5摄氏度内的目标。

在我国，北方清洁供暖关系广大人民群众生活，是重大的紧迫的民生工程、民心工程。

党的十九大指出：我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。

当前北方开展的清洁取暖重大决策的提出，正是源于对这一矛盾的深刻认识。

目前采取的清洁供暖措施已然产生了巨大的经济和社会效益：首当其冲就是节能减排。

例如，国家电网公司自推广实施电采暖以来，已累计完成替代电量277亿千瓦时，相当于减少散烧煤1551万吨。

与此同时，电采暖还累计减少二氧化碳排放2762万吨，减少二氧化硫、氮氧化物和粉尘污染物排放878万吨，北京平原地区、天津武清区等地率先建成“无煤区”。

给百姓生活品质带来大幅提升。

老百姓家里不用再堆散烧煤了，不用再处理煤灰了，无论是家庭生活小环境、还是村镇大环境都得到根本改善。

安全方面主要体现在以往燃煤取暖造成的煤气中毒、火灾等安全事故显著减少。

农户室内供暖温度稳定、适宜，提高了居住舒适性。

提高清洁能源消纳力度。

国网甘肃公司在金昌、瓜州等光伏基地推广电采暖244万平方米；吉林公司利用弃风电量，推动建成全球最大的32万千瓦取暖电锅炉。

2016至2017年取暖季，青海、新疆、吉林、辽宁等地通过清洁取暖消纳弃风弃光电量近3亿千瓦时。

清洁采暖行业快速发展。

电采暖还带动电采暖行业健康快速发展，近年来电采暖设备和关键技术也不断取得进步和突破，电采暖设备类别不断增加，市场规模持续扩大。

仅北京地区2016年“煤改电”市场规模就超过50亿元。

若全面采取清洁供暖，将大幅改善人民群众生活质量，提高清洁能源利用率，降低碳排放，并在很大程度上解决雾霾问题。

“2017年散煤减少7000万吨，2020年减少2亿吨以上”，这是8月31日发布的《中国散煤治理调研报告(2017)》提出的目标。

但是，近两年的清洁供暖工作，由于工期紧张，且替代工作量大，实施过程中暴露出大量的现实问题。

例如，中国农村能源行业协会郝芳洲说，“散煤需要治理，但散煤燃烧替代战略应该如何推行？一些地方下发节能炉具补贴政策没多久，在气源短缺情况下，又出台了燃气壁挂炉补贴标准，由于脱离实际，政策难以执行。

”典型的问题总结如下：1) 散煤取缔过程中，引入多种“煤改电”、“煤改气”的设备及配套建筑，使得热力系统更加复杂，供暖成本高企；2) 天然气等代替散煤的能源紧缺，甚至产生“气荒”现象，供暖高峰期为了保供暖，部分工矿企业的用气需求无法满足，供暖安全性也不能完全保障；3) 改电后发电一次能源仍多为化石能源，多个地区虽然风力或太阳能资源丰富，却仍有超过20%的比例新能源被弃用。

蒙西地区冬季供暖季，弃风率竟然超过50%！因此，急需一种灵活高效、可集中可分散、甚至能够参与环境治理的清洁供暖解决方案。

能源互联网清洁供暖解决方案应运而生。

二、能源互联网引领清洁供暖的技术变革纵观发达国家，在散煤治理方面，“清洁化改造+能源替代”成主攻方向，而能源互联网是公认消纳新能源的最佳方案。

英国伦敦自1956年《清洁空气法》颁布实施以来，要求居民、商业和工业部门燃用的煤炭改为天然气和电力，经过多年的努力，其空气质量得到明显改善。

此外，通过散煤治理推动能源使用结构调整也是美国减少燃煤排放的关键。

美国近半个世纪以来，煤炭消费向规模较大、治污设施完善的大型电厂机组集中，民用消费比例逐渐降低，减少散煤污染排放量，从而保障空气质量。

我国可再生能源供热潜力很大。

研究测算，我国可再生能源供热潜力可达30亿吨标准煤以上。

各类可再生能源供热方式增长迅速，太阳能热利用持续增长，风电清洁供热与生物质能供热在示范应用的基础上开始进入规模化发展阶段，地热能的开发利用更呈现较快增长，各地因地制宜开展了可再生能源供热的实践。

对于建筑密度高的城市建成区，采用集中供暖的方式已经十分成熟。

对于建筑密集度低的北方广大农村，集中供热网的投资高，运行效率低，因此应发展分散的清洁供热方式。

1. 传统清洁供暖的技术路径传统清洁供暖的技术路径可以分为热源的清洁能源替代及热网和建筑的节能性能提升。

在热源的清洁能源替代方面，主要是将天然气、电能、可再生能源等清洁能源通过增效、转换、光热、光电、风电、水电、热泵等高效技术的独立或耦合应用替代传统热源，这种替代既包括热源的新建、也包括热源的改造。

2016年，北京市共完成663个村庄热源的清洁能源替代工作。

其中，“煤改气”占12.3%，“煤改电”占87.4%。

在“煤改电”中，空气源热泵占主导地位，达到75.9%，蓄热式电暖气占22.3%，地源热泵不足0.1%，采用其他电采暖设备占1.7%。

探讨能源互联网清洁供暖解决方案之前，我们先来分析一下传统清洁供暖主从以上分析可以看出，传统清洁供暖技术的主要技术路径，均存在或多或少的问题，其优缺点和局限性，导致了清洁供暖工作推动的困难重重，效果不够显著。

2. 基于能源互联网清洁供暖解决方案能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新业态。

基于能源互联网的清洁能源场景与传统清洁能源场景具有显著的区别，清华大学能源互联网研究院深入研究清洁供暖专题，提出基于能源互联网技术的清洁供暖解决方案。