编前：本文详解在构建新型电力系统背景下，清洁供热行业现状与未来格局、供热领域前沿技术及“双碳”目标下供热企业的发展方向。
关于清洁供热行业低碳发展的战略思考
来源：微信公众号“能源研究俱乐部” ID：nyqbyj
作者：赵文瑛（国家开发投资集团安信证券投资公司投资总监）
一、我国清洁供热现状与未来格局
（一）现 状
北方地区冬季清洁取暖是保障百姓温暖过冬、减少环境污染、打赢蓝天保卫战的重要举措。国家和地方政府高度重视清洁取暖工作，自2017年十部委联合印发《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）》（发改能源〔2017〕2100号）以来，各项工作取得显著进展，清洁取暖对大气主要污染物减排贡献显著，清洁取暖技术和产业得到极大发展。
目前，我国城乡既有建筑总面积约700亿平方米，每年新建面积约20亿平方米。据清洁供热产业委员会（CHIC）统计，截至2020年底，我国北方地区供暖总面积218亿平方米（城镇148亿平方米，农村70亿平方米），其中清洁供热面积约142亿平方米，清洁供热率达65%。我国北方地区的清洁热源基本形成以清洁燃煤集中供热（燃煤热电联产占约90%）为主（面积占比约50%）、天然气供热（燃气锅炉和分户式壁挂炉分别占约45%）为辅（面积占比约30%），电供暖、工业余热和可再生能源供热（以地热和生物质为主）等其他热源补充的格局。
随着建筑保温水平、高效热源方式（热电联产）占比和供热系统效率的提高，从2001年起，我国北方城镇供暖的能耗强度逐年下降。目前，北方地区城镇单位面积实际供暖能耗在10千克标准煤/平方米以下，与2001年相比，单位面积供暖能耗降低50%以上。在目前水平基础上，通过热网系统优化，北方地区供热至少还有15%～20%的节能潜力。随着各种节能方式的采用，未来北方城镇地区供暖能耗有望降低到4千克标准煤/平方米以下。
2021年是“十四五”开局之年，也是碳达峰碳中和发展蓝图的起始之年，回首过去，展望未来，一方面清洁取暖工作仍需要不断巩固取得的成果；另一方面，未来应以减碳为发展方向和重要抓手，推动减污降碳协同增效，促进全社会绿色转型发展。
实现碳达峰碳中和，供热是一个重要领域。我国火电机组中40%以上是供热机组，终端用户主要与建筑相关，全球终端能耗中供热占比50%左右。据测算，我国建筑全过程碳排放约占全国碳排放量的50%，其中建筑运行阶段（含供热、冷、电等）占22%。粗略测算，北方地区城镇和农村供热碳排放约为10亿～12亿吨。
（二）未来格局
随着我国城市供热热化率的提高、新建建筑的增加和供热范围的不断扩大，供热需求不断增加。预计2030年之前供热总能耗会缓慢增加，2030年之后随着城镇化放缓、节能高效技术的大量应用，供热能耗会逐渐保持平稳。随着热源侧低碳零碳热源占比的不断增加、热网效率的不断提高、用户侧节能的不断推进，预计供热领域将会稍晚于电力行业、早于建筑行业实现碳达峰、碳中和。
在“3060”目标下，建筑部门电气化水平提升潜力最大，预计2060年电气化水平提升至80%左右，电供热/制冷在建筑能耗中占比将显著增加。
在北方城镇地区，未来一段时间内燃煤热电联产集中供热占比会不断下降，但仍要承担基础性热源功能，尤其是在严寒、寒冷地区，预测在2060年碳中和目标下，我国电力装机结构中仍会保留一定量的热电机组以保障供热需求，相应碳排放由负碳源抵消；为适应新能源为主的新型电力系统，热电机组会继续推进热电解耦，进一步提高机组出力调节范围和爬坡速度、增加供热能力、降低上网电量，相应地电供热占比会持续增加，尤其是蓄热式，既可增加电力系统灵活调节能力，又可提升稳定供热能力（虽牺牲了局部时间的能源利用效率，但提高了系统价值）。工业余热、生物质、地热、太阳能等其他热源作为重要补充应因地制宜推广，宜用尽用。
在北方农村地区，以分户式采暖为主，主要方式有：生物质户式采暖炉具、燃煤户式采暖炉、热泵、电暖器、热风机、燃气壁挂炉、地热等。推进农村地区供热，要统筹考虑经济性和低碳环保性，我国北方农村地区应优先就地或就近利用生物质供热，发展农村循环经济模式；其次是利用电供暖（优先考虑热泵等高能效电供暖方式），与分布式光伏充分结合，洁净煤短期内仍是严寒、寒冷等地区不可或缺的重要兜底保障能源，其他热源作为补充热源进行因地制宜的利用。
在南方地区，受气候特征和新中国成立初期的经济情况影响，我国南方地区没有建设集中供暖设施。随着我国经济的快速发展，人民对生活质量的要求也越来越高，南方夏热冬冷地区的供暖诉求越来越强烈，市场潜力巨大。结合南方各地自身的能源供给、产业结构、热源条件、市场条件，因地制宜积极探索分散为主、局部集中的清洁供暖方式，以水源/空气源/地源热泵、分布式燃气、生物质等为主要技术路径，探索发展燃料电池分布式冷热电联供技术，兼顾供热与制冷需求，进行市场化方式推进。
二、供热领域前沿技术
（一）热源侧
1.热电机组深度解耦技术
随着新型电力系统的建设，煤电的功能定位将由主体性电源加快向提供可靠容量、调峰调频等辅助服务的基础性、调节性电源转型。在局部地区，热力供应的安全可靠性要求比电力更高，热电联产机组仍要继续承担基础性安全稳定供热任务。因此，需要大力推进各种调峰蓄热技术应用，发展不同介质（水、熔盐、固体、相变材料等）储热技术，其中蓄热密度大、耐高温、低凝固点、更安全廉价的储热介质是研究方向，如煤电+熔盐，实现热电深度解耦，在提高机组深度调峰能力和运行灵活性的同时，增加供热能力和尖峰负荷出力。
2.核能供热
核能供热具有热电联供和专用低温堆供热两种方式。热电联供方式与常规火电机组并无太大差异，但受限于我国核电的地理分布，主要应用在沿海地区。从核能供热技术来看，池式低温供热堆比较有代表性。池式低温供热堆是将反应堆产生的热量通过两级换热传递给供热回路系统，并与热网连接，将热量输送到千家万户。这种反应堆将堆芯放在一个常压水池的深处，利用水层的静压力提高堆芯出口水温，以满足城市供热的温度要求。目前，我国已建成10多座池式反应堆，未来如果用核能替代燃煤热电联产热源，能够保证供热的安全稳定。
3.工业余热供热
工业余热是工业生产的“尾部”产品，利用余热既不会影响生产工艺，也不会影响生产耗能，属于额外得来的“附加值”。我国北方地区高能耗产业聚集，生产过程中释放出来的余热资源非常丰富，主要以中低品位余热资源为主，占比约为60%。我国余热资源开发利用率仅为43%，其中高品位余热资源基本得到充分利用，已开发利用的比例超过80%，而中低品位热源尚未得到有效利用，可利用热泵、储热、移动式供热等技术推动余热资源可及性得到进一步提升。
4.热泵技术
热泵供热是使用电供热比较好的方式，利用高品位电能作为驱动，从低品位热源中提取更多的热量用来供热，能源利用效率高，运行成本低，在华北地区已有较多应用。但对于东北、南方等地区需要进一步解决结霜、能效等问题。
5.生物质利用
生物质能是重要的可再生能源，包括农林废弃物、生活垃圾、畜禽粪便、市政污泥垃圾等。我国生物质资源丰富，能源化潜力大，截至2018年底，我国北方地区生物质能（含农林生物质和城镇垃圾）清洁供暖折合0.9亿吨标准煤。生物质热电联产可为城镇集中供暖提供稳定的零碳热源，分户式生物质供暖采用生物质成型颗粒+专用炉具的方式，具有非常明显的污染物减排效果。以生物质能为核心建立（农村）循环经济体系，满足热、电、气等部分需求，实现农林废弃物等生物质的资源化、减量化、能源化利用，是未来构建农村低碳能源体系、低碳社区的重要内容。
6.其他供热技术
因地制宜应用跨季节储热技术、中深层无干扰地热供热技术等“零排放”“分布式”“可再生”能源利用技术，目前相关项目正在积极示范推进。
（二）热网侧
热网承担着将热源的热量及时输送、分配给各个热用户的任务，是连接热源和用户的桥梁和枢纽，是供热系统的重要组成部分。我国热源、热网管理部门不同，热力公司大多采用趸售模式，产供分离，各环节利益矛盾突出，调节相对粗放，厂网间信息孤立，普遍存在冷热不均和过供、欠供等问题，供热管网水力平衡难度大，造成系统供热能耗普遍较高，未来有较大节能潜力。
1.智慧供热技术
随着互联网、物联网、大数据和云计算等技术在供热系统中的应用，供热技术与先进信息技术、智能设备、智能传感器等深度融合，传统供热朝着高效率、高质量、精细化、智能化的智慧供热方向发展，实现“源-网-站-荷”的可调可控。一是换热站智能调节技术，结合室外温度、室外风速、太阳辐射、负荷变化等因素，做到换热站实时调节，避免过供或欠供现象，实现精准高效供热；二是智能调度技术，利用互联网技术将热源、换热站与热用户之间进行信息互联，实现网源荷一体化智能调度；三是智能管网水力平衡技术，基于水压图、流量等管网运行参数及终端温度信息的自动分析，采用连续调节阀控技术，实现系统水力平衡。
2.先进热计量技术
在热源、换热站和热用户应用热计量技术，通过热用户所反馈的数据信息，换热站可及时做出合理的调整，根据不同热用户的采暖方法提供不同的供回水温度、流量。同样，热源根据换热站所反馈的数据信息，及时为换热站提供热量，实现“精准供热”和“按需送热”。
在换热站和用户之间实现热量可调可控的基础上，将终端能耗变化传导到热源供给侧，实现“源-网-站-荷”联动，进而为实施热计量收费奠定基础。
3.关于热计量收费
热计量收费涉及到热源公司、热力公司等供热单位、物业等服务单位，以及其他能源服务单位和热用户等。以合适的供热计量收费制度实施热计量收费，能够激励供热企业加强内部管理，节能减排，降低能耗，同时可以培养热用户正确用热的习惯，形成良好的能源消费价值观念，促进居民自行采用节能措施，降低既有建筑的能耗，是供热领域走向低碳化、高效化、智能化、精细化的必要举措。
（三）用户侧
1.低能耗建筑
我国北方城镇集中供暖建筑中，约30亿平方米是二十世纪八九十年代建造的，这些建筑普遍保温性能差，其热耗是同一地区节能建筑的2～3倍，加快推进既有建筑的节能改造尤为必要。
北方地区在新建建筑节能率实现30%、50%、65%三步式跨越发展的基础上，严寒、寒冷地区居住建筑逐步执行75%的节能标准，建筑节能不断向更高水平发展，长寿命、高性能建筑保温材料将会研发应用，超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑逐步推广应用，建筑供热能耗降低到2.6千克标准煤/平方米以下，用能成本大幅降低，这将对未来供热格局产生重大影响，即北方供热由集中式为主、分布式为补充逐步转为集中式与分布式并重或分布式为主的格局，建筑将主要通过电气化满足冷热电需求。
2.产能建筑
随着新能源大规模并网，就近利用、多元互动、灵活高效的分布式能源将成为重要形态。建筑既是能源的消费者又可作为能源的生产者，采用“建筑+”模式，如光伏建筑一体化（BIPV）、“光伏+储能+直流配电+柔性用电”一体化即光储直柔建筑，可以将建筑由耗能建筑变成产能建筑，满足建筑自身用电、用冷/热需求，实现新能源的自发自用，大电网发挥兜底保障作用。
3.高效用能设备
随着终端电气化率的不断提高，改善终端电能质量、提高设备/炉具不同工况下的用能效率和环保水平，推进氢能在城镇建筑中的应用（如分布式燃料电池热电联产系统），对于建筑领域节能减排具有重要意义。
三、“双碳”背景下，供热企业的发展方向
清洁供热产业仍处于快速发展阶段，化石能源供热比例将会有所下降，电、地热、生物质等清洁能源供热比例会进一步提高。在能耗双控背景下，供热企业需要进一步挖潜增效，提高系统供热效率，深度回收低碳热源、开发零碳热源，加快调整热源结构。加快节能降耗、提质增效、减排降污技术的开发与应用是供热企业竞争力的一个非常重要的体现，供热企业需要尽快实现高效、智慧、精细化运营。
对于热电联产企业而言，热电解耦改变了热电企业传统“以热定电”的模式，在“市场煤、计划热”且电量电价进一步市场化的情况下，发电机组利用小时数逐年下降，供热价格长期倒挂，企业经营愈发困难，灵活性改造积极性普遍较低。热电企业需及时转变经营思路，降本增效，适应电力市场新形势，供热业务实现上下游一体化发展。
对于热力公司而言，热力公司应由传统的单纯供热企业向综合能源服务商、城市综合运营服务商转型，不断挖掘自身潜力，为终端用户提供多品种能源，为电力市场和热力市场提供多种服务。随着以新能源为主体的新型电力系统的构建，电力系统调峰调频需求日益增加，热力需求仍会不断增加，通过调峰蓄热等技术，热力公司在保证供热能力的同时也具备通过调峰等电力辅助服务市场获得收益的机会。
未来，热源、热网及换热站应加强经营管理一体化发展，推动整个系统节能优化。
