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靠市场机制实现供暖的节能减排——中国工程院院士江亿谈北方供热体制改革
中国合同能源管理网 - 2015-9-14 16:53:15

下月开始,北方各个省份将陆续进入采暖季,如何将保障供暖与节能减排、雾霾治理的矛盾化解到最小?怎样改革才能既让老百姓满意,又让供热企业高兴,获得双赢局面?政府又应在其中扮演什么角色?带着种种疑问,记者近日采访了中国工程院院士、清华大学建筑学院教授江亿。

记者:北方地区供热改革对于建筑节能有怎样的帮助?

江亿:北方供热改革是建筑节能最重要的事情,我国有560亿平方米的建 筑,北方城镇供热的面积才110亿平方米~120亿平方米,但仅供热的能耗就是1.7亿吨~1.8亿吨标煤,所以北方建筑节能减排,首先要抓北方城镇供热的节能。

记者:目前,北方地区供热改革主要以煤改气为主,这种方式能够 缓解供热耗能与节能减排的矛盾吗?

江亿:现在国家大力推进城镇化,新楼盘增加很快。同时国家推动棚户区改造,很多冬天自烧煤的用户也住进了楼房。这样,需要集中供热的用户越来越多,但为了治理雾霾又限制用煤。以北京为代表的北方地区开始实施煤改气工程。可是,不是所有北方地区都能获得足够的天然气。而且,天然气价格是煤炭的4倍,供热成本大幅度增加。目前供热行业陷入困境,一边是城市发展、要盖楼房、要集中供热,一边要环保、不允许新上锅炉房,无法增加热源以满足更大规模的集中供热需求;一边是缓解雾霾、限制用煤、煤改气,一边是到处气慌,没有那么多天然气可用;一边是保民生、保障供暖还不能涨价,一边是天然气的高价导致供暖成本越来越高,供暖企业陷入困境,很多供暖企业靠各种政府财政补贴来维持经营。供暖企业要走出困境,就必须改变这种靠补贴的现象。要满足老百姓的供暖需求,还要让供热企业实现盈利,这只能是依靠科技创新开辟出一套新的节能环保的供暖方式;靠市场机制调动相关源、网、末端各方的积极性实现这种新的供暖模式。靠在政府的 财政补贴上过日子的是不可持续的,也不符合市场在资源配置中起决定作用的原则,靠技术创新、靠市场机制才是供暖行业走出困境的出路。

记者:您说的科技创新是彻底改变现在的集中供热方式吗?

江亿:现在北方的集中供热,包括东北、华北、内蒙古、西北,一半热 源是燃煤、燃气锅炉房,直接烧火加热热水;一半热源是燃煤燃气的热电联产,把仍然还能发电的低压蒸汽从汽轮机组低压缸中抽出,用来加热热水供热。这都是用本来还可以做功和发电高品位能源供暖。用这样的高品位能源来加热几十度的热水,最后维持二十几度的房间温度,实在是大材小用。房间供暖应该开发利用只有几十度温度的低品位热量作为供暖热源。实际上现在到处还有很多30度到100度之间的工业余热被白白排放。这才是最适合用来为建筑供暖的热源。把它们用好,物尽其用,用干榨尽,才符合节能减排的要求,也才能够真正使供热行业走出困境,开创出一条新的城市集中供热模式。

记者:什么样的余热能够被回收利用,用于供暖?

江亿:30~100的余热可都用来供暖。这样的余热来源有二:一是热 电厂,包括现在的热电联产电厂,采用抽凝方式,能源的30%~40%被用于发电,40%以低压蒸汽的形式抽出加热热水供热,还有20%左右的热量作为乏汽从冷却塔或空冷岛排走,这些热量完全可以被回收作为集中供热的热源;二是五大高能耗企业,包括化工、钢铁、有色、建材、炼油企业,这些企业的热利率约为60%,还有40%左右的余热也是在几十度温度下排掉,其中相当大的部分还是通过冷却水蒸发,以水蒸气的形式排到 大气中,造成大量的工业耗水。这两类余热大多集中在北方地区。如果能把它们的30%用来供热,就可以基本满足未来北方地区城镇150亿平方米建筑供热的基础负荷。再利用天然气在供暖季尖峰期作为调峰热源,解决最冷的时候的供热需求,就可以完全满足北方城镇地区的供暖需要,所消耗的天然气是如果全部采用天然气供暖时的15%。这样,再也不用任何燃煤锅炉,既满足了冬季供暖要求,又彻底取消了燃煤供暖,改善了大气质量,也缓解了天然气不足的压力。

记者:您说这样就彻底取消了燃煤供暖,可是那些工厂、还有电厂不还是在烧煤吗?

江亿:我国的能源结构是以煤为主,这一点和发达国家不一样,至少在 二十年内很难改变。这样问题就成为怎样把煤烧的最好,效率最高、污染最小。现在看来,燃煤发电应该是最干净的用煤的方法。尤其是大型燃煤电厂,现在已经可以做到能源转换效率高,向大气的排放低。美国的90%以上的燃煤都用来发电,我们为什么不能好好通过大型燃煤电厂来用好我们的煤呢?实际上我国的许多燃煤电厂其能源转换效率和清洁排放水平已经优于美国。再就是前面说的这些高能耗企业。随着产业结构的调整,有些高能耗工厂可能要关停并转,但中国必然还会保留很多这类用能高的产业。美国现在人均工业能耗(2011年)是0.96吨标油,中国是0.6吨标油,只是美国人均工业用能的60%,中国经济还要发展,所以工业耗能总量至少不会大幅度减少,上面说的这些可以产生余热用来为城市供暖的工业余热也不可能消失。

另外,工厂的生产过程总希望全年的工艺参数变化不大。这样为了保证夏季的排热要求,一般都会把50左右的热量作为废热排掉。而这些热量在夏季外温为35时,与外界环境只有15度温差,确实没任何使用价值,只能作为余热排掉(夏天大量的空调排热也都排掉了,因为它无使用价值)。但是到了冬天,室外温度降到零度甚至零度以下,50的热量就成为可以作为建筑供暖而被利用的有价值的能源啦!所以把工厂的低温余热用于冬季建筑供暖,绝不是一年才用了半年或几个月,恰恰是适应了能量的特点,当它具有价值时充分利用,当它无利用价值时全部排掉。我国北方地区冬天冷、夏天热,而且冬季供暖季达四个月到六个月,所以这种气候特点就特别适合采用工业低品位余热供暖。在气候温和地区,冬天夏天外温差别小,或者冬季需要供暖的时间短(比如23个月),就不适合这种方式。同样在冬天有两个月需要供暖、夏天有几个月需要空调的地区,也不能用这种方式。有些人认为可以在江浙一带在冬天用工业余热供暖,夏天用工业余热空调。这完全不符合热力学原理。因为如果工业余热的温度全年处于同一水平,冬天余热温度比外温高五六十度,可以作为供热热源,夏季仅比外温高一二十度,基本上无利用价值,更不可能用来制冷。

记者:可是在北方有余热的工厂和电厂可能并不在需要供暖的城市,您说的这种用工业余热供暖的想法在很多地方可能无法实现。

江亿:这可以通过大联网的方式解决。通过建立区域联网的集中供热网 。以前通过热水循环输送热量的最长距离是30公里到40公里。随着技术的提高、钢铁的降价以及燃料的涨价和对环保重视,现在热量输送的经济输送距离已经增加到接近100公里。考虑十年折旧,100公里长距离热量输送的成本可以做到40/GJ以下。天然气 烧锅炉产生热量的成本是90/GJ,如果低品位余热的成本是10/GJ,那么200公里长途输送低品位热量余热的经济性还可以和天然气锅炉相比。再看我国各类低品位余热的分布,如果以北方各个大中城市为圆心以200公里为半径画圈,就可以发现在圆圈内都可以找到足够多的工业余热为其供热。这就表明,在现在的社会、经济、能源和环境治理的外界要求下,低品位工业余热应该成为解决北方城市冬季供暖的主要热源。

大联网还有助于解决供热可靠性和安全性,也有利于产生余热的企业安全运行。因为对建筑来说,产生余热的工厂是它的锅炉房,需要根据建筑需要的热量保证供应;而对这些工程来说,被供暖的建筑又是它的冷却塔,必须把这些热量散发掉,否则就影响这些工程的正常生产。这样一来一对一的供暖模式在安全可靠性上就有很大问题,供暖和生产相互影响。通过大联网可以使很多的余热热源共同向很多的建筑供热,通过这些余热热源的分期投入和转换,可以使安全性和可靠性大幅度提高。就像电网、燃气网一样,在其历史上都有各管一方,独立供应的历史阶段。现在都已经发展成跨地区跨国家的联网。供热网看来也要一步步向这个方向发展了。

未来北方的供暖系统应该是一张跨区域联接的大热网,它和很多不同的低品位余热热源联接、采集热量,同时又联接分散在城市中的成千上万个热力站,通过这些热力站把热网中的热量传输到各座建筑中。实际上北欧国家如丹麦、芬兰、瑞典等的城市供热网都已经发展成为这种模式。我国是制造业大国,能源又是以煤为主,工业余热资源丰富,更应该走这一模式。这样才能统一用好煤、管好煤、协调好电、气、热,使我们的城市能源系统得到进一步优化,从而实现节能、低碳和保护环境。

记者:您说的这个设想太好了,但想起来是一个非常宏大的规划,怎么才能使它真正实现呢?

江亿:这就要根据这一规划要求,正确地设计出政策机制,实现供热体 制机制的改革。依靠市场调动起各个相关企业的积极性,一步步实现这个大工程。这里有几个关键点需要政策机制的改革。比如,热源与热网的热量结算方式。现在计费热量的计算方法是实际测量热源厂出口的水温和从热网进入热源厂的回水水温,这两个温度之差乘以循环流量和水的比热,就得到了热源厂输出的热量。这样测得的热量乘以双方约定的热量的单价,就是热网运行企业需要向热源厂支付的热费。

记者:这种计费方式听起来挺科学的,它有什么问题吗?

江亿:当烧锅炉供暖时,这样做没有任何问题,但是当采用各类工业余 热进行供暖,这样的计价热费计量模式就有大问题了。

因为前面谈的供热模式成立的关键就是从热网进入热源厂的回水温度要足够低。因为回收的是低温余热,比如30~40的余热,如果回水温度是20,可以通过热交换的方式直接回收;如果回水温度是50,就需要通过热泵等设备,并且消耗电力或部分高温热量才能回收这些低温余热,回收成本要高得多。有时候回水温度太高,低温的余热就没条件回收。因此只有低回水温度,才能真正经济地、高效地回收各类低品位余热。再一方面,前面讲长距离输送热量,也需要低回水温度。热网输送的热量等于供回水温度之差乘以循环流量,而管道粗细循环泵大小都由循环流量决定。供水温度上限受管道材料限制不能太高,热源厂也很难提供高温热源加热出过高的供水温度,所以要在较小的循环流量下实现更多的热量输送,关键还是降低回水温度。现在城市热网的供水温度是120130,回水60。温差大约6070度。如果回水温度能降低到20度,温差就可以提高到100度以上,同样的管径和循环水泵电耗,输送的热量就能增加40%。所以要经济地长途输送热量,有效地降低回水温度又成为技术的关键。

记者:那么回水温度能降低吗?

江亿:当然可以。现在建筑保温好了,又有很多楼房采用地板供暖,这 就为降低回水温度提供了非常好的条件。近年来发展出许多新的技术和措施,更能把从被供暖建筑出来的回水温度降的很低。大致来说,如果对目前的热网进行精心调节,并对个别不合适的环节进行整改,北方地区大部分热网的回水温度可以降低到40,如果进一步在热力站或楼的热入口安装吸收式或压缩式换热器,则可以进一步把水温降低到30甚至20以下。这对提高热网的热量输送能力,对回收各类低品位余热,都有巨大的好处。但是,这都需要热网运行企业投入很大的人力物力去精心调节,投入巨大的财力去安装和运行降低回水温度的设备,而这些努力的结果使回水温度降低后,热源厂可以显著提高了它的热量产量,提高了热效率。而按照前面讲的计费热量计算方式,所有的热量都要向热源厂支付热费,热网运行企业从回水温度降低中得不到任何效益。这样,就使得热网运行企业基本上无任何积极性去降低回水温度,于是,前面提到的供热大联网的工业低品位余热供暖模式很难实施。回水温度能否降低成为上述新模式能否实现的关键。现在的问题成为:热源厂希望回水温度降低,可是他无法实现;供热企业能够把回水温度降低,但是由于这样做要投入而无回报,因此无动力去做。回水温度降不下来成为目前实现工业余热供热这件节能减排的大好事的瓶颈。

记者:这种状况能改变吗?

江亿:这就需要计费热量计算方式的改革。我所说的计费热量,就是说 不是所有的热量都计费,而只是高温的热量计费,低温的热量免费。具体点,就是把前面提到的计费热量计算方法改为:

计费热量=循环流量X水的比热X(供水温度—40

这样,如果实际的回水温度高,例如目前的50,热网运行企业就要按照40交热费。如果供水温度是100,那么热网运行企业就要向热源厂多付20%的热费。反过来,如果回水温度是30,则4030这一温度段的热量就是免费热量,热网运行企业可以得到10/70=14.2%的免费热量。这里的40的道理就是当热网运行企业精心调节,合理运行后,有可能实现的回水温度数值。也就是说,如果热网运行企业精细运行,不需要过多的投入,计费热量基本就是实际热量。热网企业要获得免费热量,就需要投入设备对系统进行改造。例如安装吸收式换热器或电动压缩式热泵,这可以使回水温度降低,尽管需要投入设备和部分运行费,但由于按照这样的计费热量计算方法,40以下的热量免费,所以可以通过35年的时间从免费的热量中回收系统改造投入的设备费。反过来,按照新的计费热量计算方式,热网运行企业相当于向热源厂承诺了回水温度上限。这样热源厂投入设备进行余热回收改造,即使实际的回水温度高,余热回收改造设备不能充分发挥作用,但热源厂仍然按照40从热网运行企业收费,仍能保证其经济效益。

这样,通过一个新的计费热量计算方法,就可以逼着热网公司设法降低回水温度,逼着热源厂安装余热回收设备,哪边不行动哪边就会有经济损失;而哪边做得好哪边就会有经济效益。这就是根据节能减排的要求制定科学的规划,通过制定适应科学规划的新游戏规则,依靠市场机制去推动这一规划的实施。政府不是到场上去参与,也不需要掏出大量的钱通过财政补贴去推动,而是在场外定规则,靠市场机制调动起参加活动的各方。

记者:听您这样一说,看来只要改一下这个计费热量计算方法就可以解决所有问题啦?

江亿:当然不是这么简单,我这只是举一个例子,说明政府、企业、市 场、政策之间的关系和怎样实现由市场决定资源配置。要实现前面的宏大目标,还需要很多政策机制的支撑。比如,目前一些城市的供暖已经被切成很多快快,有许多小供暖公司各自独立经营。这样的模式与咱们设想的模式就很不相容,而且也不利于资源的优化配置。因此怎样把这些供暖企业组合起来,把热网资源优化组合,也是政府需要深入研究的大问题。通过这种组合,系统效率提高,资源得到充分利用,最终必然获得经济效益。问题就成了参加方如何分配效益的问题,这就需要有合适的体制和机制。再比如目前的分户计量、按热量收费的热改制度很难真正实施,这也是困扰供暖企业进一步发展的大问题,其中又涉及到供暖企业体制机制和经营模式的改革问题。这些都需要深入研究。从计划经济的全民福利制度真正转向市场机制不是件容易的事,需要我们从实际出发深入研究、探索和实践。

来源:中国建设报

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