清洁燃煤供热与能源的综合利用

徐静静，康慧，张瑞寒

(中国华电科工集团有限公司，北京 100070)

0 引言

随着我国城镇化进程的加快，北方城市集中供热率普遍提高，目前已初步形成了以燃煤热电联产机组和大型锅炉房集中供热为主、分散燃煤锅炉和其他清洁(或可再生)能源供热为辅的供热格局。

在城市集中供热的热源中，燃煤热电联产机组是最重要的热源，既解决了国计民生的基本用热需求，也是火电企业新的利润增长点之一[1]。

截至2017年年底，中国华电集团有限公司(以下简称华电集团)的供热装机容量达到60.7 GW，占华电集团火电总装机的58%，远高于全国平均水平。华电集团供热企业共99家，分布于全国25个省/市/区，涉及燃煤机组、燃气轮机、分布式能源等多种供热类型[2]，因此燃煤热电联产集中供热是华电集团的一个主营业务，也是综合能源服务的依托。

1 我国供热行业特点

1.1 供热行业的重要性

供热企业的业务分为城镇供暖和工业供汽2大类。

(1)城镇供暖。我国的集中供暖区域分布在北纬35°～52°，属于民生刚性需求，不可以限供、停供。由于供热收费计入物价指数，不能随燃料价格联动，属于保本微利行业,民营企业较少介入[3]。

(2)工业供汽。我国的工业供汽主要用于东部沿海发达地区(鲁、苏、浙、闽、奥)的化工、冶金、建材、纺织等行业。这些行业均是地方财政的支柱，提供大量就业。限制工业供汽将影响下游企业的生产、影响实体经济的发展。如何保持经济发展与环境保护间的平衡是地方政府需要考虑的问题[4]。

1.2 燃煤热源是供热的主力

从我国北方地区供暖用能结构看，目前煤炭仍是供暖能源的主力。根据《北方地区冬季清洁取暖规划(2017—2021年)》的数据，燃煤供暖面积约占总供暖面积的83%(2016年)，天然气、电、地热能、生物质能、太阳能、工业余热等合计约占17%。

“富煤、贫油、少气”是我国一次性能源资源的主要特点。在我国，煤炭具有应用的普遍性，在关键领域具有难以替代性。我国煤炭资源较丰富，煤炭易于储存、运输(公路、铁路、水路)，且可通过市场手段，由秦皇岛煤炭期货市场采购。大型燃煤热电厂的设计储煤量是10～25 d，从能源长期供应的稳定性和应对突发事件的难易程度上看，燃煤较其他供热能源具有先天性的优势。这就决定在了在很长一个阶段多数城市(除了北京、天津等特大城市)仍要以燃煤作为主要供热燃料[3]。

1.3 我国煤炭清洁利用的发展成果

1.3.1 技术成果

在多年的控煤过程中，我国煤炭行业的科研人员做了大量煤炭清洁燃烧技术方面的研发工作，在提升能效、控制污染物排放方面取得了重大进步：煤炭高效燃烧利用方面，电站锅炉燃烧效率可达92%以上，供暖用的水煤浆锅炉、煤粉锅炉燃烧效率可达到90%以上；在燃烧污染物排放方面，对燃煤发电机组进行了大规模的超低排放改造(至2018年已改造台数占总量的70%)，改造后的燃煤发电机组可达到超低排放水平[5-6]。

1.3.2 社会认可度

燃煤热电联产的技术进步与环保效果已经得到了社会认可。

(1)2017年涉煤项目共获得2项国家级科技奖项一等奖：“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”(浙江大学)获得国家技术发明奖一等奖；“600 MW超临界循环流化床锅炉技术开发、研制与工程示范”(清华大学)获得国家科学技术进步奖一等奖。

(2)燃煤热电联产在节能环保方面的成绩也得到生态环保部的认可。在2019年3月5日下午全国政协十三届二次会议的记者会上中，生态环境部大气环境司司长刘炳江委员发言：“去年一年来，化解钢铁产能3 000多万t，全国810.0 GW的燃煤电厂基本达到了天然气的排放水平，建成了世界上最大的清洁煤发电基地，这些措施有力地支持了2018年全国空气质量持续改善，全国PM2.5浓度同比下降了10.4%，优良天数增长了2.6个百分点”。

1.4 我国煤炭清洁利用的特点

1.4.1 建筑密度问题

我国集中采暖的京津冀、汾渭平原，有人口密度大、城镇密集、居民小区多为高层建筑等特点。对于雾霾治理来讲，集中的点状源易于治理，分散的面源(如汽车、分散的小燃气锅炉房)难以治理。以煤为燃料供暖的热源较集中，这有利烟气集中处理、平摊处理成本和环保部门的在线监测。因此，燃煤供暖适用于具有相当规模的建筑群。

1.4.2 我国的电力消纳问题

近10年来，由于我国煤电项目发展过快，全国发电容量过剩，缺热不缺电已成为常态。一般认为，理想的发电容量备用率是15%，而2015年全国发电容量备用率平均达到32%，共富裕燃煤发电量165.0 GW，其中13个集中采暖的省份发电容量过剩情况见表1[7]。

表1 我国集中采暖区13个省份发电容量过剩的情况

由表1可知，由于发电容量过剩，我国集中采暖区基本上不能依靠新建燃煤电厂解决新增建筑的供暖热源问题。

1.4.3 财政补贴问题

供暖具有民生性质，收费列入物价指数，涨价需经繁杂的价格听证过程，所以只能采用财政补贴进行调整。“煤改气”“煤改电”、利用地热等供暖方式，需要政策支持、能源供应保障、财政补贴(一般是补初始投资设备)，但靠财政补贴的项目是不可持续的。

2 清洁燃煤取暖的政策定位

2.1 纲领性文件

2017年12月，国家发改委与9个部委联合发布《北方地区冬季清洁取暖规划(2017—2021)》(发改能源〔2017〕2100号)(通称为十部委文件)。此文件全面、合理、细致地反映了影响取暖的技术和经济的因素，其中关于清洁燃煤集中供暖的论述要点如下。

(1)基础性热源。清洁燃煤集中供暖是平衡环境保护与成本压力的有效方式，未来较长时期内，应作为多数北方城市城区、县城和城乡结合部的基础性热源。

(2)清洁供暖。燃煤热电联产机组、燃煤锅炉房实施超低排放改造后集中通过热网系统向用户供暖，其污染物排放浓度基本达到燃气机组的标准(即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放质量浓度分别不高于10，35，50 mg/m3)，是减少大气污染物排放的主力。

(3)发展目标。到2021年，清洁燃煤集中供暖面积预计达到110亿m2，其中超低排放热电联产机组预计供热80亿m2(现已达到45亿m2)，超低排放锅炉房预计供热30亿m2。

(4)坚持企业为主，政府推动。充分调动企业和用户的积极性，鼓励民营企业进入清洁供暖领域，强化企业在清洁取暖领域的主体地位。

(5)清洁供暖的管理分工：由国家能源局牵头建立清洁取暖规划部际联席会议机制，清洁取暖规划部际联席会议办公室设在国家能源局，负责日常工作；清洁供暖办公室设在能源局电力司，专门负责协调、推进规划的执行，采用部际(能源、住建城建司、环保大气司)联合会议议事，制定文件标准、督办、约谈等方式工作；住建部负责供暖评估考核体系；财政部负责中央层面清洁供暖财政政策研究、制定等工作；环境保护部负责各类清洁供暖排放标准的制定及监管工作。

2.2 执行中存在的问题

十部委文件是指导北方地区清洁取暖工作的纲领性文件，需要完整而准确地执行，但在执行中主要存在以下问题。

(1)出现误区。清洁燃煤也是清洁供暖方式之一，对宜气和宜电的宣传过多，使地方政府有恐煤现象。

(2)重点与难点的把握。清洁供热的重点在集中大热源，难点在农村地区供热；宜先重后难，注意资源使用的优先顺序，把节省下的资源用在难点。

(3)十部委文件内容多、涉及面广，但针对性弱。目前，国家能源局正在对实施效果进行评估。

2.3 政策层面的微调

迫于目前在“煤改气”“煤改电”过程中引发的气荒、安全事故、补贴难到位、居民用不起等问题和“煤改气”后中国天然气对外依存度急剧上升，2019年6月26日，国家能源局综合司发布征求《关于解决“煤改气”“煤改电”等清洁供暖推进过程中有关问题的通知》意见的函：针对上述问题提出了“在城镇重点发展清洁燃煤供暖，在农村重点发展生物质能供暖”的方案。

3 清华大学的研究结论

2019年3月31日，清华大学建筑节能建筑中心发布了由中国工程院江亿院士领衔编写的《中国建筑节能年度发展研究报告2019》(以下简称《报告》)[8]，主要内容是实现北方城镇建筑清洁取暖的技术路径及对策，要点如下。

3.1 对热电联产的定位

《报告》认为，我国北方城镇供暖的主导热源不能依赖“煤改电”“煤改气”，应充分利用热电联产的余热，《报告》同时分析了全面发展热电联产时必须解决的关键问题，并给出技术路线。

3.2 我国北方城镇清洁供暖的技术路线

我国北方城镇清洁供暖依靠跨地区的供热管网，以热电联产和工业生产过程中的低品位余热为热源，再由设置在末端的天然气作为调峰热源，提高热网的灵活性和可靠性。这样，北方城镇未来160亿m2的建筑每年仅需要约160 TW·h的电和110亿m3的天然气即可满足供热需求，单位面积能耗不到目前的一半。

采用热电联产和工业生产中余热作为供热热源，除了输配系统和部分提升热源品味所需要的电力，以及少量调峰用气外，冬季供暖不再增加对大气的污染物排放。较取缔燃煤、“煤改电”“煤改气”而言，清洁燃煤才是我国最合理的取暖方式。

3.3 技术路线的战略意义

尽管清洁能源供暖技术路线改造工程规模空前、投资巨大(涉及一批十亿级别与百亿级别的工程)，但该技术方案能彻底解决供暖问题，折合单位供暖建筑面积的投资也是各类清洁取暖方案中最低的，其运行费用更是远低于电供暖、气供暖。目前已完成的改造工程的投资回收期都小于10年。作为基础设施建设投资，该工程属于经济效益、社会效益都较好的项目。另外，尽管需要的基础设施投资巨大，但其主要为工程费、换热装置、钢材及保温材料费等，通过这些工程拉动投资型内需，可解决我国近期经济增长动力不足的问题。

4 扩大现有燃煤热电厂供热能力

目前，我国是世界上燃煤热电联产容量最大的国家，技术成熟、可超低排放，其主要工作是在不增加发电容量、不增加新污染物排放的前提下，扩大现有燃煤热电厂的供热能力。

针对华电集团的热电企业，提出了扩大现有燃煤热电厂供热能力的6项措施，见表2。

5 应注意的主要问题

5.1 供热能力的调整

(1)调查北方采暖区在运行热电厂，评估现有热电厂供热能力、采取适当的措施(见表2)扩大供热能力。

表2 扩大现有燃煤热电厂的供热能力的措施

注：热源备用系数为集中供热系统中，当一个容量最大的热源故障时，其余热源所提供热量占总热量的比值。

(2)根据各热电厂的实际情况，评估各热电厂在采取上述技术措施后，结合技术经济比较，确定热电厂实际可提高的供热能力。

(3)根据各热电厂实际情况，评估由于供热区域划分可能折损的供热能力，并采用行政手段调整热电厂的供热区域划分，使现有热电厂饱满供热。

5.2 利益分配的调整

调整热电厂的供热区域涉及供热方的利益分配，如参与调峰的燃气电站效益相对不好。合理调整各方利益才能充分调动供热企业的积极性。对现有资产负债率较高、经济困难的热电厂，应提高其供热能力，以保证收益。另外，《关于京津冀及周边地区执行大气污染物特别排放限值的公告(征求意见稿)》中提及的26+2城市是清洁煤炭供热的重点区域，收益会有较大的上升空间。

5.3 控制热网

目前，能源行业有一种趋势：谁控有网络，就有较大的话语权，如国家电网公司在电力行业的地位，中国石油集团在燃气行业的地位。热网在供热行业的地位虽然不能与电网和气网相比，但作用仍大，在热量趸售、调峰运行、外热源接入等方面具有优势。这是各供热企业以后需考虑在技术、经济上利用的优势。

6 结束语

(1)清洁燃煤供热是综合能源服务的重要分支，其特点是用户需求稳定、市场稳定、技术成熟可靠、政策支持；同时也是华电集团的主营业务。

(2)在我国集中采暖区，基本上不能依靠新建燃煤热电厂解决新增建筑的供暖热源问题，只能扩大现有燃煤热电厂的供热能力。

(3)华电集团充分利用现有燃煤热电厂提高供热能力的6项措施，具有推广价值。