清洁采暖背景下的分散供热方式选择

金 意 王 钦

(1.青岛能源集团有限公司，山东 青岛 266072； 2.青岛市城市规划设计研究院，山东 青岛 266022)

1 概述

随着建筑业的快速发展与大众对生活品质追求的不断提高，我国北方城市冬季供暖需求持续增大。据统计，2014年—2018年我国城市供热面积以年均9.5%的速度增长，2018年达到90.13亿m2，集中供热总量达到38.95亿GJ。另一方面，为满足雾霾治理需求，国家明确提出大力发展清洁能源供热，全面取消散煤供热[1]。虽然当前城市采暖供需基本平衡，但快速增长的热负荷需求与亟待改善的环境质量，使供热企业承受着前所未有的责任与压力。因此，在当前背景下通过制定合理的供热方案、选择恰当的供热方式对企业来说具有重要的战略性和远见性。

采用清洁能源的分散供热因其自身技术和环保特性，使其具有自身独特的优势[2，3]，本文就目前较为成熟的几种分散供热方式结合已建项目进行多方面对比，为供热企业决策起到一定参考作用。

2 分散供热方式选择

2.1 上位政策分析

《北方地区冬季清洁取暖规划(2017—2021)》明确了天然气、电、清洁燃煤和可再生能源等清洁取暖形式；《山东省冬季清洁取暖规划(2018—2022年)》要求济南、青岛、烟台要率先形成天然气与电取暖等替代散烧煤的清洁取暖基本格局；《关于严格控制煤炭消费总量推进清洁高效利用的指导意见》提出利用5年左右时间，争取将山东省煤炭消费净压减5 000万t。由此可见，以往简单地通过对现状燃煤热源扩容的方法已难以走通，取而代之的是采用天然气、电等清洁能源。在建设层面，面对日益紧张的城市用地，不管是原址扩容还是异址新建都变得异常困难。此时，针对单体或小范围建筑的分散清洁供热成为重要选择。

2.2 供热方式特点分析

目前分散供热较为成熟的几种能源形式有天然气采暖、电采暖和生物质采暖，各类方式的特点见表1。

2.3 环境性分析

以颗粒物为特征的区域性复合型污染日益严重，大气污染对人体健康带来的危害已在相关研究中证实[4,5]。各类能源形式的污染物排放指标汇总于表2[6,7]。其中，电采暖本身污染物排放为零，但电能获取来自火力发电，实际考虑燃煤热电联产的排放水平，天然气和生物质均为燃烧利用产生的排放。

表1 各类供热方式特点分析

表2 不同能源形式污染排放指标 g/kg

由表2可知，电采暖方式的污染物排放量最低，其次是天然气，最后是生物质燃料。究其原因主要是当前大型燃煤热电厂均进行了超低排放改造，使得排放物浓度大幅降低，而生物质燃料成分较天然气更为复杂，在相同条件下，生物质的排放污染物浓度更高，需配合采用适当的除尘方式[8]。因此，不同能源形式的环境友好性排序为：电>天然气>生物质。

3 工程经济性分析

3.1 工程概况

根据近年来青岛市建成并运行的工程资料，选取燃气锅炉、燃气空气源热泵、电污水源热泵、电空气源热泵、电地源热泵和生物质锅炉6种方式的工程实例进行经济性对比分析。

6种方式均采用集中供热方式。污水源热泵距离用户端1.5 km，在污水厂内采用二级换热，其他方式均在用户端建设；地源热泵的机房安装在地下室内，埋管采用竖直埋管方式，打井深度为100 m，打孔间隔4.5 m～5.0 m。用户类型均为居民用户，除土壤源末端采用风机盘管外，其余均采用暖气片。运行时间为一个供暖季(141 d)，供暖季内每天24 h运行。

3.2 经济性分析

经济性对比包括工程造价及运行费用两方面。其中，工程造价包括设备及机组、循环水泵、管道、末端设备及其相应的安装费用。运行费用主要考虑燃料和相关水电费用，其他费用由于量化困难，暂不予考虑[9]。计算数据如表3所示。

表3 不同供热方式经济分析计算表

各供热方式单位面积对应的造价与运行费用如图1所示，显而易见的是电污水源热泵、电地源热泵和燃气空气源热泵的单位造价高于其他方式。分析认为系统建设的复杂程度是导致造价存在较大差距的主要原因，通常燃气锅炉和生物质锅炉考虑锅炉费用，安装较为简便，而热泵类的设备费用较高，特别是电污水源热泵还要包含修建污水池及厂内重新布置排水管道费用，电地源热泵则需要考虑打井、埋管、灌浆、回填等工艺，工程量增大，建设投资随之提高。

运行费用方面，以燃气为主的供热方式单位费用最高，这主要是受天然气价格的影响。生物质锅炉的单位费用处于中等水平，但其经济使用的前提是有充足的燃料保障。热泵较低的单位费用归功于其较高的能效比。因此即使是在以受电为主的东部沿海地区较高的能效比也足以弥补电价，这在燃气空气源热泵和燃气锅炉的单位费用上也得到了体现。

在仅考虑前期造价和年运行费用的情况下，以运营期15年为例，各供热方式全寿命期成本趋势如图2所示。燃气供热的总费用最高，虽然电污水源热泵和电地源热泵的初期造价较高，但由于年运行费用低，在运营期第5年后将低于燃气供热方式，且运行期越长，经济性越明显。生物质锅炉表现出了较好的经济性，而实际情况下热源周边可用燃料的数量和价格将对其成本起决定性作用。电空气源热泵在全寿命期内总费用最低，表现出的经济性最佳。

4 结语

1)当前政策条件下，采用分散式清洁能源供热是满足城市采暖需求的重要方式。在各类能源方式中，电、天然气和生物质都是成熟、可行的。

2)随着环保监察力度的加大，大型热电厂基本都已进行超低排放改造，使其在环境保护方面具有明显优势。生物质因成分复杂，使其排放指标相对其他能源形式较高。

3)结合实际工程发现电热泵供热方式具有较好的经济性，虽然电污水源热泵和电地源热泵初期造价较高，但随着运行期的增加，其经济性愈加明显。生物质锅炉供热在费用方面也具有一定优势，在资源丰富地区可以推广使用。燃气供热方式运行费用最高，长期运行将使供热企业面临不小的压力。综合考虑能源效率和环境保护性，在有条件的情况下应优先推行电热泵方式，其他方式在有条件的情况下可作为适当补充。