高质量导入余热基础设施 打造北方清洁取暖升级版

姚明涛 付毕安 康艳兵

我国北方地区余热资源丰富、技术可及，可作为基础供热负荷满足北方城镇冬季取暖需求。太原市创新利用余热资源，率先导入余热基础设施，破解了城镇取暖安全、经济、清洁等因素相互掣肘的难题，具有重要的示范意义。当前，北方多个城市计划效仿“太原模式”，推进余热基础设施规划建设。面向“十四五”，应将余热基础设施作为盘活北方清洁取暖全局的“棋眼”，率先推动北方城镇清洁取暖取得突破，并带动城乡基础设施一体化水平提升，加快打造北方清洁取暖升级版。

一、北方地区余热资源利用潜力与可行性

北方地区余热资源潜力巨大。我国北方地区高耗能产业聚集，生产过程中释放出来的余热资源非常丰富，主要以中低品味余热资源为主，占比约为60%。当前，我国余热资源开发利用率仅为43%，其中高品味余热资源基本得到充分利用，已开发利用的比例超过80%，而中低品味余热尚未得到有效利用。经有关机构调研分析，2018年，我国电力、钢铁、有色、建材、化工等五大高耗能行业共9种子产品的低品位余热资源总量为7.4亿吨标煤，可开发利用的低品位余热资源量为5.3亿吨标煤，占到总资源量的72%。而2018年我国北方城镇供暖能耗为2.12亿吨标煤，仅电力行业低品位余热资源便可满足北方城镇供暖需求。

北方地区余热资源技术可及。技术创新延伸了热源供热半径，余热资源可及性得到进一步提升。自上世纪80年代初，北京市石景山热电厂向城区供暖距离已达20公里，目前20公里左右的长距离供暖技术已非常成熟。本世纪初，北京市三里河热电厂向通州区进行跨区域供暖的距离达到30公里。从有关机构调研情况来看，北方地区各类工业企业（如钢铁、水泥、有色、石化等）建设过程中，均已考虑交通运输、城市生活区距离等因素，各大生产企业距离周边城市均在50公里以内，大部分企业在30公里以内，余热资源技术可及。以唐山市为例，城市周边的钢铁企业基本在市中心半径25公里以内。对于余热资源丰富而采暖需求较小的城市，已经具备与周边余热资源匮乏但采暖需求较大的城市进行余热资源统筹规划，探讨跨区域支援、多城联网供暖的可行性。

二、北方地区余热基础设施规划建设进展

山西省太原市依托供热新技术，充分挖掘远离城市的电厂余热，对推进北方城镇清洁取暖具有极大的示范效应。太原市创新采用“大温差长距离供热”示范技术，于2016年采暖季前建成投运长距离输热示范工程，将40公里外已有燃煤电厂原本直接释放到空气中的低于40度的余热引入市区，形成了以远离城市的电厂余热承担基础取暖负荷、市内分布式燃气和原有热电厂分别负责调峰和备用，依托“全市一张网”统一调配热源的清洁供热模式。目前，该项目的供热面积已超过7000万平方米，承担了太原市三分之一的供热任务。通过高质量导入余热基础设施，太原市破解了城镇取暖面临的安全、经济、清洁等因素相互掣肘难以平衡的难题。一是有效提升了能源供应安全水平。为实现燃煤小锅炉“清零”，太原市原计划集中上马8个大型燃气热电联产项目，但这样会大幅度提高冬季天然气需求。通过电厂余热供暖项目，缓解天然气供需突出矛盾，有力保障了太原百姓温暖过冬，供气和供热实现“双保”。二是以政府低负担赢得民生高回报。电厂余热供暖项目包括远郊电厂改造、长距离输热管网建设、市内热力站改造在内的初始投资合计67亿元，每平方米供热面积投资不到100元，与现有燃煤锅炉成本相当，远低于天然气供热成本。太原市政府没有背上高额补贴包袱，居民采暖价格保持稳定，政府和群众实现“双赢”。三是取得了显著的环境效益。电厂余热供暖项目成功运行，推动太原关停了市区四台30万千瓦燃煤热电机组，替代燃煤锅炉房4505座，拔掉燃煤烟囱5017根，每年减少煤炭消费200万吨，腾退出市内锅炉房和煤灰占地近6000亩，能耗和排放实现“双降”。

北方多个城市积极效仿“太原模式”，推进余热基础设施规划建设。大温差长距离余热供暖工程安全平稳运行3年来，太原市实现了改善民生、拉动经济、节约资源、保护环境的共赢，作为热源的古交兴能电厂则因为颠覆认知而成为供热行业的“明星”，由远离市区的发电厂变为城市供热市场的绝对主力，实现了由单一发电向能源梯级利用的转变。北方众多城市，特别是供热需求刚性增长的省会城市，纷纷计划效仿“太原模式”推进自身供热革命。目前，石家庄、郑州、银川等正在加快推进，济南、呼和浩特、西安等正在积极论证可行性。经初步统计，北方各城市进入规划实施阶段的供热面积已将近4亿平方米。此外，胶东半岛地区还研究推动将核电海水淡化与余热供暖等功能融合，构建长距离“水热同送”一体化管网，通过进一步跨界打造“太原模式”升级版。

三、北方地区导入余热基础设施的总体定位

余热基础设施可作为盘活北方冬季清洁取暖的“棋眼”，推动北方城镇清洁取暖率先取得突破。我国北方地区煤电、钢铁、石化等产业聚集，工业余热资源不但潜力巨大，采集成本也具有较大优势。从理论上讲，当供热距离小于100公里时，长距离余热供暖将比燃煤锅炉更具有经济性;当供热距离小于300公里时，其成本将低于天然气供热。从项目实践来看，当前导入的长距离余热供暖热源均在所在城市具有较大成本优势。据有关机构调研，北方地区各主要城市方圆100公里内，基本都存在大型高效电厂或高耗能企业。高质量导入余热基础设施，可以作为盘活我国北方清洁取暖全局的“棋眼”，既有利于在基础设施领域创造长距离输热管网、水热同送一体化管网、城市大温差能源站等新的投资方向，也可通过推动城市设施更新再造提高长期增长潜力。若按照当前北方城镇供热面积的50%（约70亿平方米）计算，采用一定距离的余热供暖，通过替代中心城区、管线沿线县市及乡镇现有小型燃煤电厂及锅炉，每年可减少煤炭消费1亿吨，相应减少二氧化碳排放量2.6亿吨，降低二氧化硫等常规污染物排放超30万吨，直接拉动投资近7000亿元。

余热基础设施可作为提升城乡基础设施一体化水平的新方向，切实缓解北方农村清洁取暖保供压力。我国城乡发展差距在基础设施方面尤为明显，2018年，北方城镇地区清洁供暖率已达到68.5%，而农村地区清洁取暖率仅为24%。推动城镇供热基础设施向农村延伸，实现城镇与农村供热基础设施服务功能有机衔接，将是提升城乡基础设施一体化水平的新方向。高质量导入余热基础设施，在为城市提供供热服务的同时，也可以向管网沿线县城及农村地区居民供热，未来城市群及都市圈热网的互联互通更将对带动沿线县城及农村地区供热基础设施水平提升、提升供热普遍服务水平带来积极作用。此外，与城镇地区相比，农村地区天然气供应保障能力相对较弱，若城镇清洁取暖过于依赖天然气，将在一定程度上增加农村地区冬季取暖的资源保供压力。根据有关机构测算，预计到2030年我国城镇采暖面积将从2018年的147亿平方米增长至200亿平方米，若以天然气作为重要清洁热源，北方地区用于采暖的天然气消费量将达到760亿立方米;而通过导入余热基础设施可将用于采暖的天然气消费量降低至390亿立方米，节约近370亿立方米的天然气资源。从城镇取暖领域节约的天然气资源，将有助于缓解“煤改气”推进过程中的天然气保供压力，化解城镇与农村地区协同推进清洁取暖过程中的“争气”问题，将有助于从全局提升国家能源安全保障能力，并进一步优化天然气利用方式。

四、加快导入余热基础设施的政策建议

（一）以跨区域统筹构建余热资源更大范围优化配置新格局

各类工业企业普遍远离城镇，导致城市、城乡间余热资源与取暖需求存在严重的不平衡，发展长距离输热管网是创新利用余热资源的必由之路，但就必然涉及地区间利益平衡，特别是部分跨省余热调配项目需要进一步加强统筹。应聚焦余热利用带来的煤炭消费减量、二氧化碳排放量减少、天然气资源节约、可再生能源消纳促进等效益，推动相关指标跨区域调配，以效益共享促进余热资源优化配置。

（二）以跨行业协调建立热源、热用户供需激励相容新机制

余热供暖的核心是把工业生产产生的余热以梯级利用方式转为民用，实现变废为宝，从城市返回工业用户的回水温度越低越高效，但当前按热量计价模式易使供需双方偏离合理技术路线。应在热源与城市供热企业间探索建立按回水温度结算的动态热价机制，促进供热企业以降低回水温度为导向加大城市热力站等市政基础设施改造力度，进而促进热源企业有动力挖掘更大规模更低成本的余热资源，实现激励相容。

（三）以多方式协同赋予余热、天然气供暖优势互补新定位

余热供暖具有清洁低碳、经济可行、安全高效的综合优势，可在北方城镇供暖中承擔基本热负荷，极端天气下激增的热负荷需求可发挥天然气供暖的调峰优势，进而推动多种供热方式各取所长、优势互补，将“宜气则气、宜电则电、宜煤则煤”的要求落到实处。应在“十四五”时期进一步提高余热资源在北方清洁取暖工作中的定位，将其作为城镇供热系统调结构、保供应的优先选项，转变以新建燃煤热电联产或燃气锅炉为主的惯性发展方式。

（四）以多设施融合打造热电气水基础设施跨界联动新示范

余热供暖一头连着煤电、核电等能源设施，一头连着城市热力站等市政设施，中间长距离热力管网更是跨区域的新生事物，北方沿海地区还可通过水电同产、水热同送促进余热基础设施融合升级，打造热电气水基础设施跨界联动新示范，推动基础设施发展从按需匹配转向超前引领。应在“十四五”时期以余热供暖为切入点，积极谋划一批支撑区域协调发展、助推产业转型升级的重大基础设施工程，进一步拓展发展空间。

（作者单位：国家发展改革委能源所）