德国分散供暖方式分析及对我国农村采暖的建议

国家发展和改革委员会能源研究所 廖虹云

冬季采暖是北方地区的民生需求，当前居民生活水平的提升将推动北方地区冬季采暖需求的持续增长。我国北方地区采暖能源主要使用煤炭等不清洁能源，排放了大量的污染物，是我国北方地区雾霾形成的主要原因之一。特别是我国北方农村地区，还使用散煤以及粗放使用生物质能源供暖方式，产生了大量污染。因此应积极借鉴发达国家经验，推进我国农村地区的清洁低碳供暖。

一、当前我国农村地区采暖情况和发展趋势

据统计，我国北方农村约有居民6500余万户，建筑面积约72亿平方米。分户式取暖是我国农村地区主要的采暖方式，主要采用的采暖商品能源为散煤或型煤，薪柴、秸秆等非商品能源的直接燃烧使用也大量存在。北方农村一些地区薪柴、秸秆等生物质利用程度仍然较高，特别是东北农村地区。据统计，2018年我国农村住宅应用散煤1.3亿tce，生物质直接燃烧0.91亿tce，两者占农村住宅能耗的约72%。在具有农业和林业资源优势的地区，生物质仍是农村冬季供暖的重要组成部分。2016年国家提出大力推进北方地区清洁取暖，取得了明显的成效。我国北方农村地区的清洁取暖率在“十三五”时期由9%提高到了28%左右，重点地区的农村清洁取暖率达到了71%。但和城市、县城等地区相比，我国农村清洁取暖水平仍存在显著差距。未来，我国经济社会的发展将会带动北方农村地区采暖需求的提升。北方农村地区冬季室内温度将从刚刚好的“省着用”转向温暖的“舒服用”。此外，温室大棚等农业设施的发展，也将驱动取暖需求的大幅度增长。同时，随着我国环保约束的不断强化，需要进一步推进北方农村地区清洁采暖，碳达峰、碳中和目标也要求我国需要全面促进低碳甚至零碳发展，在这样的情况下，我国农村居民采暖走出一条低碳转型之路。

二、德国主要分布式和区域供暖方式在我国农村地区的适用性分析

在德国，集中供热主要用于大城市，2018年占全部供暖的比例大约为9%。其余地区，特别是农村地区，主要为分布式或者区域供热。主要的分布式和区域供热系统有小型生物质炉具、热泵、燃气锅炉、光伏供暖、生物质锅炉、柴油锅炉等。

（1）燃气锅炉。燃气锅炉是德国最为主要的供热方式，2018年占德国全部供暖的47%左右。其中，带有热泵的燃气热电联产系统主要用于城市地区，而微型燃料电池热电联产加调峰燃气锅炉主要用于农村地区。在我国，燃气供暖方式技术已经非常成熟，在城市和农村都有所应用，包括区域供暖的天然气锅炉和分散供暖的天然气壁挂炉等，适用范围较广，也是我国现在取代散煤取暖的改进方向之一。但受限于天然气供应条件、价格和碳达峰、碳中和目标的约束，在我国，燃气供暖未来发展存在一定的局限性。

（2）柴油锅炉。在德国，柴油锅炉技术比较成熟，对于基础设施的要求比较低，柴油在德国的价格相对来说也比较便宜。2018年德国燃油供暖占全部供热能源需求的22%左右。但是出于应对气候变化和环保要求，按照德国气候保护计划和2014年修订的建筑节能条例的要求，在2026年之后不再允许安装新的燃油供暖设备，既有燃油系统设备寿命满30年也必须淘汰。柴油锅炉技术成熟，对环境要求较低。但是在我国柴油价格高于天然气价格，其运行成本高于燃气供暖方式，柴油锅炉还需要农村家庭有储存柴油的空间且味道较重，居民接受度较低，同时柴油燃烧二氧化碳排放量较高，从实现碳达峰、碳中和的愿景来看不具有大范围推广的条件。

（3）生物质供暖。在德国，应用可再生能源进行采暖占全部采暖比例的约16%，其中约90%来源于生物质能，多数为应用生物质采暖炉具。当前德国可用于原木燃烧的柴火炉已经非常流行。据估计，几乎四分之一的德国家庭都完全或部分使用木材供热。德国生物质能较为丰富的村庄，可以应用生物质锅炉、生物质热电联产技术等，同时应用其他可再生能源，如大型太阳能集热器，作为生物质热源的补充。德国最早在2005年引进了生物质社区的理念，但一些生物质能源设备在2005年之前就已经投入试运行，在德国，约有65%的生物质能源社区是在2005到2011年之间建成的，截至2018年，德国已建成了151个生物质能源社区。生物质炉在我国的推广潜力较大，但需要加强排放监管。低排放生物质炉适用于分户式采暖，能够显著降低烟尘排放，但价格较高，适宜在私人别墅区或经济承受能力较好的农村地区尝试；分散式生物质供暖方式具备初投资低，运行灵活的优点，和燃煤相比运行成本较低，农村一般家庭水平基本能够承受，这种供暖方式在北方农村地区以及长江流域夏热冬冷地区，比如东北、西北及华北的部分农村地区比较适用，特别是一些禁止或限制煤炭使用，或不具备煤改气、煤改电条件的地区。在这些地区，分散式生物质炉具将可以成为替代散煤的主要方式，具有较大的推广应用潜力。但是生物质供暖仍然面临着一些问题，面临的最突出问题就是环保问题，集中式锅炉或者分户式炉具目前都尚无国家统一的排放标准，只有部分省份制定了相关标准，分散式生物质供暖由于排放监管较难，因此现在并没有明确鼓励推动。

（4）空气源热泵。德国自2000年起颁行了支持方案和监管文件，大力推动热泵的安装。2018年，德国安装了8.4万个用于供热的热泵，其中72%为空气源热泵。在新建建筑中，空气源热泵的市场占比为所有安装供热系统的33%。热泵在低温时利用热源产生的热量提升温度，在高温时提供散热功能，大多数热泵采用电动机驱动机械压缩机。自从德国出台规定了保证上网电价的《可再生能源法案》以来，屋顶光伏装置在独户住宅中的应用变得十分广泛。过去15年间，技术成本下降，电价上升，将屋顶光伏发电自用比接入电网更具有经济效益。因此德国尝试在空气源热泵系统中组合加装光伏和生活热水蓄能及电供热元件。这种组合系统使用可再生能源进行驱动，可以提高光伏系统的自发自用电量占比，减少供热的二氧化碳排放。此外，光伏装置与热水箱供热元件直接连接，在供热期以外的时间，可以关停热泵，直接用光伏制取热水。空气源热泵与光伏、生活热水器联合系统，空气即可作为热源，受各地区可利用的热源条件约束比较小，可以在我国较大范围内进行推广。这种热泵系统的优点是能够同时进行冬季的采暖、夏季的制冷需求，也能够同时提供生活热水和绿色电力，还可以节省大量电网增容改造投资，并能够同时享受光伏发电和清洁取暖政策支持，应用前景较好。但这种热泵的不足之处是热泵系统仅适合于太阳能光照资源较好、冬季室外最低气温-5℃以上的地区，当室外气温低于-15℃时，该热泵系统的性能就会下降，COP明显降低，不能很好地满足需求。因此室外温度过低的地区，即我国一些严寒地区不建议采用该热泵系统。城镇集中供热管网覆盖不到的区域，可以采用空气源热泵作为补充热源，同时也可以作为农村地区取暖主要热源方式之一。

三、对我国农村地区分散采暖的建议

（1）加快推进农村建筑节能改造。对农户进行围护结构保温改造后，可大幅降低农村住宅采暖能耗，因此进行房屋节能改造，加强农村建筑节能保温水平是降低我国农村采暖能耗和碳排放、推进农村地区清洁供暖低碳转型的基础。制定农村建筑规范和节能改造的标准，对农村建筑实施节能改造，使用空心砖等节能砖，对外墙、屋面、外门窗等进行保温改造，对农村供热管网、采暖系统等进行改造，降低采暖的能耗需求。有改造价值的既有农村居住建筑要进行节能改造。新建农村居住建筑要按照节能标准进行建造，对于一些太阳能丰富的地区，可以利用农村建筑屋顶的太阳能光伏设备实现全面的电气化，为农宅电力使用提供来源。

（2）推动农村地区供暖方式清洁低碳转型。我国农村地区供暖方式想要实现清洁低碳转型，不能采用我国当前城镇地区应用的集中式发展道路。而在碳中和的要求下，必须因地制宜。加大农村采暖用散煤的淘汰力度，一方面还要继续推进煤改气、煤改电的供暖方式，另一方面要进一步推进低碳甚至零碳的采暖技术，力争推动我国农村地区供暖方式实现低碳转型。一是积极推进生物质供暖方式。对于生物质能源丰富的地区，比如我国东北地区，应减少生物质能直接粗放燃烧的方式，可推广采用秸秆固化成型的技术手段，应用高效清洁炉具技术等方式进行供热，支持对高效节能低碳生物质炉具的研发和推广。生物天然气分布式采暖方式可以考虑应用在人口比较密集的农村住宅小区内。二是鼓励农村地区采用热泵等供暖方式。在一些电力资源特别是可再生能源电力比较丰富的地区，可以考虑大规模应用热泵和蓄热空调的方式，以替代散煤等不清洁的采暖方式。华北、西北等冬季温度不会特别低的地区可优先考虑采用空气源热泵的取暖方式，对既有农宅可采用空气源热泵热风机，对新建农宅可采用“空气源热泵+地板供暖”的采暖方式。严寒地区的农村住宅建筑可考虑采用电直热+建筑物储热方式，并推进结合高效燃烧器、低温水热系统、储热水箱和智能温控系统的生物质供热技术。三是开发余热、沼气等其他特色能源进行农村地区供暖。一些靠近城镇的农村地区，或具有较多工业的农村地区，拥有工业余热等资源，可以通过利用这些热力资源、建设部分集中供热管网输送热源的方式为农村地区提供采暖。一些具有地热能资源的农村地区也可以使用中深层地热资源等为其提供采暖的热源。在一些养殖业比较发达的农村地区，可以推广粪污能源化利用方式，沼气工程可以在处理畜禽粪污时提供大量能源，降低二氧化碳的排放。在一些太阳能资源比较丰富的地区，可采用被动式太阳房结合主动式的太阳能取暖方式进行采暖。由于直接电加热采暖的不经济性，在我国农村地区，原则上不鼓励采用直接电加热采暖的方式，只在缺乏其他经济清洁热源时，或者能够获得廉价甚至免费的可再生能源电力时，才考虑直接电加热的采暖方式。

（3）落实政策保障，推进农村分布式清洁供暖。一是推进研究适宜我国本地的农村分布式清洁供暖技术。开展包括但不限于空气源热泵、生物质锅炉、太阳能采暖等采暖技术的研究。结合我国居民生活习惯和我国国情推动相关清洁低碳供暖技术的本土化，关注并降低其污染物排放水平，鼓励推进技术创新和产学研一体化合作。二是试点探索低碳供暖技术在我国农村不同地区的适用性。在我国不同气候条件地区和不同环境下开展供暖技术的试点研究工作，测试不同清洁低碳供暖技术应用不同燃料的适应性和污染物排放水平。总结试点经验，再逐步进行全国范围内的农村分布式清洁供暖技术的推广。三是完善供暖技术相关标准体系。研究制定生物质成型燃料锅炉污染物排放标准、节能环保炉具标准等与清洁供暖相关的技术标准。建立生物质能源供暖方式、空气源热泵供暖方式等相关关键技术和相关污染物排放的标准体系，严格农村地区清洁取暖项目的准入门槛。四是制定完善促进农村清洁供暖的激励政策。第一，应用财税激励政策促进农村地区采暖的清洁低碳转型，如对农村清洁取暖项目进行补贴。对农村居住建筑进行节能改造的财政支持力度。对改造建设生物质热电联产的企业进行投资支持。对购买安装使用空气源热泵、清洁炉具的居民予以补贴。对低收入群体应用清洁低碳的采暖方式加大政府资金的支持力度。第二，应用价格政策促进农村清洁采暖，如探索针对农村居民应用可再生电力进行采暖的，取消阶梯电价。探索针对农村地区应用分户天然气进行采暖的，取消阶梯气价。五是加强农村地区清洁供暖的宣传培训。利用农村地区居民喜闻乐见的电视、广播、互联网等大众宣传媒体，宣传农村居民建筑节能改造、农村地区采暖清洁低碳转型的重要性。在农村地区组织开展生物质能源采暖方式、新型炉具应用方法、可再生能源、空气源热泵等使用方法的宣传和培训，带动农村地区居民接受清洁低碳的农村供暖新方式。