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清潔能源供暖,不只省下“一塊錢”

科技日報發(fā)布時間:2023-02-09 09:30:30  作者:都 芃

  近年來,以核能、風(fēng)能、太陽能等為代表的清潔能源在我國能源消費中的占比不斷提升。國家發(fā)展改革委公布的數(shù)據(jù)顯示,2021年,我國清潔能源消費占比達到25.5%。正如一條“鯰魚”,雛形初現(xiàn)的清潔能源供暖攪動傳統(tǒng)能源主導(dǎo)的供暖領(lǐng)域,為供暖領(lǐng)域瞄準“雙碳”目標,開展智慧轉(zhuǎn)型,帶來更多可能。

  山西靈丘縣,群山環(huán)抱。西北風(fēng)呼嘯著掠過山尖,整個縣城冷得在風(fēng)中打顫。去年入冬以來,靈丘縣室外氣溫多次突破零下10攝氏度。但在該縣五靈鎮(zhèn)易地扶貧搬遷戶王期兵的家中,暖氣熏得人暖洋洋的,室溫達到20攝氏度。

  不再需要燒煤,憑借風(fēng)電供暖,王期兵享受到了和城市同樣的供暖服務(wù)。“咋也沒想到吹了一輩子的山風(fēng),現(xiàn)在能供暖了。”王期兵感到不可思議。

  近年來,以核能、風(fēng)能、太陽能等為代表的清潔能源在我國能源消費中的占比不斷提升。國家發(fā)展改革委公布的數(shù)據(jù)顯示,2021年,我國清潔能源消費占比達到25.5%。

  在冬季大氣污染治理以及“雙碳”目標壓力下,我國居民的取暖方式正變得“百花齊放”,核能供暖、風(fēng)電供暖、生物質(zhì)能供暖、地?zé)崮芄┡惹鍧嵞茉垂┡绞郊铀倨占啊?/p>

  《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中明確,太陽能熱利用、地?zé)崮芄┡?、生物質(zhì)供熱、生物質(zhì)燃料等非電利用規(guī)模達到6000萬噸標準煤以上。

  面對既定的“雙碳”目標,推動供暖能源清潔化、低碳化已從一道“選答題”逐漸成為“必答題”,我國正在加速探索如何“解題”。

  清潔能源供暖,雨后春筍般發(fā)展

  “不用燒煤了以后,我們把鍋爐都當(dāng)廢鐵賣了。”山東海陽市豐源熱力有限公司是海陽市供熱特許經(jīng)營企業(yè),該公司生產(chǎn)技術(shù)部經(jīng)理李??聘嬖V科技日報記者,自核能供暖啟用后,該公司原有換熱站40噸熱水鍋爐已經(jīng)拆除。

  2021年,依托海陽核電站,我國首個也是最大的商用核能供熱項目“暖核一號”二期工程正式投運,供暖范圍覆蓋海陽主城區(qū),讓20萬居民享受到了核能帶來的溫暖,海陽也成為我國首個“零碳”供暖城市。

  同年,秦山核電與海鹽縣簽訂協(xié)議,雙方合作開展“浙江海鹽核能供熱示范工程”,這是我國南方地區(qū)首個核能供熱工程。建成后的首個供暖季,4000余戶海鹽居民享受到了和北方城市一樣的“暖氣自由”。預(yù)計到2025年,該項目全面建成后,供暖面積將達到400萬平方米,基本覆蓋海鹽主城區(qū)和秦山街道、澉浦鎮(zhèn)。

  2022年末,遼寧紅沿河鎮(zhèn)也依托當(dāng)?shù)丶t沿河核電站,成為東北首個核能供暖地區(qū)。

  清潔能源參與供暖并非近年才有的新鮮事。

  在2016年底召開的中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議上,習(xí)近平總書記強調(diào),推進北方地區(qū)冬季清潔取暖,關(guān)系北方地區(qū)廣大群眾溫暖過冬,關(guān)系霧霾天能不能減少,是能源生產(chǎn)和消費革命、農(nóng)村生活方式革命的重要內(nèi)容。要按照企業(yè)為主、政府推動、居民可承受的方針,宜氣則氣,宜電則電,盡可能利用清潔能源,加快提高清潔供暖比重。

  隨后,清潔能源供暖如雨后春筍般發(fā)展。

  “暖核一號”一期工程在2019年11月率先建成。風(fēng)電供暖則起步更早。2018年,國家電力投資集團有限公司(以下簡稱國家電投)于山西靈丘縣投資建設(shè)40萬千瓦風(fēng)電供暖項目,成為我國目前建設(shè)的最大風(fēng)電供暖項目。7000余名易地扶貧搬遷居民享受到了風(fēng)電帶來的溫暖。

  過去數(shù)年間,在內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林等風(fēng)電資源較為充足的地區(qū),國家電投、國家能源集團、華能集團等大型能源企業(yè)先后投資建設(shè)多個風(fēng)電供暖項目,總裝機容量突破百萬千瓦。

  “風(fēng)電供暖需要先將電能轉(zhuǎn)化為熱能。”山西靈丘風(fēng)電供暖項目負責(zé)人、國家電投河北公司(雄安公司)晉北區(qū)域新能源總站副站長曹孝斌向記者介紹,風(fēng)電供暖常用的電熱轉(zhuǎn)化設(shè)備為蓄熱電鍋爐。以山西靈丘風(fēng)電供暖項目所用蓄熱電鍋爐為例,其主要包括電阻絲及蓄熱磚。蓄熱磚由氧化鎂磚和氧化鋁磚組成,能夠被加熱到700攝氏度以上并進行儲熱。除熱源不同外,蓄熱電鍋爐的換熱原理和換熱流程與傳統(tǒng)燃煤鍋爐基本一致,因此基礎(chǔ)設(shè)施可實現(xiàn)共通共用。

  除集中供暖外,近年來,清潔能源在分布式供暖中也逐漸扮演重要角色。生物質(zhì)能作為其中之一,在農(nóng)村地區(qū)散煤替代中發(fā)揮著重要作用。

  生物質(zhì)能是秸稈等農(nóng)林廢棄物經(jīng)專業(yè)加工后制成的清潔能源。雖然燃燒過程會釋放部分二氧化碳,但從全生命周期來看,其仍然是零碳排放能源,且相比散煤較少產(chǎn)生硫氧化物、氮氧化物等污染物。

  隨著相關(guān)技術(shù)不斷取得突破,生物質(zhì)能發(fā)展逐漸加速。如上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院有限責(zé)任公司(以下簡稱上海成套院)憑借國內(nèi)首次研發(fā)出的黑顆粒高溫水洗技術(shù),開發(fā)出了移動式綠能顆粒生產(chǎn)裝置“秸能一號”,有效破解了生物質(zhì)能燃料儲運不便、價高質(zhì)低等瓶頸。目前,該裝置已在黑龍江省佳木斯市“一區(qū)三縣”開展供暖散煤替代試運行,預(yù)計將在2024年實現(xiàn)佳木斯全市域農(nóng)村約1000萬平方米清潔取暖散煤替代。

  算經(jīng)濟賬,更要算生態(tài)賬

  “溫暖一座城 湛藍一片天”,這是海陽開展核能供暖時經(jīng)常提到的一句口號,后來這句口號又補充了半句,“少交一塊錢”。

  2021年,海陽核電“暖核一號”二期工程正式投運后,海陽居民的取暖費不升反降,由過去的每平方米22元降至21元。核能供暖給當(dāng)?shù)鼐用駧砹丝吹靡姷膶嵒荨?/p>

  取暖費下降背后,是供暖企業(yè)省下的真金白銀。

  此前供暖季,當(dāng)?shù)毓┡疽獜暮颖钡鹊刭徺I至少18萬噸原煤,燃煤鍋爐配套的脫硫設(shè)備等還需額外耗電。不再需要燃煤供暖后,其一年僅耗電量便可減少900萬度。開啟核能供暖后,海陽市已將12臺燃煤鍋爐全部拆除,熱力企業(yè)改為從核電站購買熱源,再利用原有管網(wǎng)輸送熱源,由此省去了大筆設(shè)備、人工、運維等費用,居民取暖成本得以降低。

  海鹽居民對此同樣有切身感受。此前海鹽縣楓葉小區(qū)取暖主要依靠小區(qū)自建的天然氣供暖設(shè)備,每個供暖季物業(yè)向居民收取每平方米46元的取暖費。而在核能供暖覆蓋該小區(qū)后,其取暖費價格下降為每平方米30元。

  居民得實惠,企業(yè)同樣不吃虧。

  風(fēng)電企業(yè)開展供暖業(yè)務(wù)更加看重其消納“棄風(fēng)”的價值。由于風(fēng)電具有較強的不穩(wěn)定性,通常一定區(qū)域范圍內(nèi)的風(fēng)電存在上網(wǎng)總量限制,即發(fā)出的電力并不一定能夠全部并入電網(wǎng),超出限制無法上網(wǎng)的風(fēng)電被稱為“棄風(fēng)”。風(fēng)電供暖項目則為消納“棄風(fēng)”提供了適宜場景。

  曹孝斌表示,風(fēng)電供暖項目能為風(fēng)電企業(yè)帶來整體效益改善。按照相關(guān)規(guī)定,風(fēng)電供暖項目所用電量可以按照一定比例轉(zhuǎn)換為風(fēng)電場增加的上網(wǎng)電量。

  以山西靈丘風(fēng)電供暖項目為例,其每個采暖季可消耗電力約1億千萬時,其中可利用電網(wǎng)谷段電力約9600萬千瓦時。

  “如果這部分谷段電力全部來自原本的‘棄風(fēng)’電力,即使按照平價電價計算,增加的這部分上網(wǎng)電量每年便可為電廠增收2810余萬元。”在曹孝斌看來,在風(fēng)電限電較高的區(qū)域,此類項目意義更大,可以顯著提升風(fēng)電利用率,減少限電損失。

  清潔能源供暖不僅要算經(jīng)濟賬,更要算生態(tài)賬,生態(tài)賬比經(jīng)濟賬更加亮眼。

  山東核電提供的數(shù)據(jù)顯示,截至2023年1月底,“暖核一號”項目已完成三個供暖季,正在進行第四個供暖季供暖任務(wù),累計對外提供清潔熱量381.5萬吉焦,減少原煤消耗34.3萬噸,減排二氧化碳63萬噸;靈丘40萬千瓦風(fēng)電供暖項目,發(fā)電及供暖每年可為國家節(jié)約標煤28萬噸,減排二氧化碳80萬噸。

  上海成套院董事長、黨委書記顧皚在談到生物質(zhì)能參與供暖時表示,未來碳交易市場的不斷發(fā)展,或?qū)⒂行胶馇鍧嵞茉垂┡瘞淼纳鷳B(tài)價值與經(jīng)濟價值。“比如北京目前碳交易價格每噸二氧化碳約為100元,而每噸生物質(zhì)能顆粒燃料可減排二氧化碳2.6噸,那么便可額外獲得收益260元。”

  “宜”字當(dāng)先,不能盲目上馬

  面對清潔能源供暖這道“必答題”,一系列“答案”已浮出水面。雖然選擇眾多,但因地制宜仍然是首要標準。

  中國工程院院士倪維斗看好生物質(zhì)能供暖在農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)用。他認為,對缺少集中供暖基礎(chǔ)設(shè)施的農(nóng)村地區(qū),生物質(zhì)能供暖作為分布式的清潔能源供暖方式是更加適宜的選擇。

  生物質(zhì)能原料來自于農(nóng)林廢棄物,獲取便捷,經(jīng)專業(yè)加工后可直接燃燒使用,無需額外購買設(shè)備,具有成本低、使用便利的特性,適于農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用。但倪維斗也強調(diào),生物質(zhì)能屬于分布式能源,應(yīng)就近利用,一旦運輸距離過長,不僅成本提升,其運輸過程也會額外消耗大量能源,應(yīng)因地制宜進行規(guī)劃。

  在集中供暖中應(yīng)用清潔能源,選擇什么樣的清潔能源供暖方式同樣重要。清潔能源開發(fā)受環(huán)境因素影響大,不同的清潔能源供暖方式有著顯著的區(qū)域性。

  目前核能供暖的覆蓋范圍最高可達核電站周邊200至300公里,但采用熱電聯(lián)產(chǎn)式的核能供暖機組運行時需大量冷水進行冷卻,因此僅適用于部分沿海地區(qū)。內(nèi)陸地區(qū)想用上核能供暖,則要寄希望于低溫供熱堆。如中核集團研發(fā)的“燕龍”泳池式低溫供熱堆已列入吉林省遼源市相關(guān)項目規(guī)劃。

  風(fēng)電供暖則對地區(qū)風(fēng)力資源有著較高要求,尤其看重當(dāng)?shù)仉妰r成本。“風(fēng)電供暖項目建設(shè)要因地制宜,除風(fēng)力資源外,還要充分考慮當(dāng)?shù)胤骞入妰r差、電成本或供熱補貼政策等因素。”曹孝斌提到,目前不同地區(qū)對于風(fēng)電供暖用電價格仍未有統(tǒng)一的政策標準,如部分地區(qū)可參照享受居民“煤改電”用電電價,但也有部分地區(qū)無相關(guān)政策。

  對缺乏供暖基礎(chǔ)設(shè)施的南方地區(qū),政府、企業(yè)、居民間的配合至關(guān)重要。

  負責(zé)海鹽核能供暖項目建設(shè)運營的浙江零碳熱力有限責(zé)任公司總經(jīng)理陳鸝鸝提到,其所在公司主要負責(zé)海鹽核能供熱工程主管網(wǎng)建設(shè),而主管網(wǎng)到居民家中的配套支網(wǎng)建設(shè)主體并不明確,權(quán)責(zé)劃分不清晰,導(dǎo)致資金無法落實,項目推進困難,有待相關(guān)部門提供進一步的政策指引。

  同時,陳鸝鸝表示,南方地區(qū)開展清潔能源集中供暖面臨管網(wǎng)建設(shè)工程量大,項目投資額度大等瓶頸。項目建設(shè)亟須拓寬融資渠道,落實政策扶持,并加深居民對于核能供暖的認知與了解。

  清潔能源供暖作為新興事物正蓬勃發(fā)展,但目前仍面臨較大不確定性,各地區(qū)需結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源稟賦、資金情況、相關(guān)政策摸索前行。

  “不論是集中還是分布式清潔能源供暖,都在特定區(qū)域和一定邊界下具備較好效益和推廣價值,不同技術(shù)選擇都需要因地制宜、一事一議,定制化地進行路線選擇和方案設(shè)計。” 顧皚總結(jié)道。

  不僅要瞄準未來,還要兼顧當(dāng)下

  清潔能源供暖方興未艾,但與此同時,部分傳統(tǒng)供暖企業(yè)卻陷入舉步維艱的困境。

  在2022年供暖季中,黑龍江鶴崗等多個地區(qū)因供暖公司虧損加劇,導(dǎo)致供暖暫停。

  清潔供熱產(chǎn)業(yè)委員會宣傳部部長孫小宇告訴記者:“目前北方集中供暖的熱價都是政府批復(fù)的指導(dǎo)熱價,市場的調(diào)節(jié)能力不足。近兩年煤炭價格大幅上漲,多地?zé)醿r處于‘倒掛’狀態(tài),許多企業(yè)在‘賠本’供熱。”

  孫小宇建議,當(dāng)下應(yīng)開展熱力市場化改革,理順能源價格與熱價關(guān)系,實施能源價格與熱價聯(lián)動。建立成本信息檔案,健全有效的成本約束機制,明確合理價格及聯(lián)動標準,使政府定價能夠覆蓋各環(huán)節(jié)成本,實現(xiàn)政府的民生責(zé)任、居民的取暖需求以及企業(yè)的合法權(quán)益相統(tǒng)一。

  對清潔能源供暖來說,熱價同樣是有力的“指揮棒”。讓熱價“動起來”,不僅將改善傳統(tǒng)供暖企業(yè)生存狀況,同時也有利于清潔能源供暖發(fā)展。

  一方面,以煤炭為代表的傳統(tǒng)化石能源價格時有波動,當(dāng)與熱價聯(lián)動后,成本較為穩(wěn)定的清潔能源將更具優(yōu)勢,增加地方政府和企業(yè)的投資積極性。

  國家電投核能發(fā)展總工程師,山東核電有限公司黨委書記、董事長吳放舉例說,核能供暖項目投產(chǎn)后,核燃料價格占總成本比重較小,也更加穩(wěn)定,不會受到化石能源價格波動影響。

  另一方面,清潔能源供暖也亟須建立符合自身特點的熱價體系。

  曹孝斌認為,現(xiàn)有的熱價定價機制仍是以火電為基準,作為未來新型電力系統(tǒng)的重要組成部分,清潔能源綜合價值應(yīng)高于火電。因此推廣應(yīng)用清潔能源供暖項目,需要建立相應(yīng)的成本監(jiān)審體系,提高清潔能源熱價定價標準,充分體現(xiàn)清潔能源價值,從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

  熱價改革著眼于解燃眉之急。瞄準未來,供暖領(lǐng)域正醞釀一場真正的智慧轉(zhuǎn)型。

  全面提升供熱系統(tǒng)能效與智能化水平,構(gòu)建安全低碳、清潔高效、智慧經(jīng)濟的新型供熱系統(tǒng),推進城鄉(xiāng)供熱節(jié)能低碳轉(zhuǎn)型,將成為推動“雙碳”目標落實的重要舉措,清潔能源也將在其中扮演重要角色。

  孫小宇表示,智慧供熱是未來供熱領(lǐng)域的一場系統(tǒng)化改革,在熱源側(cè)要推動清潔能源更多參與供暖并推廣多能互補模式;在熱網(wǎng)側(cè)則要推進系統(tǒng)節(jié)能降碳改造,提升建筑能效水平;用戶端需要進一步普及熱計量收費替代傳統(tǒng)的按取暖面積收費,為智慧供熱打下基礎(chǔ)。

  正如一條“鯰魚”,雛形初現(xiàn)的清潔能源供暖攪動傳統(tǒng)能源主導(dǎo)的供暖領(lǐng)域,為供暖領(lǐng)域瞄準“雙碳”目標,開展智慧轉(zhuǎn)型,帶來更多可能。(記者 都 芃)

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