城市中具有大量沒有得到充分利用的熱能，尤其是廣泛存在的太陽(yáng)能、地?zé)?、污水、江河水、空氣中的低品位熱能，以及鋼鐵、化工等工業(yè)過程中的熱能。以工業(yè)熱能利用為例，據(jù)估計(jì)，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的低品位熱量（低于100℃）達(dá)到5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上，但利用率僅不足3%，由此帶來(lái)的資源浪費(fèi)與減排壓力不容忽視。
城市作為能源的主要消費(fèi)市場(chǎng)，有必要盡可能挖掘低品位熱力資源利用潛能，這正應(yīng)是城市節(jié)能降碳的必要路徑。
而以“電熱協(xié)同、跨網(wǎng)互濟(jì)”為核心理念的城市清潔電熱協(xié)同網(wǎng)解決方案，致力于通過一系列電熱轉(zhuǎn)換先進(jìn)低碳技術(shù)的聚合建立新型電熱互動(dòng)關(guān)系，在打破熱能產(chǎn)-用時(shí)空障礙、獲取低成本靈活性資源、實(shí)現(xiàn)城市熱能“應(yīng)用盡用”的同時(shí)，有效提升城市能源系統(tǒng)平衡能力與綜合能源利用效率，助力城市優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，最終支撐以可再生能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，服務(wù)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。
低品位熱能高質(zhì)量利用迫在眉睫
工業(yè)部門是城市低品位熱能資源最為豐富的領(lǐng)域。據(jù)國(guó)外研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)部門對(duì)化石能源的利用過程中，被有效利用的能源量?jī)H占40%，其余60%都最終轉(zhuǎn)化為了余熱。
目前，熱力供給中煤炭、天然氣占比超過90%。由于大量低品位工業(yè)熱能利用長(zhǎng)期得不到重視，造成了大量的能源資源浪費(fèi)與高碳、高污染物排放，也帶來(lái)了環(huán)境治理成本的居高難下。
建筑用熱和工業(yè)過程用熱各占熱力消費(fèi)總量約50%。化石能源作為約束逐漸趨緊的高品位能源，用來(lái)供給建筑和非能源密集型行業(yè)所需的低品位熱力無(wú)疑是能源品位上的浪費(fèi)。因此，低品位熱能利用已迫在眉睫。
從熱力需求側(cè)看，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化工作持續(xù)推進(jìn)，城鎮(zhèn)集中供暖建筑面積仍將不斷增加，這正意味著未來(lái)巨大的熱力消費(fèi)增量市場(chǎng)。
但在供給側(cè)，在我國(guó)存量煤電到期關(guān)停、嚴(yán)控新建煤電的發(fā)展戰(zhàn)略下，僅依靠熱電聯(lián)產(chǎn)供熱將較難以滿足用熱需求。與此同時(shí)，煤電轉(zhuǎn)向電力靈活性調(diào)峰主體可能同時(shí)帶來(lái)熱力供應(yīng)的波動(dòng)性，使得電與熱矛盾凸顯，這就需要從目前的“以熱定電”模式轉(zhuǎn)向“電熱協(xié)同”的多種制熱蓄熱協(xié)同互補(bǔ)模式。
不僅如此，未來(lái)，隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，以及供熱電氣化的逐步普及，熱力消費(fèi)的巨大需求和周期性變化意味著簡(jiǎn)單的電能替代將大大增加電力峰谷差，給電力穩(wěn)定供應(yīng)帶來(lái)較大沖擊的同時(shí)，也將帶來(lái)用熱成本的大幅上升。因此，有必要探索供熱電氣化支撐新型電力系統(tǒng)構(gòu)建、協(xié)同降低用能成本的新路徑。
筆者認(rèn)為，隨著技術(shù)進(jìn)步，充分利用工業(yè)余熱、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿鹊吞嫉牡推肺荒茉垂?yīng)低品位熱力需求，是城市節(jié)能降碳的現(xiàn)實(shí)必要路徑，將成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要突破口。
“城市清潔電熱協(xié)同網(wǎng)”正獲得共識(shí)
雖然低品位熱能利用存在較大復(fù)雜性，但以電力驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的新一代供熱技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)⑦@些低品位熱能整合到熱網(wǎng)中。
事實(shí)上，當(dāng)下，以實(shí)現(xiàn)低品位余熱“應(yīng)用盡用”為目標(biāo)的城市清潔電熱協(xié)同網(wǎng)解決方案正形成多方共識(shí)。由于其在工業(yè)生產(chǎn)過程中適用范圍廣泛，可以說是一項(xiàng)具有顛覆性意義的技術(shù)革命。
所謂“城市清潔電熱協(xié)同網(wǎng)”，是以數(shù)字化為引領(lǐng)，以高質(zhì)量電氣化為基礎(chǔ)，以5D低碳技術(shù)（數(shù)字化管理、需求管理、分布式、熱電解耦協(xié)同、脫碳）為驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)低品位熱能高質(zhì)量利用，提升能源綜合利用能效的城市新型能源基礎(chǔ)設(shè)施。
這里“電熱協(xié)同”體現(xiàn)在，對(duì)于熱網(wǎng)系統(tǒng)，在熱用戶終端采用電力驅(qū)動(dòng)的高效熱泵，以熱網(wǎng)介質(zhì)為熱源制熱，供熱參數(shù)可以通過調(diào)節(jié)熱泵的變頻靈活調(diào)整；對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)，依托熱力系統(tǒng)的大慣性，為電力系統(tǒng)提供大量靈活性負(fù)荷，幫助可再生能源的消納。
其具體包括以下三個(gè)層面：一是通過電力驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的新一代供熱技術(shù)，將低品位熱能整合到供能系統(tǒng)中；二是以“電制熱+蓄熱蓄冷”為補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)供能穩(wěn)定的同時(shí)提供更低成本的電力靈活性資源；三是利用熱系統(tǒng)的大慣性，結(jié)合直流柔性網(wǎng)關(guān)、“光儲(chǔ)直柔”建筑，實(shí)現(xiàn)與建筑熱系統(tǒng)協(xié)同互補(bǔ)，有力支撐分布式光伏就地平衡和友好并網(wǎng)。
我們測(cè)算，城市清潔電熱協(xié)同網(wǎng)解決方案通過實(shí)現(xiàn)城市各種低品位熱力資源的物盡其用，將有效推動(dòng)行業(yè)節(jié)能增效，可有望使區(qū)域電氣化水平提升約20%、降低區(qū)域負(fù)荷峰谷差率下降5%以上，同時(shí)幫助企業(yè)降低用能成本10%以上，并催生百億級(jí)城市綠色新興經(jīng)濟(jì)落地，對(duì)于城市發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、降低區(qū)域碳排放、改善人民生活品質(zhì)等都有非常好的應(yīng)用價(jià)值。
全面商用條件已具備
可以說，在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)已成全國(guó)各地發(fā)展硬約束的情況下，推動(dòng)以低品位熱能利用為代表的新一代節(jié)能技術(shù)應(yīng)用向縱深邁進(jìn)，必將成為各地尋求經(jīng)濟(jì)綠色、低碳、高質(zhì)量發(fā)展的現(xiàn)實(shí)選擇。
從當(dāng)前實(shí)踐看，清潔電熱協(xié)同網(wǎng)解決方案已正逐步在蘇州、天津等地探索落地示范項(xiàng)目。經(jīng)過大量可研工作，我們認(rèn)為項(xiàng)目投資運(yùn)營(yíng)模式清晰，投資回收期可低至五年以內(nèi)，已具備全面商用條件。
以重工業(yè)城市——江蘇省張家港市為例，我們經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在張家港高鐵新城具有低品位熱能高質(zhì)量利用技術(shù)系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用的巨大潛力。
張家港高鐵新城周邊永鋼、沙鋼等工業(yè)企業(yè)有大量低品位熱能尚未被利用，如能在高鐵新城規(guī)劃的同時(shí)，統(tǒng)籌考慮低品位熱能利用基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)及新技術(shù)的利用，則能夠產(chǎn)生巨大的節(jié)能效益，助力當(dāng)?shù)毓?jié)能降碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)測(cè)算，在充分利用低品位熱能的供熱方案實(shí)施后，可使高鐵新城區(qū)域能源系統(tǒng)運(yùn)行成本降低20%，碳排放總量降低45%，同時(shí)為電網(wǎng)提供200MW功率調(diào)節(jié)資源，協(xié)助消納1000MW光伏、風(fēng)電資源。
但縱觀全國(guó)，當(dāng)前，低品位熱能利用總體規(guī)模較小，目前的落地項(xiàng)目基本以單個(gè)企業(yè)級(jí)項(xiàng)目為主，缺乏系統(tǒng)統(tǒng)籌與規(guī)劃。雖然城市清潔電熱協(xié)同網(wǎng)建設(shè)已不存在技術(shù)上的障礙，但要真正落地實(shí)現(xiàn)還有待各方的有效協(xié)同。
在此筆者建議，相關(guān)部門積極組織展開廣泛調(diào)研，盡快出臺(tái)針對(duì)各行業(yè)的低品位熱能利用指導(dǎo)性意見，加強(qiáng)政策引導(dǎo)，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新與試點(diǎn)示范，集聚產(chǎn)、學(xué)、研、政、融、協(xié)等各方力量，共同推動(dòng)清潔電熱協(xié)同網(wǎng)落地實(shí)踐，并在實(shí)踐中不斷提升改進(jìn)，使之更好服務(wù)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)、助力我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量綠色低碳發(fā)展。
（作者系國(guó)網(wǎng)(蘇州)城市能源研究院院長(zhǎng)）
評(píng)論