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中国城镇集中供热的可持续发展 【摘要】从我国能源结构，居民用能消费结构，集中供热的 建设规模和人民的承受能力等方面说明城市集中供热方式是我国供热可持续的主力军。 从房屋建 设发展规模，从城市大气环境质量的提高等方面说明我国城镇供热应发展多能源的供热方式 。 供热 要消耗大量的能源，据统计，三北地区采暖耗能约占全年总能耗的13，北京市冬季采暖 年用煤量约占全年总能耗3000万吨的20～23。1995年，我国燃煤排放C O25～6亿吨，排放SO22000万吨，排放烟尘1700万吨， 城镇集中供热全年收费收益可达121.5亿元，供热是与能源和环境紧密相连的 行业。 随着的迅速发展和人民生活水平的不断提高，供热的发展速度将更快。因此，节能、环境保护、降低成本和提高效益等可持续发展问题已成为供热行业首 要解决的问题。 1 燃煤的集中供热方式与多种能源供热方式的结合 1.1 现阶段我国城镇供热仍以燃煤的集中供热方式为主。 1.1.1 能源结构 1995年我国煤炭在一次能源生产和 消费结构中约占75，石油约占17，水电占6.5，天然气1.8。 燃煤供热方式中，较经济、较节能、环保效益较好的方式是集中供热。 1.1.2 居民用能消费结构 居民能源消费量随着其生活质量的提高而增长，居民生活用能的范围包 括照明、家电、炊事、采暖、空调和生活热水等。北京住宅不同用途用热量的比例大致为采 暖44.4～55.6，空调16.9～10.6，生活热水23.9～15.2，炊事8.1～10.1，家电、照明 等6.7～8.5。 近年来，城市对大气环境质量的要求不断提高，居民用能品种构成也发生了 很大变化，上海市1986年煤炭占71.66，电力占12.15，煤气占16.06，而到1991年，上述 的比例分别变成57.8、20.94和20.83。北京市的变化见表1。 表1 终端能源消费结构 种类 1990年 2000年 2010年 煤炭 47.11 34.37 24.74 轻油 7.53 10.48 12.36 天然气 2.51 3.66 6.44 电力 25.93 32.56 38.11 从表1可知，以煤为主的燃料结构，正在逐步得到改善，天然气是洁净能源，但“以气代煤 ”面临改造资金不易落实、天然气价格过高1.8元/Nm3约为煤的4～5倍、天然气供气 量 不够等问题。北京市公用局提供的居民采暖天然气年用气总量为26.10亿m3见表2。居民 生活做饭年用气量为8.32亿m3见表3。 表2 北京市居民采暖天然气用气总量 供热方式 面积 小时供暖量 年供暖量 供暖效率因素 折 天然气量 单位 万平方米 吉焦 吉焦 亿立方米 城市集中供暖 3250 5443 15826104 80 0.00 集中锅炉供暖 4000 6699 19468620 85 6.51 分散小锅炉采暖 10250 17166 49864788 82 17.29 小煤炉采暖 1500 2512 7285032 90 2.30 总计 19000 31820 92444544 26.1 表3 北京市居民生活做饭天然气用气总量分析 项目 单位 1995年 2000年 2005年 2010年 人口 万人 1251 1267 1283 1300 家庭 万户 393 398 403 408 居民用气量热值 万百万大卡/年 28177164 28512108 28888920 293 07600 折天然气量 亿立方米 8.01 8.11 8.21 8.32 天然气供气量 亿立方米/年 1.5 3.08 8.21 8.32 天然气供气率 18.73 37.98 100.00 100.00 而实际供给北京市的天燃气总量2000年约为10亿m3最多替代200万吨煤远低于上述 数据 。因此，燃清洁能源天然气、油的采暖方式，只能在有限的范围内发展。电采暖方式的发展 受 到制约的因素更多。因此，在较长的时间内，燃煤的集中供热方式仍是我国发展城市供热的 主力军。 1.1.3 已建热电厂、燃煤集中供热工程为今后城市供热的发展打下了坚实的基础。 经过约20年的努力，我国城市集中供热已具备一定规模，至1998年有286个城市有集中供 热设施，供热面积达8.6亿m2，供热管网约为3.5万公里。已占华北、东北、西北、山东、 河南等采暖地区实有房屋面积319372万m2的1/4以上，其中住宅面积占60以上，用热人口 达3000多万。作为城市基础设施之一的城市集中供热工程除了已有的供热能力之外，还具很 大的潜力。如北京在充分发挥现有热源和已立项建设热源的供热能力的条件下，就能新增供 热面积4000万m2；制定合理供热范围，就能充分发挥已建213公里热网的供热能 力。从而既能尽快地满足房屋建设迅速增长和人民生活水平不断提高的需要，又能为改善城 市的大气环境作出贡献。 [1] 1.1.4 科技进步为城市燃用清洁煤创造了条件。 a 开发和推广清洁煤技术。主要措施，严格限制高硫煤的开采和大力推行煤炭的选洗加工 。1 995年我国含硫量大于3的高硫煤的产量为9500多万吨，为煤炭总产量的7，但却占全国二 氧化硫排放总量的25。北京市经委、市环保局等联合发布了“关于全面推广使 用低 硫优质煤的通告”，彻底封杀高硫煤。煤炭经过洗选加工，可以将里面的硫分、灰分大部分 去除，是解决燃煤污染的一个重要手段。 b 开发和推广循环流化床锅炉。这种锅炉 的最大优势是在燃烧过程中能有效控制有害气 体NOX和SO2的产生和排放脱硫率可达90。 c 除尘技术和装备制造。降尘技术和设备已向既除尘又脱硫的方向。 d 电厂脱硫技术及其成套装备制造。目前采用的脱硫方法有简易半干法，简易湿法，炉内 喷钙尾部加湿和束脱硫工艺等。大幅度降低脱硫设备的造价，开发和推广适合国情 的脱硫工艺是当前的主要任务。 1.2 有条件的重点城市，建立无燃煤区，采用清洁能源，如天然气，液化石油气、轻油和 电等供热方式，提高城市大气环境质量。 我国的大气污染属煤烟型污染，主要污染物是烟尘和二氧化硫，燃煤是形成我国大气污染的 主要原因。 随着电力进入买方市场，随着热泵技术的发展，有些地区开始用电采暖。目前，我国电力暂 时供大于求，但峰谷差越来越大，要发展用电供热方式，就要求发展蓄热冷装置，增加用 电投资，在目前电价较高的条件下，用电供热大多在南方地区，过渡地区，北方地区仅在10 月底，11月初或4月气候较寒冷时采用。 燃天然气不排放SO2，并比燃煤减少NOX45，CO252，比燃油减少NOX63，CO226 。按照国际上采用的成本效率分析法，即把大气污染浓度降到指标水平的成本最低分析方 法，发展天然气供热是一个可选择的较佳的方案。由于我国天然气探明程度较低，即使从国 外 引进，用于供热的天然气也是有限的，如北京2000年燃气供热热化率约为11，2010年约为2 8。除此之外，燃天然气供热的热价较高，用户的承受能力有限，也限制了它的发展。 在当前城市集中供热的发展速度低于房屋建设发展速度和低于城市化水平的速度条件下，燃 天然气供热方式发展速度较快是不可避免的。目前，已从国外引进了许多类型的燃气供热设备，包括分户采暖的璧挂式燃气两用炉包括楼 栋式小锅炉，包括直燃式溴化锂制冷机和燃气热电联产方式 。 1.3 供热商品化、市场化对集中供热提出了更高的要求。 用户对供热要求安全、可靠、舒适、调节方便、维修方便，在计划 体制下，民用采暖一直作为福利，采用按用热面积计费的收费方法，这种方法既不利于节能 ，又给政府财政带来了沉重的负担，还出现了热费收缴难的问题。对于集中供热来说，正在 逐步建立和完善对供热用户计量收费制度，积极开发热量表和温控阀，以满足用户的要求。 2 可持续发展与供热技术的进步 2.1 可持续发展 当前，我国的能源形势十分严峻，主要表现如下，能源年增长约4，不能满足国民经济年增 长8～10的要求。2000年约缺能4.6～5.4亿吨标煤，2010年缺能8，2050年 缺能24；节能任务重，通过调整产业结构，产品结构，贯彻执行节能措施，2000年节能5～ 7万吨标煤，2010年约为8亿吨标煤，2050年约为17亿吨标煤。由此可见，节能是实现可持续 发展战略的最有效、最经济的途径。目前，我国城市环境污染严重，约有57的城市总悬浮 微粒超过国家限制值；约有48个城市SO2浓度超过国家二级排放标准；约有82的城市出现 酸雨。能效低、能源浪费，环境恶化与可持续发展极不相称，只有贯彻执行可持续发展的重 大战略，才能使经济建设、人口、资源、环境相协调，才能实现良性循环。 2.2 提高供热系统能效、降低能耗，降低造价是供热行业当前的主要任务。 城市民用建筑快速发展，建筑能源消费增长迅速。1996～2000年，全国城镇新建住宅面积共 12亿m2，年均2.4亿m2；2000～2010年，新建住宅33.5亿m2，年均3.35亿m2。采暖 能耗约占总能耗的13，与发达国家建筑能耗占总能耗的40相距甚远。随着我国经济的发展 ，人民生活水平必将朝着住房舒适化、生活化、娱乐多样化目标发展，建筑能耗的比重 将不断增长。 近几年来，集中供热一直在贯彻执行2000年技术进步发展规划，技术上、管理上取得了很 大的进步，但与国际先进水平比，仍存在技术水平偏低的现象。主要表现在热源厂供热效 率不太高，如热电厂平均供热标煤耗约为40kg/GJ，供热锅炉运行效率平均约为70，热源厂 运行时间短，供热管网利用率低；供热管网普遍存在管沟渗水、热损失大、失水率高的问题 ；系统的控制及调节水平落后，许多城市均有多热源，虽然管网已相互连接，但由于热源仍 为定速循环水泵，系统中热力站自动化水平不高，管网无监控系统，因此，无法进行多热源 联网运行，降低了系统运行的经济性；二次管网水力不平衡等问题。由此可知，集中供热应 针 对目前存在的问题，从规划、系统设计、设备选型、施工建设等方面降低工程造价；推行采 暖、生活热水和制冷三联供；采用新技术、新设备等提高城市热网的保证程度和运行经济性 ；加强供热系统的运行调节；尽快地改变收费方法，实施计量收费，适应市场需求。 2.3 供热技术的进步是保证集中供热可持续发展的先决条件。 我国集中供热要实现可持续发展，只有加大科技的力度，正如2000年技术进步发展规划所说 ，采取多种方法提高热源热能的综合利用效率。采取多种措施提高管网输送热能的经济性、 安全性、可靠性，吸收和消化国外先进经验，降低供热系统造价，才能促进集中供热的可持 续性的发展。如研制多热源联合运行技术，开发利用垃圾能源技术及垃圾焚烧设备，有条件 的城市推广应用热电冷三联供，提高热源厂供热热效率，推广直埋管敷设技术，增加热力站 调控设备，从实际出发，加速发展机监控系统，逐步推广计量收费方法和研究适合按热 量计计量收费需要的户内采暖系统等。 3 设计观念的改变 3.1 从静态设计到动态设计 静态设计指的是根据估算的设计热负荷，根据产品额定工况下的数据，选择热源设备，设计 供热热网和用户设备。各种设备包括管网的特性曲线、工作点和所遵循的标准不一定能很 好地匹配，节能的设备不一定能组合成一个节能的系统。而动态设计实际上是系统设计，以 保证系统能效比为最高，实现系统热源、热网、热力站和用户各组件的最佳匹配。因此，设 计的任务就是要将系统全工况下的性能调整到最佳。这就是说，供热设计者不仅要考虑系统 在设计工况下的效率，还要考虑系统在部分负荷下的运行程序和控制逻辑。 3.2 从纯技术设计到技术、经济、环保的综合设计。 国外学者提出了寿命周期分析LCA的概念。他们认为无论从投资的角度还是节能环保角度 来看，系统一生中的“重头戏”是在其运行阶段。在此基础上，国外学者进一步提出了寿命 周期地球环境负荷的概念，将供热系统在寿命周期中的废热排放量、温室气体排放量、酸性 气体排放量、废弃排放量以及破坏臭氧层气体排放量等进行综合考虑。 3.3 从专业设计到跨专业的协同设计。除专业设计之外，还要进行能耗分析，系统模拟， 进行自动控制和自动检测设计，采用技术经济分析方法，及掌握物业设施管理中的运行维护 理论等。 4 信息技术与供热的发展 4.1 供热计算机的应用提高了设计质量和工作效率。目前，已从设计和简单计算机辅助绘 图逐步向设计全过程一体化、智能化和交互式的方向发展。 4.2 技术的发展，特别是互联网的发展，作为信息处理的人机系统正在开始由一个封 闭系统向开放系统转变。计算机控制及网络技术的发展为供热系统的运行调节提供了新的有 力工具。由此可见，计算机的发展，系统方法，信息方法和人工智能的应用已经成为供热技 术发展的时代特征。 4.3 信息技术的发展对供热技术进步的影响。 计算机技术和现代化通信的结合正在改变着计算机应用的传统模式。因特网以令人惊讶的速 度发展。它将对供热科技的进步产生重大的影响。用户不仅从网上获取信息，还可在网上 租用软件。基于WWW信息搜集系统和IDGS也应运而生。
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