摘要：以能源革命和低碳经济为主题的绿色浪潮已席卷全球，能源优化和可再生能源已成为缓解化石能源供应不足，改善能源结构，实现可持续发展的重要课题。本文通过项目实例分析，分享了适用于中国北方供暖地区的工业余热利用、土壤源热泵技术，生物质燃料发电、风力发电应用、绿色电力认证交易等低碳新模式。
1.引言
在全球化背景下，能源与环境是全世界的永恒话题。随着人口的增加、各国的经济发展，人均消耗的能源逐步增加，如何应对气候变化已成为全球热点。目前我国已成为全世界二氧化碳排放最多的国家。根据情景分析，中国化石燃料需求在2040年之前将达到峰值。如何实现既定经济社会发展目标的同时选择一条适合中国国情的低碳之路尤为关键；建立高效、清洁的能源供应体系将帮助我国在国际社会上应对气候变化上的严峻挑战。
据分析，北方冬季供暖燃料燃烧增加的二氧化氮、二氧化硫和一氧化碳的排放，导致了大气污染和雾霾天气的形成。我国城镇供热热源中仍有超过一半的各类锅炉（燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉等）是把高品位能源转换为低品位热量，造成能源浪费，这与未来节能和低碳的要求完全不符。因此，北方冬季供暖的低碳发展模式有待进一步探索，而清洁供暖始终是刻不容缓的重要主题之一。本文通过项目实例，分析了多热源联网协同供热、可再生能源与清洁能源技术、风力发电应用、绿色电力认证交易的现状，对“因地制宜”的低碳能源发展分享了一些思考。
2.多热源联网协同供热的探索
山东省某市由于城市发展建设，城市规模逐年增大，人口不断增加，冬季取暖负荷日益加剧。一些偏远农村依然存在大量散煤低效燃烧的问题，由此形成的冬季北方大面积空气污染的现象，制约了城市经济的建设、也增加了大气治理的难度。城市周边的发展建设，与滞后的城市配套供暖系统规划设计形成鲜明对比；城市热负荷日益加剧的现状导致供热能力不足，由此带来的分散燃煤小锅炉、散煤的使用也给当地热用户带来安全隐患，不断加剧大气污染。
经该市政府反复研究，最终确定了供热多热源联网结合，应用低温余热回收利用和土壤源热泵技术，对新开发区域及偏远农村乡镇进行供热，可满足约500万平米建筑物的供热需求。
低温余热回收利用技术的应用，实际整合了三股余热热源，包括：当地热电厂的低温循环水余热（20oC-25oC）、城市污水处理厂的城市中水处理的污水余热（10oC-15oC）以及玉米淀粉厂（循环水量每小时10，000吨）的低温冷却水余热（20oC-35oC）以转换为60oC中高温水。对于偏远的农村乡镇，因其地热资源丰富，实施土壤源热泵进行供热、制冷，避免长距离输送造成的热损失，同时减少城市供热压力。
之所以实现对三股热源的整合联网，是考虑了单一的工业余热量主要受工业生产影响，其产品的产量随市场需求而波动，其余热热量、温度等会随之变化。为了保证供热安全，市政府做了充分的前期评估，筛选了较为稳定、距离在2.5公里范围内临近的余热资源相连，以起到一定的协调互通的作用。
对于偏远农村乡镇，经前期对目标区域水文、地质条件的勘探，确认地热丰富，适宜应用土壤源热泵技术。不仅可以实现夏季向地下蓄热，冬季从地下取热，且相对于传统空调方式，采用地埋管换热器的土壤源热泵系统的运行效率更高，夏季COP可达4.5，冬季COP可达3.5。为了尽可能降低对环境的影响，项目实施团队强调了含水层及井口的封井技术的应用，设定了防止地下环境污染的控制措施，并杜绝采用化学泥浆等的使用，防止作业前、后以及作业过程中的污染。土壤源热泵技术替代偏远地区燃煤小锅炉和散煤的使用，可产生可观的减排量。此外，根据不同用能需求，一些地区可应用土壤源热泵技术和太阳能热水供应系统相结合的系统，有效解决该区域医院、学校和酒店的生活用热水紧张的问题。
3.生物质燃料发电技术的應用
根据2015巴黎气候变化大会的《巴黎协定》要求，各方将加强对气候变化威胁的全球应对，把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2oC以内，并为把升温控制在1.5oC之内而努力。现实的挑战是，全球特别是中国，在相当长的一段时间内必须依靠燃煤火电，而燃煤火电又必须减排二氧化碳。因此，对于大小燃煤热电厂的污染控制、着重减排技术的应用十分关键。
山东省作为我国粮食产量第一大省，当地蔬菜种植面积巨大、密度高、产量大，农作物秸秆涉及到多个农村街区，污染影响面广。某市市政府一方面出台相应补贴政策鼓励蔬菜废弃物处理，一方面启动蔬菜废弃物再利用试点项目。经实地调研发现，山东省某热电厂每年的耗煤量很大，发电二氧化碳排放指标（gCO2/KWh）已接近国内限值要求。在热电厂的积极探索和市政府的大力支持下，确定了利用生物质秸秆、蔬菜废弃物为原料生产的“生物质煤”代替原料煤发电以降低二氧化碳排放。
经实验，利用当地农业大棚作物秸秆为原料生产出的生物质炭化制的“生物质煤”，其热值约在4700～5000大卡，按一定比例与与原煤混合后作为发电燃料，可以有效减少因燃煤产生的温室气体和二氧化硫的排放。经保守估算，实现550gCO2/KWh的欧盟发电二氧化碳排放指标时，累计可实现446万吨二氧化碳的减排量。对于山东省、河南省、黑龙江省等农业大省来说，每年产生大量的农作物秸秆。燃煤电厂可以通过政府相关政策的支持下，以各种途径收集秸秆、生产“生物质煤”，与原料煤混烧实现清洁发电，同时有效解决农作物秸秆难处理、污染影响面广的普遍问题。
4.“煤改气”、“煤改电”减排新途径
前文已提到北方地区的清洁取暖的重要性，而“因地制宜”一直是发展北方地区清洁取暖的关键词。随着近年来北方各地“煤改气”工作的推进超预期，据中国石油集团经济技术研究院的估算，2018年我国的天然气消费量达到2766亿m3，年增量超过390亿m3，增幅达16.6%。然而，我国天然气储量有限，生产量增速不及消费量，导致在部分地区在2017年出现“气荒”，冬季供暖遭受严重影响，同时使得天然气的进口量猛增，影响能源安全。
“页岩气”作为重要的非常规天然气资源，中国总储量居世界第一、产量潜力巨大，但受地质条件复杂、开采难度高、资源匮乏等因素的影响，无法复制美国和加拿大模式。令人欣喜的是，面对挑战，我们正持续不断地进行科技攻关、技术创新，期待有一天中国的“页岩气”革命有望可以成为改变我国能源格局的转折点。
近年来，在对天然气和热力管网覆盖不到的偏远地区实施“煤改电”工作的大力推进下，实现了对散煤和燃煤小锅炉使用的替代。但是，若电力来自燃煤电厂发电，再用电直热，其污染物排放和碳排放是大型燃煤锅炉的2倍以上，寻求更清洁、高效的电力供应十分必要，风力发电是目前相对成熟的选择之一。内蒙古、甘肃北部、黑龙江和吉林东部等是风能资源丰富的地区，可通过并网发电的形式，为偏远地区提供电力供应、冬季采暖用电，是有效的低碳发展模式之一。加快制定相关激励政策、加强当地政府引导、支持和协调，推行绿色电力认证，鼓励低碳交易，也可以积极刺激风电市场的发展。
5.结论
温室气体浓度持续增长导致的全球气候变化在全球范围内威胁着人类自身的生存。低碳技术的发展、可再生能源和清洁能源的综合利用已经成为考量我国应对气候变化行动力度和效果的关键指标。
本文从项目实例出发，探讨了北方城镇供暖地区在应对城市高速发展、人均耗能日益增长的当下，如何通过多热源协同供热、可再生能源与清洁能源技术应用等手段有效控制二氧化碳、二氧化硫等污染物质排放，促进城市可持续发展；对“煤改气”、“煤改电”的减排新途径也提出了一些个人看法和憧憬。
加速北方城镇地区清洁能源与可再生能源的利用、供热管网改造升级、优化建筑能源服务结构和工业生产结构，积极合理倡导低碳生活和出行方式，有助于构建一条有中国特色的低碳能源发展道路，为世界可持续发展做出积极贡献。
参考文献：
[1]国家发展和改革委员会能源研究所课题组，《中国2050年低碳发展之路：能源需求暨碳排放情景分析》，ISBN978-7-03-025589-1
[2]中国空气质量在线监测分析平台（真气网https：//，2013年12约至2018年11月月均PM2.5和污染物浓度数据）
[3]清华大学建筑节能研究中心，《中国建筑节能年度发展研究报告2019》，ISBN978-7-112-23374-8
[4]清华大学建筑节能研究中心，《中国建筑节能年度发展研究报告2019》，ISBN978-7-112-23374-8
[5]國家发展和改革委员会能源研究所课题组，《中国2050年低碳发展之路：能源需求暨碳排放情景分析》，ISBN978-7-03-025589-1
作者简介：
周迎（1988-3-）女，籍贯：上海，学历：硕士，职称：建筑节能中级工程师，单位：中环世特能源工程（上海）有限公司，研究方向：建筑节能，可再生能源及清洁能源应用
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