胡德群

一、我国发展清洁能源供暖的背景

我国北方地区每年的采暖范围遍布17个省、市、自治区，采暖人口达7亿以上，集中供热的热源主要以热电联产和区域锅炉为主，主要燃料为煤炭。有预测称，到2020年，我国北方的采暖面积将达到129亿平方米。长期以来，我国取暖用能结构单一（燃煤取暖的面积占取暖总面积的83%，天然气、电、地热等清洁能源取暖仅占17%，城镇地区50%采取集中供暖），用能效率低，发展不平衡不充分的问题非常突出。

特别是近年来，我国北方地区特别是京津冀一带，冬季雾霾天气频发。研究表明，造成冬季雾霾天气频发的原因除了与我国不合理的能源利用结构有直接关系外，供暖季大量分散燃煤的小锅炉、家庭小火炉是造成冬季空气污染的重要原因之一。面对日益突出的大气污染问题，国务院多次召开专题会议进行工作部署，并陆续出台了多个政策和配套措施，鼓励发展清洁能源供暖，提供政策和财政支持。据《中国能源报》报道，《北方地区冬季清洁取暖规划》近期将出台。按照规划，三年以后实现替代散煤7400万吨，五年之后替代散煤1.5亿吨，集中供暖和清洁供暖的比例达到50%以上，建构起完整的清洁取暖产业体系。

二、发达国家的供暖模式

北美洲和欧洲等发达国家的供暖方式具有多元化、智能化、清洁化等特点。供暖方式与房屋建筑的类型、地理位置和能源资源禀赋有关，采用不同的供暖方式，以节能、舒适为目标，比如美国的北部和欧洲的北部，由于纬度高，建有专用的供暖设施。美国北部主要采用燃油或燃气采暖，北欧丹麦以集中热水供暖为主。美国中部主要为电采暖。在美国南方和欧洲的南部地区，普遍使用冷暖两用空调采热。美国、德国等发达国家非常重视新技术对提高供暖效率的作用。德国先进的控制系统可以使热泵空调根据室内外温湿度变化进行精细调节。丹麦实现了独特的智能化能量管理，大大提高了供热效率。与此同时，一些发达国家还积极使用可再生能源作为供暖能源。

近年来，随着各国对气候变化的关注，越来越多的国家致力于使用可再生能源、清洁能源供暖，以降低供暖对气候、环境的影响，比如丹麦，鼓励使用风电、生物质能等可再生能源作为热力消费的能源，美国以天然气和电等清洁能源作为采暖的主要能源。冰岛地热资源丰富，80%以上的人口采用地热供暖，首都雷克雅未克全部利用地热供暖。

三、四大领先技术引领清洁能源供暖

山东东营市地处我国“黄蓝”经济区，具有丰富的地热资源和污水佘热资源，是我国生态文明典范城市和国家可再生能源建筑应用示范城市。近年来，东营市积极探索以地热、污水余热、天然气等清洁能源取代燃煤供暖，在中心城、河口城区、东营农业高新技术产业示范区等区域推广深层地热能、地源热泵供暖面积达890万平方米，占全市供暖总面积的20%以上，年节约8.58万吨标准煤，减排二氧化碳23.78万吨、二氧化硫594.12吨，减少颗粒物排放170.68吨。同时，东营市也是全省第一个全面实施燃气村村通工程的地级市。截至目前，东营市燃气村村通工程首年进展顺利，已经完成850个村庄、16.2万户的施工任务，完成2017年任务总量的95%。

胜利油田作为我国的第三大油田，开发主体位于东营市。在采油过程中产生大量的污水，这些污水余热资源质优量大，在替代化石能源方面具有较大潜力。截至2017年，胜利油田利用污水余热共实施了17个项目，其中投产运营13个，在建4个。这些余热资源项目广泛用于原油运输加温、办公场所和社区供暖等领域，取得了良好的经济效益和环境效益。

山东海利丰清洁能源股份有限公司（以下简称“海利丰公司”）是东营市的三大供暖主体之一，供暖面积超过600万平方米，占东营市供暖总面积的10%以上。推广清洁能源供暖新技术，海利丰公司主要运用的是地源热泵技术、中深层水源热泵技术、污水余热技术、空气源热泵技术等。

四、利用地热余热的清洁能源供暖技术

（一）地源热泵技术可广泛用于办公楼宇供暖

除了民用住宅需要供暖外，城市大量的办公楼宇也需要供暖和制冷。与民用住宅供暖需求不同，办公楼宇一般只需要在办公时间供暖或制冷，采用集中供暖的方式不仅浪费大量热能而且利用效率低，夏季采用普通中央空调系统不仅投资大而且能源消耗也大，因此一部分老舊的办公楼宇只能采用燃煤小锅炉供暖。

地源热泵技术应用于办公楼宇供暖与制冷具有以下优势：

一是节能环保：与锅炉（电、燃料）供暖系统相比，地源热泵系统制冷、制热系数可达3.5-4.7，运行费用仅为普通中央空调的50%-60%，耗电量仅为普通中央空调或锅炉系统的40%-60%。冬季供暖时无需锅炉，无废气、废渣、废水排放，可大幅度降低温室气体排放，减少污染，保护环境，是一种理想的绿色技术。二是可以同时供暖制冷：地源热泵系统可以做到区域制冷和区域供暖，对大型商业建筑尤为重要。三是应用灵活、安全可靠：地源热泵系统可广泛用于新建工程、扩建或改建工程，并可分期施工，热泵机组可灵活地安置于任何地方，不仅节省空间而且无储煤、储油罐等隐患。

海利丰公司是我国首批将土壤源热泵产业化应用的公司之一，拥有独特的地源热泵技术体系和技术优势，通过在胜利油田、东营市和国内其他区域推广应用，积累了大量的实践经验。海利丰公司运用地源热泵技术实施的项目主要应用于胜利油田的办公机构，其中河口采油厂1.45万平方米、聚园小区3.77万平方米、技术检测中心1.8万平方米、钻井四公司2.45万平方米，供暖（制冷）总面积超过9.47万平方米。其中，胜利油田黄河钻井四公司地源热泵项目是海利丰公司为胜利油田实施的首个合同能源管理项目，是既有建筑节能改造工程（原系统是柴油溴化锂中央空调系统，改造后地源热泵系统取得了良好的节能减排效果），入选中石化“十二五”重大节能示范项目。该项目投产后年节约标准煤382.64吨，节约运行能耗费用142.56万元，具有显著的社会效益和经济效益：S02、C02、NO，及颗粒物分别减排2.65吨、1059.91吨、3.09吨和0.76吨，实现了节能减排的目标，环境效益明显，其良好的示范效应有效推动了地源热泵技术在东营市和胜利油田的普及推广（见表）。

（二）深井地热技术供暖可广泛用于城市/郊区供暖

在城市，郊区实施集中供暖不仅成本过高，而且热电联供管网难以覆盖。而对于地热资源丰富的地区，深井地热技术可根据（比如具体到一个社区）供暖面积的实际需求，合理投资建设深层热井和铺设管网，不仅经济效益高，而且环境效益显著。

勘探表明，东营市不仅地热资源丰富而且水温较高（50℃-85℃），可完全满足供暖要求。运用深井地热技术的主要优势如下：

一是高效节能：水源热泵是目前普通中央空调系统中能效比（COP值）最高的制冷制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4-6，与空气源热泵相比，运行效率高出20%-60%，而运行费用仅为普通中央空调的40%-60%。二是环保无污染：水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气、烟尘，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。三是应用范围广：水源热泵系统既可供暖又可制冷，还可以提供生活热水，一机多用，一套系统可替换原有的“锅炉+空调”的两套装置或系统。特别是对于同时需要供暖和制冷要求的建筑物，水源热泵系统具有明显优势。

海利丰公司在东营市实施的深井地热供暖项目主要位于东营市垦利区、黄河三角洲农高区和东营区龙居镇等几个偏远地区，供暖总面积超过67万平方米，其中垦利区小区9个，供暖面积超过47.05万平方米；农高区示范项目两个，供暖面积14万平方米；龙居镇龙居社区，供暖面积6万平方米。

海利丰公司在农高区实施的地热深井项目取得了良好的经济效益和社会效益。与传统的供暖，制冷方式相比，该项目年可节约标准煤5466.23吨，单位运行费用减少11.2元/㎡，大大降低了运行成本。减排效果明显。C02减少15141.46吨，NO，减少44.16吨，SO2减少37.83吨，颗粒物减少10.87吨，有效改善了区域环境，提高了居民的整体生活质量，具有节能减排的示范作用。

（三）污水余热技术用于民用住宅供暖可實现废物再利用

东营市是胜利油田的主工作区，采油污水水量巨大，具有良好的余热资源基础。借助高温热泵技术和吸收式热泵技术，海利丰公司在油田污水余热、电厂余热、城市污水余热及工业污水余热利用领域进行了大胆尝试和实践，积累了成熟的经验和技术，成功实施了多个项目案例。

海利丰公司的余热利用技术优势和特点主要体现在：一是独立研发的高耐腐蚀换热器，有效解决了油田污水的腐蚀问题；二是成功研发了针对不同污水水质的宽流道换热器，有效解决了污水应用中常见的堵塞问题；三是与天津大学合作研发了高效率低温热大温差高温热泵机组，极大地提高了热泵机组的能效比，大大降低了运行费用，出水温度从70℃到最高110℃，满足了供暖需求；四是通过新技术、新设备综合利用电厂余热，建设区域能源站，极大地提高了电厂余热的供暖面积，为政府部门解决区域供暖提供了全新的解决方案。

2016年，海利丰公司与国能垦利生物发电有限公司签署合作协议，利用电厂余热进行供暖。该项目主要覆盖东营市辛店区、西郊片区，其中辛店区覆盖16个社区，供暖面积超过13万平方米；西郊片区包括11个社区及几家单位，供暖面积超过30万平方米。2017年6月，海利丰公司与胜利油田新能源开发中心签署合作协议，开发胜利油田地热与污水余热利用市场。截至2016年末，海利丰公司实施胜利油田污水余热供暖项目3个，供暖面积超过34.4万平方米，其中景苑西区供暖面积32万平方米。

在项目实施的过程中，海利丰公司的工程技术人员了解到，距景苑西区1.8公里处有一污水站，日处理污水3.3万m3。通过实地测量，冬季污水温度可达43℃-47℃，完全可以满足供暖要求。为此，海利丰公司一次投入2340万元，通过高温热泵提取污水余热技术，对这一区域实行集中供暖，总热量达13.86万GJ。该项目严格按照BOO模式实施。海利丰公司负责项目建设和运营，胜利油田按照商定的价格，前五年按80%的收费率缴纳供暖费，后期按照90%的收费率缴纳供暖费，并对运行状况实施监督。项目实施后，每年节约燃煤3000吨，减少二氧化碳排放8772吨、二氧化硫22吨、氮氧化物26吨。

（四）空气源热泵技术可广泛用于农村地区冬季供暖

在我国北方广大的农村地区，冬季取暖的主要方式仍是一家一户式的小煤炉，不仅燃煤消耗量大热值低，而且严重污染环境。而在电网基础设施完善、经济条件较好的地区，完全可以推广应用空气源热泵技术。

空气源热泵技术的主要优势一是应用范围广，安装方便灵活，不受阴、雨、雪等恶劣天气和冬季夜晚影响；二是运行成本低，节能效果明显，可节省70%的能源，每耗电1kw平均可产生4kw热能，相比电热水锅炉，同等耗电量可多制热水3倍左右；三是环保无污染，具有良好的社会效益。

2017年，海利丰公司借助国家“2+26”城市实施“煤改电”治理大气污染的政策，快速进入“煤改电”市场，相继在北京市大兴区、顺义区和山西阳泉地区中标多个项目。目前，大兴区6000万余元的“煤改电”项目已基本完工，改造供暖面积30多万平方米。据测算，该项目每年可节约燃煤4200吨，减少二氧化碳排放7500吨，减少炭，粉尘排放2000余吨。实践表明，空气源热泵技术是有效治理我国北方农村地区燃煤取暖造成大气污染的手段之一。

（五）天然气供暖技术可在燃气资源充足的地区推广应用

天然气供暖方式具有燃烧效率高、基本不排放烟尘和二氧化硫等优势，而且应用方式多样，包燃气热电联供、天然气分布式能源、燃气锅炉、分户式壁挂炉等。

东营市是胜利油田的主要所在地。2016年，胜利油田生产天然气4.03亿立方米，推广天然气供暖具有资源优势。海利丰公司承建运营的天然气供暖项目共有两个，目前负责运营的面粉厂小区供暖面积为14500平方米。该小区原采用烧煤锅炉。2016年，海利丰公司对其进行了技术改造，改为燃气锅炉并铺设了燃气管线。该项目已成功运行两年，减少了数百吨煤炭消耗和二氧化碳、二氧化硫、粉尘等污染物排放，环境效益显著。

（六）生物质能清洁供暖是治理县域燃煤污染的有效途径

生物质供热具有绿色低碳环保的特点，是治理县域燃煤污染的有效途径，也是发达国家普遍推广的技术。我国生物质能资源非常丰富。生物质供热主要以生物质成型燃料锅炉供热为主，利用方式为成型燃料直接燃烧产生热量。

2016年，海利丰公司与东营市西郊现代服务区管委会签署了为期30年的供暖特许经营项目，规划供暖面积超过500万平方米，供暖方式为利用国能垦利生物电厂余热进行供暖。供热系统为封闭式低温循环系统，水源全部来自于电厂，并直接进入到用户末端，中间无需经过换热装置。供热系统运行稳定，供热效率高，水温恒定，用于供暖具有多种优势。

该工程分为三期，一期投资7600万元，新建供暖主管线22.5公里、支管线21公里，供暖面积达200萬平方米，覆盖胜通商品悦城、海通西苑丽景、万通竹香苑等9个居民小区和金鼎大厦、董集镇中学等多个商业建筑和公建单位，目前沿线各用热单位已陆续接入供暖管网。该项目的成功运行实现了电厂余热资源的再利用，减少了污染物排放，实现了节能减排。

五、清洁能源供暖技术发展应用前景

目前，我国清洁能源供暖技术除上述地源热泵技术、深井地热技术、污水余热技术、空气源热泵技术和天然气供暖技术外，还包括太阳能光伏供暖技术等，均具有节能、环保的优势和特点，目前主流的、应用最广泛的清洁供暖技术是地热能开发利用技术。

2017年1月，我国出台了首部《地热能开发利用“十三五”规划》。“十三五”时期，我国将新增地热能供暖（制冷）面积11亿平方米，到2020年累计达到16亿平方米。2020年，地热能年利用量7000万吨标准煤，地热能供暖年利用4000万吨标准煤；京津冀地区地热能年利用量达到2000万吨标准煤。可以预见，推广地热能供暖作为集中供暖的补充具有良好的开发价值和光明的发展前景。

2017年12月6日，国家十部委正式出台《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）》，计划到2019年我国北方清洁取暖率达到50%，2021年达到70%。该规划的出台将进一步推动我国北方地区清洁能源供暖推广工作。随着清洁能源的供暖方式在我国北方地区的推广和应用，清洁能源的供暖方式将成为我国北方地区供暖的重要组成部分，并将进一步发挥有效削减煤炭消耗量，减少炭/粉尘、CO2、SO2、NOx等污染物排放的重要作用，是减轻我国北方地区特别是京津冀地区大气污染，优化我国能源结构，推进生态文明建设的重要手段之一。