文_曹世青 山东经典建筑设计有限公司

在国家“双碳”目标战略背景下，建筑领域供能碳排放占到建筑业碳排放的1/4，供能系统的低碳或零碳在建筑领域双碳目标达成起着至关重要的作用，鉴于当前我国北方城市集中供热能耗高、管路长、污染物排放量大和维护量大的特点，提出了适用于节能减排、供能电气化和储能技术相结合的分布式新能源系统，为建筑领域供能方案和减碳技术措施提供参考。

1 当前北方城市集中供热现状

1.1 总建设投资大，占用城市空间

集中供热建设投资，包括能源站和城市管网投资，即使中小城市建设集中供热站，动辄也需投资几千万、数亿甚至十几亿元。已建成集中供热设施，如欲扩大供热面、维修升级设备，投资更是不菲。

1.2 热源效能不理想环保不达标

集中供热的热源都来自传统的大燃煤锅炉，而锅炉房需要建设高大的烟囱，煤炭消耗量、烟尘和二氧化碳等污染排放量大，且多数地方都没有安装脱硫、除尘设备，同国家节能减排要求存在差距。

1.3 热网管道过长热输送损耗严重

热网管道过长，不仅造价高，维护难，而且远距离送热损耗严重，无论是热网的固定成本或变动成本都比较大，末端用热户受严重制约，缺少灵活性。

1.4 维护升级费用高

集中供热管网使用寿命最长为20a，管网维修更换会产生高昂的社会成本，比如对城市地下空间的占用、影响正常道路交通等，带来诸多不便。

1.5 运行成本高需要政府补贴

集中供热实际运行成本高，供热企业年年亏损，需要政府补贴，地方政府每年都要偿付巨额账单，弥补集中供热企业的亏损。

2 “双碳”目标下建筑领域供能实现途径

2021年3月27日江亿院士在第十七届清华大学建筑节能学术周公开论坛做的“我国建筑的碳达峰和碳中和”的报告，总结指出建筑领域能源供应实现碳达峰、零碳排放的实现途径。具体如下6 个方面：

①优化建筑围护结构设计，加强建筑保温，降低供能能耗指标。

②使用分布式或区域集中式能源站，优化传统长距离、大管径、高温水的供热方式，降低管路输送热能损耗和用热端热不平衡引起的浪费等。

③通过用能结构调整，实现建筑用能电气化，采用多种电动热泵形式，比如空气源热泵、地源热泵或多种电动热泵形式相结合方式，通过技术创新，提升现有热泵效率，解决好气流组织、除霜问题，研发或引进国外性能好、效率高的热泵产品，力争以较低的耗能成本，实现建筑供能需求。

④通过与电力系统配合，充分挖掘利用各种余热资源，实现冬季零碳供热。

⑤结合储能技术，对于仅白天使用夜间不供能的建筑，在白天用户热负荷不高或有峰谷电价利用谷电低电价政策时，优先采用热泵进行蓄热储能，供其他时段供热，按照“平段节能、谷段储能、峰段释能、多能互补”的运行原则，实现热能的时间迁移，降低供热耗能成本。

⑥结合太阳能光伏和智能电网，充分利用建筑表面，特别是建筑屋面，发展太阳能光伏技术，利用智能电网，能源系统设备可在电网优惠的时段自动启动。具有智能电网功能的热泵会在电网有富余电力的低价时段开启，并把这些能量以热水的形式储存起来，具有此功能的热泵也可以使用光伏系统产生的电力。光伏发电和智能电网协同运行，实现电能自产自用，充分利用谷电电价，高峰时富余电量还可上网销售给国家电网获取电费和补贴。以上建筑领域供能实现途径，为建筑领域低碳零碳目标实现提供明确指导方向。

3 分布式新能源系统组成及特点

3.1 分布式新能源系统

分布式新能源系统，是相对于传统集中式供能的能源系统而言的，传统的集中式供能系统采用大容量设备、集中生产，然后通过专门的输送设施（大热网）将各种能量输送给较大范围内的众多用户，而分布式新能源系统则是直接面向用户，按用户的需求就近生产并供应能量，可提供多种功能服务，可满足多重目标、多种业态的用户供能需求。

3.2 分布式新能源系统特点

分布式新能源系统靠近热能终端用户，简化了系统提供用户能量的输送环节，进而减少能量输送过程的能量损失与输送成本，同时增加用户能量供应的安全性。由于不采用大规模、远距离输出能量的模式，而是针对具体用户的能量需求，系统的规模根据用户需求定，按需供能。随着经济、技术的发展，特别是可再生能源的积极推广应用，用户的供能需求开始多元化，同时伴随着不同能源技术的发展和成熟，可供选择的技术日益增多。

作为一种开放性的能源系统，分布式能源系统可包含多种能源输入，满足用户对高效、可靠、经济、环保、可持续性发展等多种能量需求，实现多个供能目标，并可根据不同场景的需求变化平衡能源供给与使用。

分布式新能源系统靠近热能终端用户，分散布置，从热源取得、管网设计、智能控制、运行策略等各方面为用户提供满足多种需求的能源方案，既关注热源的运行效率，又强调能源传输的效率，既满足清洁无污染的社会要求，又满足用户高品质多需求的消费需求，是真正面向未来的能源解决方案。

4 不同应用场景下的碳排放测算

分布式新能源系统可融入智能电网，系统运行时优先利用自产电力，也可在电网有富余电力的低价时段开启，并把这些能量以热水的形式储存起来，系统与智能电网协同运行，实现电能自产自用，充分利用谷电电价；高峰时富余电量还可上网销售给国家电网获取电费补贴，既可充分保证能源系统用电需求，又可实现系统运行综合电价最低，也提升了绿色电力的使用率。

表1 为新能源系统在北方地区（以北京为例）不同应用场景下，冬季供暖碳减排量测算，应用场景设定有住宅、写字楼、酒店和综合商业，建筑节能公建按照65%节能，住宅按照75%节能核算，热源站管网传输损耗和不平衡率损耗按照25%计，燃煤锅炉效率按80%计。

表1 不同应用场景下的碳减排量测算

由表1 计算出，北京地区10 万m2住宅小区冬季供暖，供暖时间120d，每个供暖季可实现碳减排3350t，按照当前52 元/t 的CCER（国家核证自愿减排量）交易计算，每年可实现约17.4 万元的碳排放权指标。

5 结语

在“双碳”战略背景下，分布式新能源系统可作为北方地区传统集中供热系统的补充与升级，为有更高需求的用户提供高品质、多元化的供能需求，结合节能减排、绿色电力和储能技术，实现低碳环保、高效清洁的建筑领域供能。虽然系统运行高效、应用灵活、适用性强，但基于能源供应的稳定性和安全性，对设备性能、系统优化和智能化控制提出更高的要求，需要持续不断地设备更新、技术创新、优化改进，以确保系统长期稳定可持续运营。