中国政府历来非常关心城镇居民的供热问题,将暖房子和米袋子、菜篮子并列为政府的三大重点工程。国务院总理温家宝副总理曾培炎亲自视察各地的供热情况并作出明确的指示。
国务院总理温家宝视察北京的集中供热
近年来,中国城镇供热事业快速发展,2004年底,全国城市蒸气集中供热能力98262吨每小时,2000年至2004年年平均增长率7.29%;2004年底全国城市热水集中供热能力
17442兆瓦,2000年至2004年年平均增长率15.68%。[1]
随着各级政府和国民对环境问题的重视,天然气和石油的使用,电力事业的发展,我国各地供暖燃料已从单一的煤炭转变为多种燃料和多种供热方式的共存和竞争。合理选择当地的供热方式和能源结构是各地政府和供热部门非常关注的问题。在这个问题上,决策的重要因素是:
一、城市能源供应的安全性
现代人生活和环境离不开能源,试想一下,如果现代人离开了能源将是怎样一种境地。而城市供暖用能的比重在现代城市用能中越来越占有相当的比例,相当多的城市用能统计表明,目前,全国建筑能耗已占社会总耗能的27.6%。北京的建筑能耗要远远高于全国水平,2003年北京民用消费比例为42.4%,其中供暖用能占到37%,而且年增长率高达5%以上。因此,建筑能耗比例大,事关社会稳定,采取什么供热方式,首先要考虑的是这种供热用能方式在当地的供应和使用的安全性。
关于这个问题,有一个最简单的比喻,就是不能把鸡蛋都放在一个篮子里。
如果一个城市或地区的能源供应仅仅依靠一个品种或一种输送方式,其危险性是很大的。现代城市带来了方便快捷,也汇聚了危险的因素。世界大城市停电、停水、停热的事故已经屡见不鲜了,在地区和国际交往中将能源和政治利益挂钩的事件也初见端倪。要建立预防和应急机制,就要从能源的配置上做起。
我们对北京发生在2004年底和2005年之初的燃气供应紧张都还记忆犹新,是什么使我们的市长和社会有如此心虑的体会,是关系人们冷暖的能源。当我们的社会对一种能源的输送方式依赖过重的时候,这种危机的发生就可能是必然的。让我们来看北京的能源构成:以2003年为例,北京市当年消费相当于4535万吨标准煤,其中,固体能源(含焦炭)占27.7%,液体能源占14.0%,气体能源占20.6%,热力和电力消耗能源的比重约为8.1%和29.6%。而一些欧州国家,例如芬兰:其2003年能源消耗比例为:固体能源43%,液体能源25%,气体能源ll%,电力和其它20%。相比之下,北京市的固体能源比例偏小,而气体和电力能源用量比例偏大,已占到全部能源用量的50%。且北京的天然气供应100%依靠管线的长距离输送;电力能源中’76%需要外地供给。天然气和电力两大输送网(线)已成为维系北京能源供应的两大命脉,供应链条相当脆弱,能源供应安全时时受到威胁。
好在北京市政府已经认识到此问题,第二条长输管线已经投产,配合建立地下储气库,在北京当地建设支撑型热电厂,在曹妃淀建设液化天然气港口解决北京市的能源供应安全性问题。北京在发展中遇到的问题其它城市或地区也会遇到而且必须解决。
和其它供热方式相比,燃煤热电联产具有燃料储存安全、方便,运输渠道多样,热能输送安全的优点,特别是多热源联网运行时具有很高的安全性,是首选的供热方式。
因此,在确定一个地区的供暖方式时,进行能源供应和使用的安全评估是十分必要的。在一个能源供应系统内,应该建立必要的替代、储备和备用。在供应网络上,变传统的枝状网络为环状和复式网络。目前,在全国很多供热系统中,已经普遍采用多热源联网运行,不但提高了供热的经济性,而且提高了系统的安全性。
二、社会整体对能源的利用效率
我们所说的能源是地球过去对能量的储存,对任何方式的能源的利用都会降低能源的品质,从这个意义上说,在有限的历史内,能源是不可再生的。
我们考虑能源的利用,可以从本企业、本环节来看,也可以从整个社会来看,有时候,结论是相同的,但有时候结论是不相同的。例如,建筑物采用电采暖,从建筑物本身来看,效率理论上可达100%,因为电能在建筑物内全部转变为了热能。但是如果是火力发电,则是另外一种情况,按照东南大学钟史明教授在《采暖电锅炉供热的商榷》一文中的分析,我国平均供电效率30%,经过变、输、配电损失10%才到了用户处,电锅炉尽管电能转变效率高达97%,但用于采暖,一次能源利用率仅为26%。因此,在电能是由燃料生产时,对于社会来说把电能用于采暖效率是低下的。
所以,作为一个地区或城市,在选择供暖方式时,政府要考虑社会对能源的利用效率。从目前普遍采用的供暖方式来看,热电联产集中供热对能源的利用率是最高的,这也就是为什么我国把发展热电联产作为基本国策的原因。关于这个问题,它的理论是建立在能量的品质分级利用上,为把问题简化,我们用HFLsINKIENERGYBOARD作的一张图片来说明:
通过这张图片,我们可以看到:
A.热电分产时,所投入的能源需152,得到29的电能和56的热能,全效率为56%。
B.热电联产时,所投入的能源需100,得到29的电能和56的热能,全效率为85%。
C.从社会角度来看热电联产比热电分产的全效率高出29%,我们知道,在能源应用领域效率提高一个百分点都要付出巨大的努力,而这29%则意味着什么呢?2004年,根据建设部的统计,全国城市集中供热总量为:蒸气69447万吉焦,热水125194万吉焦,折合为标准煤6640万吨,如果我们认为其中50%来自热电联产,那麽,29%就是1000万吨标准煤。
综合分析起来,我们可以对各种供暖方式的效率作一个排序,清华大学热能工程系博士付林先生的研究的排序是(供暖能耗由低至高)
热电联产
燃气锅炉房
燃气炉灶
燃煤锅炉房
电动热泵
燃煤炉灶
电暖气
电锅炉
付林先生的结论是,热电联产耗能最低,而电锅炉耗能最高。
中华人民共和国国家发展和改革委员会在2005年1月发布的《节能中长期专项规划》中把区域热电联产工程列为“十一五”期间十大重点工程之一,[2]报告指出:热电联产和热电分产相比,热效率提高30%,集中供热比分散小锅炉供热效率高50%。“十一五”期问重点在以采暖热负荷为主,且热负荷比较集中或发展潜力较大的地区,建设30万千瓦等级高效环保热电联产机组;在工业负荷为主的地区,因地制宜建设以热力为主的背压机组;在以采暖供热需求为主,且热负荷较小的地区,先发展集中供热,待具备条件后再发展热电联产;在中小城市建设以循环流化床为主要技术的热电煤气三联供,以洁净能源作燃料的分布式热电联产和热电冷联供,将现有分散式供热燃煤小锅炉改造为集中供热。到2010年城市集中供热普及率由2002年的27%提高到.40%,新增供暖热电联产机组4000万千瓦,年节能3500万吨标准煤。
国家发改委的规划代表了中国在供热事业的基本国策。作为各地区的响应,2006年2月20日,生活报首席记者于鸿斌从哈尔滨市环保局得到消息,哈尔滨市为了打造蓝天工程,根治大气污染,“十一五”期间,将投资约143亿元推进城市集中供热实施,力争到2008年使全市的集中供热普及率达到80%,2010年达到92%,使市区环境得到明显改善。
当然,能源的多样性决定了能源利用方式和场合的多样性。在一个地区为主的供暖方式并不 排除其它供暖方式的补充,关键是合理的能源布局和利用高效性。
三、能源利用对环境的影响
对环境的改变总是伴随着对能源的利用。人们对能源利用的目的是想使环境更舒适,生活更快捷,但远期的影响正在显现出来。正如《节能中长期专项规划》中指出:我国是少数以煤为主要能源的国家,也是世界上最大的煤炭消费国,煤烟型污染已相当严重。随着机动车的快速增长,大城市大气污染已经由煤烟型污染向煤烟、机动车尾气混合型发展。粗放型使用能源,对环境造成了严重破坏。中国政府和人民已经非常明确的认识到环境保护的重要性,各地政府都把环境质量的改善作为政府的工作目标。比如北京确定2006年北京市二级和好于二级的天气将要达到237天,占全年总数的65%。哈尔滨市2006年的目标是,二级和好于二级的天数要达到305天。
为保证环境质量,各地在确定供暖方式时都考虑到不同方式对环境的影响。
在这个问题上,有些地区过去片面地认为,改善大气环境就是煤改气,只看烧什么,不看排什么。部分地区,盲目煤改气、煤改油,造成供热成本增高,燃料供应得不到保证。对此,国家发改委指出:“城市大气污染治理应以改造后达标排放和污染物总量控制为原则,城市燃料构成要从实际出发,不宜硬性规定燃煤锅炉必须改燃油锅炉,以控制和减少盲目‘弃煤改油’带来燃料油需求量的增加”。“煤炭在大型燃煤发电机组上使用,同时配套安装烟气脱硫装置等,一方面能够大幅度提高煤炭利用效率,减少原煤消耗,另一方面集中解决二氧化硫等污染问题,做到高效、清洁利用煤炭,是最经济有效解决能源问题的办法。”
很多人以为,烧煤就一定不行,实际上,我国对燃煤锅炉制定了非常严格的排放标准,如果认真去做,对环境的影响就可以降低到最低的程度。比如北京,北京国华热电厂和华能北京热电厂担负着北京东部地区约5000万平米的建筑面积供热,相当于250座普通小锅炉房,如此集中的排放并没有使该地区的空气指标低于其它地区,朝阳区环境监测表明:2001年中,离该地区较近的农展馆和较远的奥林匹克中心相比,全年空气中二氧化硫平均含量前者为41微克每立方米,而后者为56微克每立方米。其中最大值前者为117微克每立方米,
后者为158微克每立方米。[3]
注:华能排放较高是因为建厂时执行的是北京1998年的标准。
北京的情况说明,要减少能源使用对环境的影响,重要的问题不是烧什么,而是怎么烧问题,作为各级政府的职责是控制总量、达标排放,即根据本地区的环境容纳程度科学判定各项污染物的排放总量,在此前提下,合理分配各用能环节的排放数额,加强检测和监督,合理征收排污费用,严格惩罚恶意排放行为。
四、能源的价格
能源的价格是决定人们对某种能源使用的重要因素。从产热的成本来看,燃煤最低,燃气居中,电力最高。在环境条件许可时,优先采用燃煤。
目前在中国,各地供暖收费的价格由当地的物价部门通过听证会决定。因此,作为城镇供暖的价格从根本上说还不是市场化的价格。
但是作为供暖用能的主要原料煤炭、燃气、油料等,价格已经基本放开,这就给各地的供热企业带来了经营上的问题。现在,国家发改委出台了煤电价格联动的方案,建设部计划出台煤热联动的方案,目的是解决供热企业的合理经营利润问题。
可以预期,随着中国大范围供热体制改革的实现,供热的价格将逐渐趋于合理,达到供热企业和用户都可接受的水平。
五、能源的节约和可持续利用
目前,中国正在努力建设可持续发展的和谐社会。在能源利用上,中国的发展方针是:能源开发与节约并重,把节约放在首位。[2]
根据国家发改委的节能规划:在“十一五”期间,新建建筑严格实施节能50%的设计标准,其中北京、天津等少数大城市率先实施节能65%的标准。供热体制改革全面展开,居住及公共建筑中集中采暖按热表计量收费在各大中城市普遍推行,在小城市试点。结合城市改建,开展既有居住和公共建筑节能改造,大城市完成改造面积25%,中等城市达到15%,小城市达到lO%。鼓励采用蓄冷、蓄热空调及冷热电联供技术,中央空调系统采用风机水泵变频调速技术,节能门窗、新型墙体材料等。加快太阳能、地热等可再生能源在建筑物中的利用。[2]
集中供热在产热环节的节能优势是社会所公认的,但在热能的输配上有损失,一般而言,一次热网的效率在95%,二次网的效率在90%,它们和管理水平有关。提高热网效率是降低输送损耗的重要一面;另一方面,热网的不平衡损耗是不可忽视的,有时,不平衡损耗高达15%,相当于效率损失,不平衡损耗和热网的合理调节有关。因此,热网的管理和供热的调节是非常重要的。[4]
在建筑物节能上我们工作的潜力很大,目前我国单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2—3倍。[2]
北京和相同国家和地区的建筑传热系数对比:
由此可见,建筑物的节能潜力很大,根据国家发改委的预测,“十一五”期问执行建筑节能50%的标准可节约5000万吨标准煤。[2]这是今后一个时期节能工作的重点。
在一个地区的热源的配置上,一个合理的配置可能是:
垃圾焚烧热电厂或供热厂,它所产生的电能和热能首先被电网和热网接受;
燃煤热电厂,由于低成本的电能和热能,是电网和热网所乐于接受的,是热网的主力热源;
燃油热电厂,在供热供电高峰时才启动,是热网的次尖峰热源;
燃气热电厂,在供热供电最高峰时启动,是热网的尖峰热源;
燃气尖峰锅炉房,在供热最高峰时启动,是热网的尖峰热源。
上述国内外大型城市的产热配置,体现了能源的分级利用和成本控制的原则。垃圾焚烧一方面解决了城市垃圾的处理,另一方面产生了热能,是被世界各国普遍接受的方式。
燃气锅炉和燃煤锅炉的独立使用,效率上可以较高,它们的问题是燃气的成本太高,而小型燃煤炉的烟尘处理得不到保证,在一些区域建立大中型燃煤锅炉集中进行烟尘处理是实现环保要求的可行方案。
在一些特殊区域采用风能、太阳能和热泵技术等,实现可再生能源的利用是具有发展前景的新技术。
上述因素只是一般的原则,各地在考虑时可能会有所取舍和侧重,应根据国家政策,本地区能源供给、环境条件、经济条件具体确定。
参考文献
[1]中国城市建设统计年报,2004
[2]节能中长期专项规划,中华人民共和国发展和改革委员会
[3]北京市朝阳区环境质量评估和环境规划研究,2002年lO月
[4]北京市热力集团的统计