能效措施名称 | 规模和类别 | 污染物减排 | 碳减排效益 | 主要实施单位 | 节能措施简要说明 |
区域供热节能项目 | 固定来源—工业类 | SO2, NOx, PM | CO2 | 城市区域供热公司,市政供热办 | 热源锅炉整改,热力传输和分配系统的升级改造,热源节能项目,体制改革 |
1. 目标
2012 - 2013年间,中国北方地区的建筑物供暖系统消耗了2.7亿吨标准煤(tce),约占全国终端能源消费总量的12%左右。由于大部分这类能源利用都涉及到煤炭在城市或周边地区的直接燃烧,长期以来,城市供热系统造成的空气污染一直是中国环保领域关注的问题。虽然改用天然气供暖是可行的,而且在很多地方也正在推广,但提高集中式燃煤供热系统的能源效率则是最根本的措施。供热系统的主要节能措施包括:
(1)扩建大型区域供热系统,用大型集中供热或热电联产(CHP)锅炉取代多座小型的供热锅炉;
(2)热力输送和分配系统的升级改造,包括换热站升级改造;
(3) 对大型热源厂进行节能改造;
(4)推行热能利用方式和计费改革,包括建立基于消费者需求的体制,安装用户控制器和热计量表,采用按用热量计费的方法;
(5) 以上措施的结合运用。
2. 节能措施说明
a. 相关法律法规。除了“十二五”规划提出的中国区域供热系统的目标,实物改进和收费改革外,最近的大气污染防治政策文件和中国最新颁布的大气污染防治法明确要求,要落实集中供热系统的节能改造和大气污染防治措施。
国务院2013年的大气污染防治行动计划明确要求:
(1)在市区淘汰小型燃煤锅炉,加快发展大型区域供热系统(第1条);
(2)扩建改造区域供热管网(第15条);
(3)按照根据热量消费收取供热费的原则,推广安装热计量表和居民供热节能措施(第15条)。
2015年8月颁布的《中华人民共和国大气污染防治法》规定,区域供热系统中运行燃煤供热设施的所有单位必须获得排放许可(第19条)。新法还强调,在以燃煤为主的供热地区,应积极发展热电联产和集中供暖,严格禁止新建或扩建分散型燃煤供热锅炉,并要求淘汰排放不达标的燃煤供热锅炉(第39条)。
b. 节能措施的部署范围。中国有5亿人口生活在需要取暖设施的寒冷和严寒气候地区。2012年-2013年,中国的住宅,商业和公共建筑的取暖面积已达到近80亿平方米,约为瑞典全国总采暖建筑面积的10倍。几十年来,分散的供热锅炉系统已被小区集中供暖取代,逐渐采用大型区域供热系统来供暖。由于天然气供应相对不足,煤炭仍然是主要的燃料。过去十几年来,大多数城市在淘汰小型单一供热锅炉方面已取得重大进展,现在正将小型集中式供热系统与大型区域供热管网相连,并进一步优化系统。然而仍有许多工作要做,特别是在中小城市和落后的北方省份,在许多情况下,即便只是完成目前的强制性排放标准和执行淘汰低效率燃煤锅炉的法规,都是一项挑战。此外,作为未来获得最大能效收益的关键,在大范围过渡到以需求驱动的系统和根据用热量收费的方法才刚刚开始。虽然越来越多的城市开始进行这项过渡,覆盖的面积也越来越大,但住房和城乡建设部(住建部)估计,在2013年根据用热量收费的采暖面积为8.05亿平方米,仅仅占总采暖面积的10%左右。
c. 节能措施说明。目前用于区域供热系统较受欢迎的节能措施主要有两类:(1)对现有由供热方为主的系统进行节能改造,主要侧重于硬件系统的改造,(2)转型为需求驱动的系统,与收费改革相配合,既涉及到技术的改变,也包括大规模的收费改革。
表1列出了四种典型的节能改造项目。锅炉整改项目涉及淘汰小型低效率单一供热锅炉,改用大型供热源,以实现更高的效率和环境控制。输配热项目涉及到供热管网的改造,主要是降低损失,用同样的热量扩大供暖范围。结合热源和输配系统升级改造项目将两者合二为一。最后一类节能措施则重点放在大型供热厂,如热电联产发电厂的改造项目。
过渡到需求驱动的供热系统需要一揽子措施,包括:(1)对室内采暖系统的改造,允许用户对用热量进行控制; (2)让区域供热系统部分或全部从固定流量向变流量过渡,实现系统供热量可调,以满足动态需求; (3)改变计量技术和/或小区供暖费分配方案,使供暖收费更多地依据实际使用量,而不是传统的按季节按平米数收费; (4)按照一套新的价格结构,提出根据使用热量多少的收费制度。这个过程并不简单,需要得到地方城市领导的积极配合。对于新建的居民住宅,目前的法规要求供热管道的配置要能适应这种变化,但对于在本世纪初期建设的依靠单管垂直流的室内采暖系统的老住户,要实现住户控制和分户计量的方案就比较困难,尽管这在理论上是可能的。在中国,大多数居民都希望能够控制自己的用热量,自己决定取暖费的多少。对于当地供热公司,这些大的转变会引起运行方式的许多变化,并给收入带来不确定性,因此需要应对潜在的风险。
d. 实施框架。市供热公司是这些节能措施的主要实施单位。当地建委下设的市政热力办公室是主要的监管机构。受中央政府的鼓励的供热收费改革将涉及到多个市政府机构。
e. 效益与成本费用:
• 提高区域供热系统的能效以及更好地采用基于需求的供热系统和基于消费的计费方式所产生的潜在具有成本效益的节能量可达到5000万吨标准煤以上。若采用变流技术,区域供热系统的能效将提高到67%以上,相比之下,采用恒流区域集中供热技术的效率平均只能达到接近52%,而分散式燃煤供热系统的效率却只有40%左右。此外,按照用热量的计费方法,其成本节约的激励作用对于精打细算的中国家庭所产生的额外的节能量也不容小觑。
• 通过改善区域供热系统实现节能,对减少空气污染将产生巨大的作用,因为这些节能项目减少了城市市区内煤炭的直接燃烧。燃煤供热锅炉,顾名思义,往往离它们供热的城市人群相对较近。
• 总投资成本取决于项目的范围和规模,可能差别很大。下表显示了研究采样的19个区域供热改造项目的平均投资成本、节约的能源费用减去投资成本产生的净财务收益、以及每个项目的平均SO2和NOx污染减排量。虽然所有这类节能项目都能产生巨大的资金和环境效益,但锅炉整改项目的效益尤为引人注目。
表 1. 区域供热改造项目的典型成本和效益
节能措施类型 | 抽样项目数 | 平均总投资成本 (百万RMB) | 平均净生命周期财务收益 (百万 RMB)* | 当地年平均SO2减排量 | 当地年平均NOx减排量 |
1. 锅炉整改项目 | 10 | 45 | 236 | 920 | 370 |
2. 热传输与分配项目 | 2 | 40 | 234 | 220 | 90 |
3. 结合热源与输配管网项目 | 3 | 220 | 143 | 1130 | 450 |
4. 热电联产电厂节能改造项目 | 4 | 130 | 102 | 670 | 270 |
* 不贴现的生命周期节约的能源费用减去总投资成本。
f. 项目实施的关键问题。区域供热节能改造大多属于地方供热企业的项目。来自市政府对改善环境结果的压力有助于促进投资,这很可能有利于增加公司的中期财务收入。推动根据需求用热和基于用热量收费的项目,需要市政当局的坚定支持和组织协调。虽然这些项目的潜在环境效益巨大--如果实施得当,有望得到消费者的欢迎--但在热量控制、计量计费方面的重大变化仍需要做不懈的努力来获得城镇居民的理解。对于市政供热公司,从供热方对热流的控制,改变为从消费者角度根据需求出发对热流的控制,这是一个经营方式上的重大变革,会带来许多新的业务问题,也可能导致销售量的下降,引起对收入不确定性的担忧。要解决好这些问题,政府方面的支持至关重要。
g. 其他问题。节能改造项目,尤其是向根据需求用热的系统的过渡,除了节约成本,给社会带来环境效益以外,也可以为供热服务的质量带来实质性的改进。
3. 项目节能量和减排量的计算方法
由于区域供热的节能项目所带来的大气污染物减排,可根据掌握的数据,计算项目节省的能源使用量,再测算出减少的燃料燃烧的排放量。虽然有一些针对燃煤供热系统实施的节能项目也节省了少量用电,主要的节能量和空气污染减排效益均来自降低了城市及周边地区的煤炭直接燃烧。
利用工业生产力研究所(IIP)采集的从2008年到2014年完成的84个中国工业能效项目的数据库,我们对19个区域供热节能改造项目的投资和节能数据进行了分析。根据供热厂每吨节煤产生的SO2和NOx减排量和相关火电厂发电过程中每吨节煤产生的SO2和NOx减排的全国平均系数,分别得出了供热和发电厂的减排结果。
有关中国各城市向按需求供热和根据用热量收费进行转型的成功案例信息,可以从住建部获得。
当地环保部门可着手完善适合本地情况的空气污染治理效益计算方法。他们可以从当地供热公司和政府供热办公室获得最新的地方节能项目投资和节能数据,以及未来项目潜力的信息。节煤减排系数应进一步微调,反映当地的用煤特点。由各种能效项目组合的实施所取得的当地大气细颗粒物PM 2.5浓度水平的下降,可以通过加入节煤-细颗粒物减排量系数(以及SO2和NOx系数),并运用当地空气质量模型计算综合效果的办法计算得出。
4. 项目实例
下面的表2给出了4个实例项目的投资成本、节约的能源费用产生的净生命周期财务效益、每年污染物减排量以及SO2和NOx减排的净财务效益数据。所有这些项目都已完成,并获得经过验证的节能量。
项目1涉及到从72个分散在各地的锅炉房里淘汰169台燃煤锅炉,再加上拆除约4000户居民的单个小煤炉。相应的供热需求由区域供热厂的两台新装的58兆瓦链条炉排燃煤锅炉提供。该项目具有非常良好的财务回报,按照4600万元人民币的投资,从节约燃煤所产生的净财务收益,在12年内可达到2.4亿元人民币以上。大气污染防治的效益也很巨大:该项目预计每年减少SO2排放954吨,每年减少NOx排放382吨。换另一种方式来表达,12年里由于节煤项目所产生的每吨二氧化硫或氮氧化物的减排,热力公司还能得到每吨15000元的收入。
项目2的内容包括建设25公里的主输热管线,以及对现有部分输配热管网进行保温改造。虽然该项目不涉及锅炉的淘汰或升级改造,但由于改造管网提高了供热效率,每年实现的SO2和NOx减排量分别达到了419和168吨。供热公司的财务收益保持强劲(从节约燃煤就获得了6800万元的净收益),尽管这样的收益水平不及项目1高。
项目3是一个典型的综合性区域供热升级改造项目,内容包括:(1)新建一座单一供热型锅炉房,安装三台29兆瓦热水锅炉及配套设备;(2)增加了三座新的SO2洗涤塔,(3)增加14个新的交换站,(4)新建19.7公里长的主输热管道和23公里的二级配热管道,(5)配套的道路和绿化工程。虽然投资成本很高,但与现有的系统相比较,仅从节煤的经济效益和污染物减排的生态效益(不包括新洗涤器的额外好处)也非常高。
项目4的内容包括:(1)改建4座现有的大型单一供热锅炉,包括新建水和污泥处理设备,空气污染控制设备和燃料储存设施,(2)建设9座新的热交换站,(3)新增8.35公里新的输热管道。比起现有系统,节省的燃煤价值就远超项目的投资成本。
表 2. 节能改造项目实例统计.
项目类型 | 省份 | 总投资成本(百万 RMB) | 净生命周期财务收益 (百万RMB)* | 当地年平均SO2减排量 | 当地年平均NOx减排量 | 当地年SO2减排总量 | 当地年NOx减排总量 | 生命周期每吨 SO2或 NOx减排的净财务效益(单位1000 RMB) |
1. 区域供热锅炉整改 | 山西 | 43 | 243 | 954 | 382 | 940 | 369 | 15 |
2. 输配管网升级改造 | 辽宁 | 76 | 68 | 419 | 168 | 419 | 168 | 10 |
3. 综合性区域供热系统升级改造 | 山西 | 165 | 109 | 902 | 361 | 891 | 350 | 7 |
4. 供热厂改造与主供热管道升级 | 吉林 | 86 | 58 | 424 | 169 | 424 | 169 | 8 |
* 不贴现的生命周期节约的能源费用减去总投资成本。