关于优化我国北方地区供暖供能方式的探讨

赵仕龙（北京燃气能源发展有限公司）

摘要：由于气候的影响，我国北方地区冬冷夏热，冬季北方传统采暖方式为燃煤锅炉等集中式供热或自采暖供热，不仅对资源的利用效率低下，而且燃煤产生的大量污染物是雾霾的主要构成成分，因此有必要对传统燃煤采暖方式进行优化或者采用其他供能形式替代，已达到节能减排的目的。

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关键词 ：高污染供能方式新能源供能方式环境保护

1 环境污染问题

近年来，雾霾在我国多个城市频繁发生，尤其是北方的大部分省市，如北京、天津、河北、河南、山东、山西等地区都遭受了严重的雾霾影响，受雾霾影响的范围已达130万平方公里，已占我国1/8 的国土面积。其中北京在一个月之内遭受了4 次雾霾的袭击，危害相当严重。大规模的雾霾天气使这些城市的空气质量受到重度污染或严重的污染，危害了人体健康；同时，由于雾霾使空气能见度降低，多地高速公路、机场由于大雾而封闭，导致道路不畅通，影响了人们的正常出行。

2 高污染供能方式的危害

2013 年7 月8 日，一篇发表在国际顶尖学术期刊《美国国家科学院院刊》的论文引起轩然大波。文章指出：长期处于污染空气时，空气中总悬浮颗粒物（TSP）每上升100微克/ 立方米，中国人的平均预期寿命将缩短3 年，对北方5 亿居民而言，则是5.5 年。而在去除TSP 这一变量，保留所有其他变量之后，预期寿命的这个差距消失了。

而TSP 是构成雾霾的主要污染物，总悬浮颗粒物一般来源于燃煤，粉碎、锻烧、冶炼等过程中产生的工艺性粉尘，就北方而言，除了污染型企业的排放，总悬浮颗粒物的主要来源为冬季取暖季燃煤产生。这也是前文中提到的北方人寿命缩减年限大于国内平均值的主要原因。

以长春市冬季供暖为例，据有关资料统计，长春市中心城区燃煤供热锅炉房总数为2362 座，供热面积6399万m2。（表1）

由于长春气候严寒，因此取其供热指标为60W/m2，规定其供冷天数167 天。

则长春城区供暖季所需热量为：

1kW=3.6MJQh=qF*A*t*3.6=3839400kW*167*24*3.6=5.54*1010MJ由表知标煤热值qb 可求得供暖季耗标煤量：

M=Qh/qb=1890714334kg其中：

Qh———供暖季总热量需求；

qF———单位热指标；

A———供暖面积；

qb———标煤热值。

此计算方法与长春市燃煤供热锅炉房煤耗水平（29.8kg 标煤（/ m2·采暖期）～32.3kg 标煤（/ m2·采暖期）之间）相符。

污染物排放量如下表2：

由此可见，在传统的大量燃煤取暖的过程中产生了大量污染物，这些污染物质是导致雾霾出现的重要原因。因此为尽量杜绝雾霾的再次出现，减少对经济的负面影响，保护人们正常的生活、工作和学习，有必要对传统的采暖方式进行探讨，考虑因地制宜的采用新能源达到供暖目的。

3 燃煤地区可利用资源汇总

由上图可知，已燃煤供暖为主要供能方式的北方大部分地区蕴藏着大量的新能源可供开发利用。

3.1 风能资源

我国风能资源的分布与天气气候背景有着非常密切的关系，从我国风能资源分布图上可以清楚看出，由于三北（华北，东北以及西北）地区处于中高纬度的优越地理位置， 其内部风能资源丰富。风能功率密度在200～300W/m2 以上，有的可达500W/m2 以上，其全年可利用的小时数在5000 小时以上，有的可达7000 小时以上。

3.2 水能资源

从我国风能资源分布图上可以看出，我国水力资源的分布也不均匀，由东南向西北依次减少，因此，北方采暖供热地区只有东北及黄河流域有部分的水资源可以利用。

3.3 太阳能资源

由太阳能辐射量的大小，我国主要区域分为五类，如下表3 所示：

由我国太阳能资源分布图上可以看出，北方大部分地区处于一、二、三类太阳能较为丰富地区，因此太阳能的利用也是一个采暖方式变革的一个重要方向。

3.4 天然气资源

由分布图知，天然气在北方的分布量不多，但由于人为燃气管网的铺设，因此在北方同样可以利用到大量的天然气作为一次消费能源，而且天然气热值高，燃烧较充分，污染物的排放会大大降低。

3.5 地热资源

由于高温（＞150℃）及中温（90-150℃）地热主要分布于我国南方及沿海地区，因此此处提到的地热资源主要为中低温传导型地热资源，尤其是地下水及浅层地表受太阳辐射储存在其内部的巨大热量，此部分能量以常年恒温的形式被保存起来。

3.6 煤炭资源

我国北煤南水的格局以及南北方的气候差异造成了北方以燃煤电厂或燃煤锅炉为主的传统供能方式，煤炭作为一种矿物资源也应得到合理的应用造福人类。

4 新能源供能方式

由于北方供暖不同地区拥有不同的资源，并且有的地区拥有两种以上的清洁能源可以加以利用，因此针对北方存在的各种能源进行利用探讨。

4.1 风能利用

风能利用主要用于发电，在风能相对充足的三北地区，充分发挥风能发电的优势，将电能应用于冬季采暖，以三北地区独特的地理优势，积极研发风力发电科技，使发电成本大幅下降，可以大幅度降低对燃煤的依赖性。

4.2 水能与太阳能利用

不仅可以利用水的势能进行发电，而且可以直接利用

水的温度进行供暖。水轮机发电在国内应用已经相当成熟，近几年，针对水的流动性以及自然水温研发出了针对水的特性的水源热泵机组，这种热泵利用少部分的电能，将低温热源的热量向高温热源搬运，向用户提供45 度以上温水进行采暖。此技术也已经开始推广，并已有不少成功的案例。

太阳能同样也可以用来发电，如现在国家大力发展的光伏发电行业，也可以利用太阳能直接对水进行加热达到采暖目的。

4.3 天然气及煤炭利用

天然气作为一次清洁能源，具有高品位的热值，可以直接替代煤炭进行燃烧供暖，但此种利用会造成大量的能源浪费，而燃气三联供分布式能源系统（CCHP）是以燃气为一次能源，遵循先进的能源利用原则，即“温位对口，梯级利用”，在用户侧安装发电机组，利用燃气高品位的能量发电，产生的电力与市电共同满足用户的电力需求；同时通过余热回收利用设备（余热锅炉、热泵和换热器等）回收发电所产生的余热热量，向用户供冷、供热水、供蒸汽或者供暖等，满足用户冷或热的需求，可在满足用户多种形式用能的同时，达到很高的能源利用率，排放也能得到很好的控制。

目前国内也在大力推广这种节能技术，此项技术尤其适用于华北中部资源比较匮乏且雾霾比较严重的地区，对实现能源的高效利用及有效缓解环境污染具有明显的效果。

煤炭作为传统燃料，燃烧后会排出大量的大气污染物，因此需要对其进行脱硫脱硝的处理，大力发展煤制气，再进行冷热电三联供的使用，也可以达到节能减排的作用。

4.4 地热利用

同水源热泵相似，一般采用地源热泵达到利用浅层地表热量的目的，地源热泵的原理与水源热泵相似，也是通过少量的电能获取大量的冷、热能，为用户提供采暖或制冷需求。

由于地源热泵地埋管水的密闭性，其对地下热量的抽取与回灌应该保持平衡，否则容易造成地表温度的变化，对原本适宜生长或生活在此范围内的动植物产生不良影响，造成生态的破坏。

以北京某县区为例，某项目通过岩土热响应试验测得地埋管在制冷工况下（载热流体的进出水温度为35℃/30℃），单位延米换热量可按55W/m 取值；在制热工况下（载热流体的进出水温度为3℃/7℃），地埋管单位延米换热量为33W/m 取值。由于冬季采暖负荷较大，夏季冷需求相对较少，若对运营状况不加以关注，长时间超采或回灌地下热量不仅使系统供能效率降低，而且有对附近生态造成破坏的可能性。

5 结语

由于环境的日益恶化，北方传统的燃煤取暖方式亟待进行改变。通过上文分析，存在着多种清洁能源可以作为燃煤的替代能源，尤其是在自然资源比较匮乏的地区，天然气冷热电三联供系统以及地源热泵系统的应用不仅能达到冬季供暖的需求，同时也能满足夏季制冷的需求。只要因地制宜的进行能源的合理利用开发，必要时进行多种能源之间的互相耦合，一定能最终取代传统污染型的供能方式，达到节能减排的目的。

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参考文献：

[1]张沈生，李惠先.新型供暖方式与房地产[J].工业技术经济，2004(06).

[2]黄东.浅谈居住区供热方式的选择[J].城市开发，2003(01).

[3]梅冬，黄晓东.住宅供暖方式的发展动态和前景[J].辽宁经济，2007(08).