碳中和目標(biāo)驅(qū)動下的供熱系統(tǒng)重構(gòu)

——空氣源熱泵供熱發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)

應(yīng)對氣候變化是當(dāng)前全球的焦點。中國承諾2030年前實現(xiàn)碳達峰，爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。為了實現(xiàn)中央提出的碳達峰、碳中和目標(biāo)，化石能源的消費必將會大幅度的消減。

面對化石能源的大幅度消減，北京市供熱系統(tǒng)必然發(fā)生顛覆性的變化，對供熱系統(tǒng)需要重新構(gòu)建。而現(xiàn)在仍然以煤炭為主要供熱能源的地區(qū)，供熱系統(tǒng)的重構(gòu)更是不可避免。未來各種終端能源消費將主要依靠電力，在逐漸提高綠色電力(供給側(cè))的同時，還必須優(yōu)化電力消費(需求側(cè))的形式。

電力供熱主要有兩種方式：電力直接供熱和以電力驅(qū)動的熱泵供熱。未來的供熱系統(tǒng)，將以大型“蓄能+”為中心熱源，以各類“熱泵+”和“太陽能+”為分布式和分戶式熱源。

（一）以“蓄能+”替代部分市政集中熱源

電力直接供熱，包括普通電鍋爐和蓄能電鍋爐。普通電鍋爐顯然不可取，未來供熱的主要能源利用形式應(yīng)該是“蓄能+”，通過儲能將多余的、廢棄的能源充分地利用起來。

“+”后面的內(nèi)容應(yīng)該因地制宜，可以是電鍋爐，主要利用多余的、用不了的電，如風(fēng)電、光電、低谷電等，也可以是光熱和各種工業(yè)余熱以及各種熱泵，如電力、鋼鐵、有色、食品、紡織等各種工業(yè)余熱以及各種生活余熱、數(shù)據(jù)中心余熱等。大型的“蓄能+電鍋爐”和大型的“蓄能+工業(yè)余熱”可以部分替代現(xiàn)有的熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域燃煤(氣)鍋爐房等大型市政集中供熱熱源，成為城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。這種供熱方式不僅有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定與平衡，解決余熱不穩(wěn)定問題，還可以充分利用多余的、廢棄的能源和現(xiàn)有的市政集中供熱管網(wǎng)。

（二）以“熱泵+”供熱替代分布式熱源

毋庸置疑，城市供熱還需要大量的分布式熱源和分戶式熱源。

熱泵可以利用自然界一些免費的低品位能源，以少量的電力作為驅(qū)動，可以大大提高電力利用效率。由于熱泵的出水溫度與熱泵能效的反關(guān)聯(lián)不能太高，無法作為市政集中熱源，但它是分布式和分戶式熱源的理想選擇。

傳統(tǒng)的熱泵供熱技術(shù)，如地源熱泵、再生(污)水源熱泵以及余熱熱泵，能源利用效率高，運行工況穩(wěn)定，但都要受到資源條件限制，無法大規(guī)模替代燃煤鍋爐和燃氣鍋爐。而空氣源熱泵，由于空氣是無處不在的，其應(yīng)用基本上不受自然條件限制，具備大規(guī)模替代燃煤鍋爐和燃氣鍋爐的潛質(zhì)。

未來供熱系統(tǒng)將形成以大型“蓄能+”和空氣源熱泵為主，各類其他熱泵和太陽能、地?zé)崮転檩o的多能互補新局面。大型“蓄能+”作為中心熱源，空氣源熱泵作為分布式熱源，將成為供熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)熱源和主導(dǎo)熱源。

一、空氣源熱泵供熱發(fā)展的機遇

在沒有任何更好的能源可供利用只能用電的情況下，空氣源熱泵是最節(jié)能、最穩(wěn)定的供熱方式。而未來大多數(shù)建筑都會面臨這種情況，所以空氣源熱泵將會成為解決供熱普遍性問題的首選方案。

2011年，北科建華譽能源開始研發(fā)用于替代燃煤鍋爐的大功率空氣源熱泵，經(jīng)過了十余年的實踐與發(fā)展，華譽能源空氣源熱泵已經(jīng)完全具備替代鍋爐的能力。2015年，石家莊綠朗時光采用華譽能源大功率空氣源熱泵進行住宅小區(qū)集中供熱，這是國內(nèi)首次全部以空氣源熱泵作為大型小區(qū)集中供熱熱源。供熱效果良好，且運行費用也不高，每個采暖季每平方米供熱耗電25kWh左右。2017年，華譽能源將空氣源熱泵供熱發(fā)展到了吉林省吉林市，在零下35℃的極寒天氣下，仍然可以保證供熱效果。2020年，又將空氣源熱泵應(yīng)用到黑龍江省鶴崗市，在2020年寒潮期間最低氣溫零下38℃時，華譽能源空氣源熱泵仍然可以正常運轉(zhuǎn)。截止2020年底，華譽能源陸續(xù)推廣空氣源熱泵供熱應(yīng)用達1000多萬平方米。

大量供熱實際應(yīng)用已經(jīng)證明，空氣源熱泵供熱在技術(shù)方面具備可行性。在系統(tǒng)投資和運行費用方面，也基本可以達到社會資本投資平衡點，在經(jīng)濟上也具備可行性。通過優(yōu)化政府資源配置，利用市場推動空氣源熱泵的發(fā)展和引用，前景是廣闊的。

二、空氣源熱泵供熱發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

采用空氣源熱泵大規(guī)模替代燃煤(氣)鍋爐，任重而道遠。空氣源熱泵供熱系統(tǒng)的出水溫度不高、占地較大、噪音偏高、冷島效應(yīng)、容易結(jié)霜等痛點問題，一定程度上限制了空氣源熱泵的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

空氣源熱泵出水溫度不高，一般在40-60℃。出水溫度過高，設(shè)備效率比較低，沒有經(jīng)濟價值。出水溫度不高，成為空氣源熱泵作為中心熱源的限制，但并不影響空氣源熱泵作為未來供熱系統(tǒng)的分布式熱源。

經(jīng)過多年摸索，華譽能源基本解決空氣源熱泵供熱應(yīng)用中的噪音偏高、冷島效應(yīng)、容易結(jié)霜等問題。目前限制空氣源熱泵大規(guī)模替代鍋爐最突出的問題是占地問題。空氣源熱泵的翅片換熱器必須放置在室外，與空氣充分接觸以增強換熱能力，設(shè)備外置占地是客觀需要的。華譽能源正全力解決空氣源熱泵的占地問題，力爭用一兩年的時間徹底解決，屆時，用空氣源熱泵替代任何鍋爐都不是問題。

三、需求是熱泵技術(shù)發(fā)展的根本動力

熱泵技術(shù)的發(fā)展必須面向需求，這也是華譽能源一直堅持的理念。

華譽能源始終堅持從供熱需求的特點和替代鍋爐的痛點問題出發(fā)，對熱泵產(chǎn)品、熱泵技術(shù)進行持續(xù)的創(chuàng)新和提升，給用戶提供的熱泵產(chǎn)品與系統(tǒng)解決方案，基本解決了空氣源熱泵供熱系統(tǒng)的痛點問題。

華譽能源始終堅持全運行周期總體成本最優(yōu)化的設(shè)計理念，按照全運行周期特點，從產(chǎn)品及系統(tǒng)的初始投資、運行成本和使用壽命等方面綜合考量，不斷對產(chǎn)品性能、價格以及系統(tǒng)設(shè)計進行優(yōu)化與提升。

華譽能源始終堅持全面建設(shè)數(shù)字化服務(wù)平臺，為用戶提供高質(zhì)量服務(wù)。

我們堅信，經(jīng)過我們的努力，空氣源熱泵一定可以在碳中和驅(qū)動的供熱系統(tǒng)重構(gòu)的重大機遇中扮演更為重要的角色，承擔(dān)更多的歷史責(zé)任，做出更大的減碳貢獻。(北科建華譽能源 胡永逵 張軍)

標(biāo)簽： 碳中和 供熱系統(tǒng)