2023年3月3日，由中國城鎮(zhèn)供熱協(xié)會主辦，協(xié)會冬冷夏熱工作委員會、江森自控、珠海新源熱力有限公司、珠海格力電器股份有限公司共同協(xié)辦的首屆工業(yè)園區(qū)熱能應用低碳化發(fā)展專題研討會在廣東省珠海市舉辦。

中國工程院院士、協(xié)會副理事長、技術(shù)委員會主任委員江億作了題為“零碳供熱實現(xiàn)碳中和的重要任務”的演講。本文根據(jù)江億院士的演講錄音整理而得。

江院士表示：能源革命的主要任務是用零碳能源系統(tǒng)替代目前的化石能源系統(tǒng)。應盡可能少地使用化石能源，或通過CCS回收化石能源排放的煙氣中的二氧化碳，用水電、風光電、核電和生物質(zhì)作為主要能源。對供熱行業(yè)來講，建立零碳的新型電力系統(tǒng)、新型供熱系統(tǒng)是兩個重點任務。

課件內(nèi)容分享如下：

中央提出來雙碳戰(zhàn)略，實際就是能源革命，習總書記在2014年就提出來能源的4個革命，根本是能源結(jié)構(gòu)、供能方式革命，用能方式革命，技術(shù)革命和政策機制革命。

能源革命的目的是干嘛？為了把現(xiàn)在的化石能源煤、油、氣盡最大可能不用，當然沒辦法的情況保留一點，但是越少越好，即使保留的那點，最后還得通過CCS把排煙的二氧化碳給它分離出來，那個有挺大的成本，那么不用這化石能源用什么？就（需要）把能源轉(zhuǎn)成零碳能源。

現(xiàn)在看得著的零碳能源就是水電、風電、光電、核電，然后再加上生物質(zhì)能，所以像在北歐，包括在巴西，生物質(zhì)能都能占到他們?nèi)珖偰茉幢壤?0%~ 40%。

剛才我聽蔣院長講他的調(diào)查，遠（離）城區(qū)（的地方）居然一下就（可以）變成（使用）生物質(zhì)能了。政府治理（大氣污染），散煤取消，最省事的法子就是（生物質(zhì)）改顆?；蛘邏簤K，它的（原有）鍋爐也改動不大，這就代替了（化石能源）。但是中國的生物質(zhì)能資源短缺，按照現(xiàn)在估計在總能源里現(xiàn)在（占）1%，將來能占到15%左右，很難再大，因為中國可耕作土地缺少，人又多，但是發(fā)展一些生物質(zhì)植物，這也是重要發(fā)展方向，可是這畢竟是小頭，所以還得在風電、光電、水電、核電，怎么用這些事兒上解決咱們的問題，這是未來的大事。

那么從能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型上（看）重要的一點，對供熱行業(yè)巨大的變化是什么？以前是燒火出熱，你想要電，我熱再給你發(fā)電，這是（原先的）方向。現(xiàn)在這方向180度大轉(zhuǎn)彎，人家說我有電了，不用你燒火出熱再發(fā)電，我直接是風電、光電、水電、核電。從電做熱 180度變化，所以整個使得咱們供熱行當就提出一個嚴峻的問題來，這熱從哪來？

以后以前都會燒火，你哪怕熱電聯(lián)產(chǎn)它實際上也是燒火燒出來的，現(xiàn)在說咱不燒了沒燃料了，熱從哪來是咱們必須面對的一個嚴峻的問題或者叫挑戰(zhàn)。整個關系到這行當，但是這需求側(cè)你又得滿足要求，包括冬天的采暖，更包括工業(yè)生產(chǎn)，這就是咱們主要要面對的新挑戰(zhàn)、新形勢，（需要）給出解決辦法來。

總的來看，實現(xiàn)能源革命面對的實際是兩個重大任務，一個就是建立零碳的新型電力系統(tǒng)；另一個重要任務就是建立一個零碳的新型供熱系統(tǒng)，包括建筑采暖，包括工業(yè)供熱，這件事很重要。

現(xiàn)在一說起來中國終端能源利用率，電力部門強調(diào)要加大電力在終端能源利用率，這里的利用率才百分之三十幾。某種意義上講70%都是各種各樣的熱，所以這熱也非常之重要。但是相對來說，有關部門整個體系里對這件事的關注要少得多，所以需要我們使勁呼吁，擺到一個位置上才行，也得好好研究。整個社會運行甭管是保民生還是保經(jīng)濟發(fā)展都離不開這熱。因此咱們必須把它作為能源革命未來面對的一個重大任務。

下面來看看這熱量是怎么回事？

COP等于4是一個綜合平均值。如果能達到4，它就是1.8萬億度，總盤子未來是15萬億度電，這樣對咱們整個供熱行業(yè)說，能不能在不到2萬億度電的盤子（下）咱把整個這事給解開。180億GJ（總量），或者（說就是）整個民用的跟工業(yè)用的熱，咱能不能解開？這就是一個大的挑戰(zhàn)，也是給咱們這行提出一個新的任務。

熱泵的核心是按照能量守恒一度電只能出一度熱，因為（熱泵）從低溫側(cè)提（取）了兩度熱三度熱，這才滿足能量守恒了，所以必須先回答低溫熱在哪？

熱泵行業(yè)現(xiàn)在國內(nèi)發(fā)展挺快，一個是空氣，哪都有。但最大問題是能量密度太低，它空氣比熱就小，一年四季溫度變化太大，給機器穩(wěn)定的提熱帶來困難。

另一個是土壤，這里淺埋是100米，中深層是2000米，通過跟土壤換熱取熱，問題是靠這土壤里邊提熱，能量密度不能太高，它有一個上限，取熱恢復不過來，地底溫度越來越低，會帶出一系列的問題。

地表水要有當然可以，但是也需要特別大的循環(huán)量，當你取熱量大的時候，都會對局部的生態(tài)環(huán)境，甭管是空氣、水還是土壤的生態(tài)環(huán)境，會帶來一定的影響。

那么我們到哪能（找到）低溫熱源?除自然界之外，發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)等過程排出的余熱。因為是過程產(chǎn)生的，能量密度會高得多，作為低溫熱源就好多了。

我們把全國分出二十幾個電力區(qū)域，然后一個區(qū)一個區(qū)域仔細地各種資源平衡完了合起來一張圖。（看圖）底下灰色是核電，上面是那三種藍顏色是三種不同的水電，這是每天可能的發(fā)電量，然后綠色的是陸上風電、海上風電，杏黃色是分布式光伏，黃（綠）色是集中光伏。

風電跟光電都出不來熱，水電也出不來熱，核電出的熱是它（火電）的1.5倍。所以，能把全年的余熱收回來一般就綽綽有余了。但是冬天不夠?，F(xiàn)在好些地方實際工程結(jié)果也是這么個現(xiàn)象，最終很可能是這么一塊，我們搞供熱這行當我們有活干了，所有的余熱，比如（讓它）90℃供20℃回，核電余熱、電廠余熱、工業(yè)余熱，甭管冬天采暖還是別的工業(yè)用熱，咱都從那去取熱，用的多取的少或者給的多用的少的（熱量）差靠跨季節(jié)儲熱給他存在那里。所有的熱源電廠，現(xiàn)在人家是保民生叫做以熱定電，以后就都改了叫調(diào)峰電廠，不管用熱還是不用熱，電力需要發(fā)電就發(fā)，產(chǎn)生熱量你拿走，電力不需要不發(fā)了也沒熱了就需要自己解決。這樣供給側(cè)跟消費側(cè)需求就有特別大的差別，怎么辦？

如果總量夠，就靠這跨季節(jié)儲熱，把這個差給填上。所以現(xiàn)在做地方規(guī)劃分析發(fā)現(xiàn)這個（跨季節(jié)儲熱）最重要了，有了它各種問題都解開了，沒有那東西這就不行，供需不匹配，到時候問題就大了。這樣一來就是說，要想實現(xiàn)剛才（所說的）美好的夢想，就必須克服三大難題。

第一大難題就是時間上的熱源不同步，所以就需要大規(guī)模的跨季節(jié)儲熱裝置。必須有個倉庫存著才行。

第二是地理位置不一致，所以還得輸送時能（夠）低成本。第三是參數(shù)的事，蒸汽出熱，熱的溫度不一樣，蒸汽的壓力不一樣，那么就得變換，實現(xiàn)各種各樣溫度壓力等熱量品位要一致。

所以把這三件事兒都給解決了才行，這三件事兒有技術(shù)的事兒，也有政策機制的事兒，還有投資的事兒，但是既然是國家的大事，就得合起來幾方面，一塊給它解開。

首先要真有大規(guī)模儲熱的東西，要取得多方面的收益。比如說原有的余熱資源核電全年都排熱，結(jié)果（現(xiàn)在）你光冬天取了，其他時候還排海里去了，余熱資源浪費了。假設熱源額定1MW，那一年就是8000小時就8000Mwh，要是光冬天供熱，按峰值算最高負荷40W/m2，只能供2.5萬平米，可是你要把那8000MWh的熱全攢起來，慢慢根據(jù)需要供，這時候一平米是要的是80kWh的熱，就可以供10萬平米。

所以同樣一個熱源有儲熱裝置，我能為10萬平米建筑供熱，沒有儲熱裝置，只能（給）2.5萬平米供熱，里外差4倍，有的工程我分析能差出6倍來，所以（這樣解決）余熱資源就可以得到充分的利用。

第二，這樣的熱回收裝置將來投資（較大），管線輸熱也是大的投資?，F(xiàn)在供熱這行，一年歇半年就干4個月活，（還剩）8個月都不知道吃誰去，這設備閑置也不行，利用率就低了，回收期就長了。有了這個儲熱裝置，把這儲熱裝置建在離需要熱量的最終點近的地方，靠近城市側(cè)，這樣長途輸熱也好、熱回收也好，都可以全年運行，于是初投資折舊就變得快了。原來是10年、15年，現(xiàn)在（這樣做）短至3年5年也就能回來。

第三條，即使我不想著整個的（熱）全回收，剛才好幾位我看著都在談，包括是烏魯木齊說你要搞你還得調(diào)峰鍋爐，一下上400噸調(diào)峰鍋爐人家不干了，說是你跟我這減煤政策反了，所以以前我們上課給學生天天講這調(diào)峰鍋爐的重要性，現(xiàn)在我發(fā)現(xiàn)不能上調(diào)峰鍋爐了，因為它是化石能源，（可是）拿熱泵做調(diào)峰不合理，空氣源熱泵，調(diào)峰的時候天特冷，那怎么解決調(diào)峰問題？

（原先）熱源是什么？為什么需要調(diào)峰？熱源最大功率是多少？最大功率得大于采暖時候最冷天（需要的·）最大功率，這樣我才全保證。

如果用儲熱，這熱源一年出多少熱，就剛才說的一年能出8000兆瓦時，一除一平米建筑用多少，這一除下來熱源能帶的面積大多了，能提供的熱量特別多了，對吧？原來多余的東西都扔了，現(xiàn)在全收回來了，都成寶貝了。

所以（儲熱）解決調(diào)峰問題是把咱這行的一個心病就去了，就不需要調(diào)峰，按總量算，這樣我有這儲熱，我只要調(diào)節(jié)那邊的取熱量，最冷的時候多取一點就完了，同時這么一做供熱的可靠性（就有了保障），甭管給民用建筑供熱保民生，（還是）給工業(yè)供熱保人家安全生產(chǎn)。我要是有一個儲熱裝置，只要里邊有熱，我心里就踏實，至少是從熱源到儲熱裝置，這段好壞我就不用著急了，那邊（儲存的熱量）保證供應就行了，這樣可靠性大為提高。

然后再反過來說，咱們這樣取的這余熱都不是伺候你的，都是原來本來生產(chǎn)過程中它就該冷卻排熱，所以你整個的供熱系統(tǒng)對人家來說是人家的冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)不能憋著，如果你冷不下來，不能把熱排走了，他那就出事了，甭管電廠工業(yè)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)中心，你既然承擔冷卻任務，人把熱給你了，你就得給人真冷卻下來，它也很重要。

這兒我有大水池子，要是一個儲熱，相當于我對他來說是儲冷，于是又能夠顯著的提高人家冷卻的可靠性，雙重的（作用）就都管上了，所以實際還能整出一堆收益來，好些工程冒出來的問題一上儲能就都行了。

一個池子，加蓋，別漏氣。跨季節(jié)儲熱可能是最好的方法。這些年實際國外也在研究，像北歐是（儲熱池）整個大蓋（子），包括咱們國家的西藏，由丹麥幫著也做過一個大儲熱，把太陽能收起來，冬天供暖至少能行。問題是它沒那么高溫度，存的（熱）才五六十度，所以效率不是太高。

咱們在張北地區(qū)也見過幾個，但是規(guī)模都不大。但是中國要完成這事兒，100億立方米也就是1,000萬立方米的蓋1000個，這是巨大的（工程）。真要是有這個了，咱們供熱這行就都好辦了。

所以這幾種做法最后比起來還是大的一個深坑的最好，因為抓的是兩件事兒，一個是熱量不能丟，一個是品位盡可能不能丟，這樣儲熱是上面是熱水，底部是涼水，進的時候（上面）進熱的，涼的從底下出去，取的時候是上面出來熱水，涼水補到里邊去，要的是中間一個冷熱分層，那個（斜溫層）變化是（上下）來回變的，（熱水涼水分層）不能摻和。所以得通過各種辦法補水的氣壓，緩慢的取水裝置等等，這就能夠特別好的解決里邊的問題，總的結(jié)果就是效率很高。

所以怎么比這種儲熱池的成本也是那些（其他儲能方式）最多是1%~10%，因此既然要搞零碳（供熱），這個是一個很重要的方法。

這是在歐洲已經(jīng)建成的一些大水池子的東西，那邊是按人民幣折算，他們有些資料沒有，有些報道的說花了多少錢，（主要）都是裝置、挖坑、貼膜、裝蓋子那些錢，100多塊錢，最低的是丹麥那個164塊錢一立方米。

不算土地出讓金，這個事100元每立方米應該能做出來。如果我們努力讓這100塊錢一立方米這事給他做成，儲熱溫度是90℃/20℃的話，那樣一立方米就能出0.28GJ的熱量，建設成本360塊錢1GJ，如果投資是15年，每年儲熱成本是24塊錢1GJ。比燃氣的還便宜。這樣通過儲熱（可以）替代燃氣，但是這個（計算）沒有包括土地出讓金，它屬于是國家政策的事兒。

第二個事就是距離上的匹配，要是（輸）送100公里的話，北京不行，還有內(nèi)蒙，黑龍江省有些縣城，他們離得太遠，沒工業(yè)，找不著熱源；其他的地兒都能找著相應的余熱資源。那么這樣的情況，比如像內(nèi)蒙黑龍江幾個小點的縣城，沒有余熱，但它有莊稼、牛糞羊糞等，可以用生物質(zhì)資源就行了。北京（遠距離輸送）得200公里才夠，所以北京要是有錢，咱們拉距離200公里。

然后有沿海地區(qū)的制造業(yè)，核能的分布都在沿海，可以好好從核能的余熱里得到足夠的余熱資源。當然還有適當?shù)漠a(chǎn)業(yè)布局，解決供需平衡問題。

太谷太原長輸工程大家一直在說效果挺好，長距離輸熱關鍵是降低成本，減少損耗。那么這里頭大概是這么幾個關鍵點，一個是把供回水溫差拉大了，就可以有效的降低成本，因為單位熱量的循環(huán)水量少了。

再一個加大管徑，也就是加大規(guī)模。這樣一來泵耗就大幅度下降，所以通過這些東西可以降低成本，提高輸送能力。

再一步的技術(shù)問題，一個是大高差的事兒，原來都是用隔壓站，一方面成投資太高，另一方面一個隔壓站就占兩度溫差，再有幾個這溫差就（吃）沒了。所以咱們能不能取消隔壓站，也是各地都在仔細探討的。有這種可能把循環(huán)輸熱的概念變了，尤其是有了大水池子本身它是開口的，綜合起來就想出（取消）隔壓的法子來。

再一個水擊的事，在太原的項目上做的挺好，進一步總結(jié)經(jīng)驗，解決誤操作、掉電（等問題），然后這些年也有很好的仿真能力了，可以模擬各種各樣可能出現(xiàn)的事兒，這是低成本的關鍵。

那么要想干好這事兒，統(tǒng)一供回水溫度是成功的關鍵，尤其是把回水溫度降低，降低回水溫度，別以為說就是為了解決輸送問題，首先把回收溫度降低，才可以有效的回收各種余熱資源，水溫越低，收的熱量比例越高。

長距離輸送要加大溫差，所以從三個方面都希望使勁把回收成本降低，這就成了我們這行的一個重點任務，供熱的回收溫度降低，（即使）工業(yè)生產(chǎn)用熱，我提供這個（熱）也得想法把回水溫度降低。

這些（工程應用）也有10年的歷史了，（熱水輸送的過程中需要）好些個變換器，就是剛才說的第三個難關，包括吸收式換熱，已經(jīng)在太原、在赤峰好些地兒都有。山東有些地方，大網(wǎng)是90℃的水，采暖是40、 50℃的，回水是40℃，我能把供水側(cè)一次網(wǎng)側(cè)，回水都降到20℃，實現(xiàn)了統(tǒng)一的回水溫度。在熱源側(cè)，如果你那個工廠里比如沖渣水是75 、70℃的水溫，通過第二類的吸收式換熱，只要回水溫度是20℃度或者25℃，他們都把供水都給整到90℃去，都不需要電，也不要什么熱泵，是吸收式熱泵，不消耗電，就靠大溫差就解決這個問題了。所以這些產(chǎn)品會廣泛應用，大的是幾層樓（高），小的是擱在車庫里。系列產(chǎn)品，現(xiàn)在都有了，好幾個企業(yè)都在做。

所以說，未來是一個電動熱泵、吸收熱泵混合起來搭配，根據(jù)不同的需求，會是巨大的市場，從各種各樣的熱量變換來滿足蒸汽、熱水高點的、低點的（要求），就替代了常規(guī)換熱器。

海陽核電的余熱，弄出100多℃的熱水，然后拿它做動力，做這個海水淡化，把海水做出95℃的熱淡水來，然后這一根管給送到居民家采暖，收拾完了那邊就出涼水，這涼水人家愛喝，這水也沒味，也挺好喝，比他們自來水好喝。

工業(yè)用熱一定得遵循一個原則，就是不同的參數(shù)用不同的裝置絕不能夠統(tǒng)一的參數(shù)然后再減溫減壓，都浪費了。

南方有個地兒特別好，它是熱電聯(lián)產(chǎn)統(tǒng)一供蒸汽，居然是兩套蒸汽系統(tǒng)，一套是10kg/cm2的，一套好像是4 kg/cm2的，（供汽）價錢都不一樣。要高壓的接這根管，低壓的接那根管，說明特別精明，比北方精明多了，但是即使這樣還是有供大于求的浪費，要是變成小裝置，就地每個裝置整一個，都以90度熱水作為低品位熱源，那么做起來相信大幅度減少浪費，效率還會特別高。

連云港有個叫田灣電廠核電，在田灣灣北走那一片大的工業(yè)園區(qū)，又是一堆小熱電，能不能把小熱電取消了，現(xiàn)在就研究拿這個核電，但是還在爭論到底是（直接）送蒸汽還是走循環(huán)熱水、末端用蒸汽。（還有）福建省的兩個工業(yè)園區(qū)（也是如此），所以這個需求量是非常廣，沿海的用一個核電怎么給它弄好。

這個美好前景說完了，就是這個時間上它有一個合適的點?，F(xiàn)在目前還是以熱電聯(lián)產(chǎn)+燃煤鍋爐+燃氣鍋爐為主要熱源。中央也提出來先立后破，能源革命能源化轉(zhuǎn)型，不能影響民生，不能影響工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展，所以這需要一個合適的步驟，一步一步來，這點特別重要。

所以我們考慮是分三個階段，每個階段的主要任務是不一樣的。第一階段比如說到達峰之前，這些年電廠什么的還沒撤，過了達峰才往下降。那么這時候最主要的是做好準備工作，做什么？兩條，最主要是把回水溫度降下來?，F(xiàn)在隨著經(jīng)濟發(fā)展，各地還都說熱源不夠，有的要再上火電廠，有的要上燃料鍋爐房，這事矛盾比較大。

但是如果你把回水溫度降下來，實際就可以更多的從原有熱源上提取余熱，電廠把人家的熱就都收回了，還可以試圖收一些工業(yè)余熱，所以通過降低回水溫度來解決熱量需求的不斷增長問題，而不再建這燃煤鍋爐，這是這幾年的主要任務。

等到了過了2030年2035年達峰了，中央要求得降往下降，最主要的手段就是砍燃煤電廠，那么一砍燃煤電廠，咱們供熱行業(yè)也就受不了了，就害怕了，怎么辦？大勢已定就非得砍，不過不是一塊砍，是一個一個的開始停。這電廠砍一半，就得建跨季節(jié)儲熱設施，我建一個大水池子，你關一個電廠沒事兒，原來還有一個電廠，那一個電廠就能當兩個用，恨不得當三個用。所以您那拆電廠，我這建水池子咱就一塊同步的進行，這樣能夠使得電廠一個變倆廠，通過水池的頂替，開始慢慢琢磨回收流程工業(yè)、數(shù)據(jù)中心的余熱。國家一方面關電廠，另一個重錘行動，就該是收拾工業(yè)用熱的鍋爐房了，那么就開始嘗試由我們這行來給工業(yè)用熱提供熱量，替代原來的燃煤鍋爐房，有儲熱設施這事就好辦多了，這是第二階段。

第三階段，這時候主要特點就是國家的大規(guī)模的風光電開始漲了，現(xiàn)在中國去年是一共有7億千瓦，現(xiàn)在每年會新裝3億千瓦，一年3億，有10年就上30個億，30個億出來之后，10年之后是2033年，那時候風光電的比例就會在電源里邊占了小一半，再有10年到了2043年，那就風光電為主的現(xiàn)象就出來了，一旦它變成為主了，棄風棄光可就越來越厲害了，這是不可避免的。

我有這大水池把儲熱裝好了，春天存起來冬天什么時候用，所以這時候就要想法好好的靠這儲熱裝置收棄風棄光，然后供熱。

那么這樣一個設想，當然看著挺美好，核心問題還是統(tǒng)一規(guī)劃，不能自個兒圈一塊小地兒（僅僅）說我干好，這樣不行！彼此協(xié)調(diào)，統(tǒng)一規(guī)劃，弄出統(tǒng)一格局來，并不是壟斷，而是把這張圖畫在那兒，誰想干，民營的國企的都可以投資，照著這張圖來實現(xiàn)這個美好藍圖。

好，結(jié)論就是說靠各種低品位余熱資源來實現(xiàn)零碳熱源，是建設零碳能源系統(tǒng)的重要任務之一，就得全面采集利用各個環(huán)節(jié)排放的余熱，珍惜一點一滴，一點都不能散，都得回收回來才行。

那么靠著余熱資源可以滿足建筑采暖跟工業(yè)用熱的需要，但是為了這個目標必須解決這三大任務。同時，相應的應該有一批新的政策機制來支撐新的零碳能源熱源系統(tǒng)，包括土地政策，包括按照溫度品位來確定熱力價格的事，同時向環(huán)境排放熱量者應該承擔環(huán)境熱污染的責任。

還有新的基礎設施的建設的投入，同時還有巨大的各類熱泵跟熱量變換裝置的市場，所以會形成一個特別大的市場，包括基礎設施建設的工程，包括裝置設備，所以通過這個市場需求要拉動新基建、拉動經(jīng)濟發(fā)展，其實是抓這些事兒，也能反過來促進這幾十萬億的市場需求。

（注：文字內(nèi)容根據(jù)江億院士授權(quán)會議錄音整理，未經(jīng)作者本人授權(quán)不得刪減、轉(zhuǎn)載）