趙宇通 王春林

摘 要：本文針對我國北方城市工業(yè)余熱供熱及清潔取暖資源的調(diào)研內(nèi)容進(jìn)行論述，形成針對城市及周邊低碳供熱資源的調(diào)研思路。通過調(diào)研各類統(tǒng)計(jì)資料，形成了低碳供熱資料，包括電廠余熱、工業(yè)余熱、風(fēng)電資源、生物質(zhì)資源、污水余熱、城鎮(zhèn)垃圾等熱源形式的北方城市低碳能源供熱能力的調(diào)研清單。針對北方城市及周邊的低碳及清潔能源資源，給出工業(yè)余熱作為能源供熱的調(diào)研方法和建議。為城市利用工業(yè)余熱供熱提供基礎(chǔ)規(guī)劃資料，從而探究北方低碳供熱的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：工業(yè)余熱；低碳供熱；清潔能源；調(diào)研方法

中圖分類號：TU833；TK11+5? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2024）04-0016-05

2020年以來，我國提出了“碳達(dá)峰”和“碳中和”（雙碳）的目標(biāo)，如何從目前以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向?yàn)榈吞忌踔潦橇闾寄茉唇Y(jié)構(gòu)是這一政策能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。應(yīng)推動(dòng)能源清潔低碳安全高效利用，深入推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型[1]。目前能源結(jié)構(gòu)革新是我國各行業(yè)非常重要的一個(gè)工作目標(biāo)，而供熱系統(tǒng)作為城市能源系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)卻時(shí)常被忽視，往往人們更為關(guān)注的是節(jié)電、節(jié)氣、節(jié)水。根據(jù)相關(guān)專家的研究，城市級的供暖的能耗和碳耗可以占到我國全部建筑運(yùn)行維護(hù)能耗和碳耗的1/4以上。城市供熱的目的是為人民提供舒適的生活和工作環(huán)境，降低建筑能耗和碳耗不能以犧牲人們的環(huán)境舒適性為代價(jià)，對于供熱系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)低碳甚至是零碳供熱，目前的方法主要是“節(jié)流”，即降低建筑物本身的能源消耗：采用傳熱系數(shù)較小的墻體材料和結(jié)構(gòu)，降低建筑自身向外界的傳熱量；使用密封性較強(qiáng)的門窗，使室內(nèi)外空氣通過門窗縫隙交換的能力大大降低；不同地方設(shè)立不同的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)等措施。目前“節(jié)流”這個(gè)手段已經(jīng)取得較好的效果，工藝技術(shù)也比較成熟，但若想進(jìn)一步降低能耗和碳耗已經(jīng)很難得到很大的進(jìn)展。今后我國城市供熱系統(tǒng)的熱源結(jié)構(gòu)和熱源效率優(yōu)化是從“開源”的角度來降低建筑能耗碳耗的，低碳能源供暖就是優(yōu)化熱源的有效模式。

近年來北方城鎮(zhèn)集中供熱面積快速增加，對于北方城市供熱來說，工業(yè)余熱作為清潔、低碳的供暖熱源，成為一個(gè)城市降碳的重要舉措和可行方式。我國2020年總能耗折合49.8億tce，工業(yè)能耗占65%，其中70%以上用于冶金、化工、水泥、燃料等生產(chǎn)行業(yè)，這些行業(yè)能源綜合利用效率不足50%[2]，余熱回收潛力巨大。我國北方城鎮(zhèn)集中供熱仍以燃煤和燃?xì)鉃橹?，截?020年底工業(yè)余熱集中供熱面積占比僅為1.2%[3]。未來工業(yè)余熱可以占到北方城鎮(zhèn)供暖的20%以上，研究發(fā)展工業(yè)余熱是我國城市能源結(jié)構(gòu)革新的非常重要的環(huán)節(jié)。

本文就工業(yè)余熱及低碳能源調(diào)研給出了調(diào)研的思路和方式方法，以期為北方城市工業(yè)余熱調(diào)研工作提供參考。

1 工業(yè)余熱調(diào)研目的

結(jié)合我國工業(yè)大國的基本國情，我國各類工業(yè)余熱資源豐富，且我國城鎮(zhèn)的集中供熱管網(wǎng)覆蓋率高，未來應(yīng)發(fā)展以工業(yè)余熱為主的低碳清潔供熱技術(shù)。工業(yè)余熱供熱調(diào)研是為了工業(yè)余熱等清潔能源作為供熱熱源積累前期數(shù)據(jù)并且作為北方城市未來供熱規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。城市級供暖系統(tǒng)的建設(shè)和設(shè)計(jì)若采用工業(yè)余熱等低碳清潔能源作為熱源，需要在城市供熱規(guī)劃和設(shè)計(jì)前摸清整個(gè)城市及周邊可采用的工業(yè)余熱，而工業(yè)余熱作為供熱熱源是近些年采用的新技術(shù)，各個(gè)城市普遍無相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，并且各個(gè)城市的工業(yè)產(chǎn)業(yè)也在不停地隨著行業(yè)發(fā)展而變化，工業(yè)余熱的數(shù)據(jù)和資料每個(gè)時(shí)期變化很大。目前我國北方地區(qū)對于工業(yè)余熱等低碳清潔熱源的供熱數(shù)據(jù)較為欠缺，缺少各個(gè)城市的工業(yè)余熱作為熱源供熱的相關(guān)調(diào)研工作，北方地區(qū)城市缺少較為全面和系統(tǒng)的工業(yè)余熱調(diào)研思路和方法。故而，在“雙碳”政策背景下北方城市急需盡快進(jìn)行工業(yè)余熱供熱的調(diào)研工作，也是實(shí)現(xiàn)低碳供熱需長期進(jìn)行的工作，對于我國能源結(jié)構(gòu)有著重要的意義。

2 工業(yè)余熱調(diào)查內(nèi)容及調(diào)研任務(wù)

2.1 調(diào)研內(nèi)容

工業(yè)余熱調(diào)研從城市層面，圍繞供熱系統(tǒng)和清潔能源資源展開，城市及周邊資源如圖1所示，主要調(diào)研內(nèi)容包括城市及周邊城鎮(zhèn)的工業(yè)余熱及其他低碳清潔資源和城市供暖系統(tǒng)現(xiàn)狀。

2.1.1 調(diào)研思路

為了對城市進(jìn)行工業(yè)余熱低碳清能源規(guī)劃，首先需要了解城市既有供熱系統(tǒng)的現(xiàn)狀，通過對既有供熱系統(tǒng)的調(diào)研，分別從熱源、輸配、末端上了解目前城市供熱運(yùn)行存在的問題，并逐一給出解決思路。其中，為了解決上述問題，需要對城市的可行熱源進(jìn)行調(diào)研。除了工業(yè)余熱資源外，熱電聯(lián)產(chǎn)、風(fēng)電資源等低碳清潔熱源都是調(diào)研的范疇。通過合理組合分配熱源，可以實(shí)現(xiàn)較大比例的工業(yè)余熱和低碳清潔熱源供暖，避免“一刀切”式的煤改氣或者頻繁使用低效高污染的散煤鍋爐。與此同時(shí)，調(diào)研也需要對城市發(fā)展情況進(jìn)行調(diào)研，以便進(jìn)行未來供熱規(guī)劃。這樣，分別從熱量供給側(cè)和需求側(cè)進(jìn)行調(diào)研規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱低碳清潔供熱。此外，在進(jìn)行城市調(diào)研的同時(shí)，也需要對城市周邊的縣鎮(zhèn)進(jìn)行相同內(nèi)容的調(diào)研，調(diào)研思路如圖2所示。從宏觀層面完成對工業(yè)余熱熱源資源的部署，促進(jìn)城市和周邊城鎮(zhèn)低碳清潔供熱協(xié)調(diào)發(fā)展。

因此，工業(yè)余熱調(diào)研有以下幾項(xiàng)核心任務(wù)：

（1）城市供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)研及問題總結(jié)。

（2）城市周邊現(xiàn)狀熱源及其他清潔熱源資源調(diào)研。

（3）城市發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研及未來規(guī)劃。

（4）城市周邊縣鎮(zhèn)供熱現(xiàn)狀及供熱資源調(diào)研。

（5）工業(yè)余熱低碳清潔供熱技術(shù)路線規(guī)劃。

圍繞上述核心任務(wù)，調(diào)研小組需要分別進(jìn)行細(xì)致的調(diào)研和分析任務(wù)。

2.2 調(diào)研具體任務(wù)

工業(yè)余熱調(diào)研以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有供熱系統(tǒng)存在的問題和為城市設(shè)計(jì)工業(yè)余熱及低碳清潔取暖發(fā)展路線為核心目標(biāo)。在工業(yè)余熱調(diào)研中，以一個(gè)城市和周邊的縣鎮(zhèn)為單位進(jìn)行調(diào)研。需要完成詳細(xì)數(shù)據(jù)調(diào)研清單?？紤]到具體城市的情況，在實(shí)際調(diào)研的過程中不局限于僅滿足此章節(jié)描述的調(diào)研任務(wù)要求，需多從實(shí)際角度出發(fā)思考存在的問題和需要調(diào)研的資料，更好地實(shí)現(xiàn)調(diào)研目標(biāo)。

2.2.1 城市供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)研

通常來看供熱系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)主要從各個(gè)城市的熱力公司獲得，城市住建委相關(guān)供熱管理部門也會(huì)有部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。如果一個(gè)城市存在較多的熱力公司，則以最主要的熱力公司為重點(diǎn)調(diào)研對象，其他小型熱力公司只調(diào)研熱源容量、供熱面積、熱網(wǎng)情況這些基本信息。可以和當(dāng)?shù)爻鞘械墓峁芾聿块T了解城市整體供熱情況（如熱力公司個(gè)數(shù)，各自規(guī)模，熱網(wǎng)等），再選取最大的熱力公司進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)研。

在調(diào)研供熱系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)一般需要調(diào)研歷史三年的數(shù)據(jù)，時(shí)間間隔為一天或者一小時(shí)。但調(diào)研小組可以視實(shí)際情況決定。如果運(yùn)行系統(tǒng)無自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)且歷史數(shù)據(jù)獲取比較麻煩則可以僅獲取歷時(shí)一年的數(shù)據(jù)。

（1）熱源系統(tǒng)現(xiàn)狀：包括并不限于熱源位置，規(guī)模，熱源工作流程，供熱面積，熱源運(yùn)行供熱量、能耗，熱源出口運(yùn)行數(shù)據(jù)（溫度、流量）；對于熱源為熱電聯(lián)產(chǎn)的單位，除上述資料外，還需要調(diào)研熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組裝機(jī)容量，年度發(fā)電量，供熱量，煤耗，發(fā)電滿小時(shí)數(shù)，汽輪機(jī)熱平衡圖。

（2）輸配系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀：包括并不限于一次網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)（溫度、流量、壓力），一次管網(wǎng)圖紙，一次管網(wǎng)總長度，一次網(wǎng)所帶總面積，歷史三年一次網(wǎng)運(yùn)行電耗，水耗：根據(jù)熱源的位置和一次網(wǎng)水泵的位置確定，公司統(tǒng)計(jì)。歷史三年一次網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)（溫度、流量、壓力）：如果為單一熱源，則可能與上一節(jié)熱源出口數(shù)據(jù)重合。是否存在蒸汽管網(wǎng)，蒸汽管網(wǎng)長度。各熱力站位置和負(fù)責(zé)供熱面積，熱力站類型，歷史三年熱力站熱耗、電耗、水耗：最好根據(jù)各個(gè)站分別給出。歷史三年熱力站運(yùn)行數(shù)據(jù)（溫度、流量、壓力）：對于有自控系統(tǒng)的熱力站，建議全面獲取數(shù)據(jù)。對于無自控系統(tǒng)的熱力站，可以選取典型站獲取。

（3）末端建筑情況：城市保溫改造進(jìn)度、節(jié)能建筑與非節(jié)能建筑的面積和分布情況、末端建筑采暖形式、散熱器供暖和地暖供暖各自面積。

（4）運(yùn)行管理機(jī)制：包括并不限于熱力公司運(yùn)行調(diào)節(jié)方法，居民、公建供熱價(jià)格和熱網(wǎng)建設(shè)費(fèi)，熱源購熱價(jià)格，熱力站電價(jià)、水價(jià)。

（5）調(diào)研內(nèi)容總結(jié)：通過關(guān)鍵指標(biāo)的計(jì)算，總結(jié)調(diào)研內(nèi)容。這里提供一些調(diào)研中需要計(jì)算的關(guān)鍵指標(biāo)。但實(shí)際指標(biāo)可能不止于下表，根據(jù)各個(gè)調(diào)研的實(shí)際情況靈活分析。

2.2.2 城市周邊工業(yè)余熱資源調(diào)研

在進(jìn)行工業(yè)余熱資源調(diào)研時(shí)，注意多參照相關(guān)研究和文獻(xiàn)中對工業(yè)余熱資源利用的陳述，結(jié)合調(diào)研的產(chǎn)量和流程結(jié)果計(jì)算供熱利用潛力。包括有余熱回收潛力的高能耗工業(yè)企業(yè)包括但不限于：鋼鐵企業(yè)、煉銅企業(yè)、水泥企業(yè)煉油廠、燒堿廠，需要收集工藝流程圖、每項(xiàng)工藝對應(yīng)產(chǎn)量、各工藝溫度概況和余熱回收潛力、是否已進(jìn)行相關(guān)改造等。

我國城市及周邊的工業(yè)資源豐富，與之帶來的工業(yè)能耗也十分巨大，2020年底我國工業(yè)各行業(yè)能耗達(dá)到32.27億tce，如圖3所示各工業(yè)行業(yè)能耗情況[4]。目前可以采用技術(shù)比較成熟的工業(yè)余熱資源有以下五種：黑色金屬冶煉（主要為鋼鐵）、有色金屬冶煉（主要為銅、鋁）、化工業(yè)（制酸、合成氨、電石、甲醇、氯堿）、石油煤炭及其他燃料加工（主要為石油化工）和其他行業(yè)（主要為水泥熟料制造）[5]，調(diào)研內(nèi)容主要圍繞著這五種工業(yè)資源來進(jìn)行。其他工業(yè)余熱資源由于成本、技術(shù)等原因還不能大規(guī)?；厥绽?，不做考慮和論述。

2.2.3 城市周邊其他低碳清潔熱源資源調(diào)研

在進(jìn)行城市周邊其他低碳清潔熱源資源調(diào)研時(shí)，注意多參照相關(guān)研究和文獻(xiàn)中對低碳清潔熱源資源利用的陳述，結(jié)合調(diào)研的產(chǎn)量和流程結(jié)果計(jì)算供熱利用潛力。包括的資源如下：

（1）風(fēng)電資源：機(jī)組位置、裝機(jī)容量、發(fā)電小時(shí)數(shù)、逐月發(fā)電量、上網(wǎng)電量等。

（2）生物質(zhì)資源：主要農(nóng)作物種類、周邊農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量、剩余可回收秸稈量等。

（3）垃圾和污水資源：城市主要垃圾和污水處理廠位置、處理能力、處理工藝、有無熱量回收潛力等[6]。

（4）太陽能資源及水利資源：機(jī)組位置、機(jī)組裝機(jī)容量、發(fā)電小時(shí)數(shù)、逐月發(fā)電量、上網(wǎng)電量等。

調(diào)研時(shí)注意了解這些低碳清潔熱源資源是否已進(jìn)行了供熱相關(guān)的改造，或者是否有改造的計(jì)劃。

2.2.4 城市發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研及未來規(guī)劃

在調(diào)研中規(guī)定現(xiàn)狀為調(diào)研時(shí)間上一年年底統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)。進(jìn)行規(guī)劃時(shí)根據(jù)各地規(guī)劃年限確定。

（1）發(fā)展現(xiàn)狀：城市行政規(guī)劃、各區(qū)人口、用地面積、建筑面積，城市主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)等。并計(jì)算現(xiàn)狀人均建筑面積。

（2）未來發(fā)展規(guī)劃：是否有城市整體的發(fā)展規(guī)劃，對未來人口和面積的估計(jì)，未來城市工業(yè)企業(yè)發(fā)展情況，是否有遷入或者遷出的工業(yè)企業(yè)等。

2.2.5 城市周邊縣鎮(zhèn)供熱現(xiàn)狀及供熱資源調(diào)研

（1）縣鎮(zhèn)基本信息：人口、用地面積、建筑面積等。

（2）縣鎮(zhèn)供熱現(xiàn)狀：按照上文2.2.1所述進(jìn)行調(diào)研。

縣鎮(zhèn)周邊工業(yè)余熱資源和其他低碳清潔熱源資源調(diào)研：按照上文2.2.2和2.2.3所述進(jìn)行調(diào)研，注意考慮與城市的重合部分。

2.2.6 工業(yè)余熱及低碳清潔供熱技術(shù)路線規(guī)劃

（1）總結(jié)城市和縣鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)存在的問題，分別提出解決技術(shù)路線，降低供熱系統(tǒng)能源消耗，提升供熱質(zhì)量。

（2）根據(jù)城市發(fā)展現(xiàn)狀和未來的規(guī)劃，預(yù)測城市和縣鎮(zhèn)供熱負(fù)荷需求。

（3）根據(jù)調(diào)研結(jié)果，設(shè)計(jì)工業(yè)余熱及其他低碳清潔能源的利用方案，提升現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)熱源供熱能力，開發(fā)周邊可行的工業(yè)余熱及低碳清潔熱源利用，綜合考慮城市和周邊縣鎮(zhèn)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（4）根據(jù)熱源方案，同時(shí)設(shè)計(jì)配套的管網(wǎng)和運(yùn)行調(diào)節(jié)技術(shù)。

3 工業(yè)余熱調(diào)研方法

由于工業(yè)余熱調(diào)研的數(shù)據(jù)量龐大，涉及部門和單位較多，這里對調(diào)研方法和時(shí)間安排給出建議。當(dāng)然，調(diào)研小組需根據(jù)實(shí)際工作時(shí)應(yīng)靈活協(xié)調(diào)，根據(jù)實(shí)際情況制定調(diào)研計(jì)劃。調(diào)研示意圖4所示：

3.1 調(diào)研涉及部門和單位

（1）城市發(fā)改委及工業(yè)企業(yè)管理部門及各類清潔資源管理部門：對當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)進(jìn)行管理，不同類型資源可能歸不同部門管理。

（2）城市住建委供熱管理部門：負(fù)責(zé)管理整個(gè)城市供熱事務(wù)，協(xié)調(diào)熱力公司與用戶的需求。

（3）具體工業(yè)企業(yè)。

（4）城市熱力公司：直接負(fù)責(zé)供熱，可能會(huì)有多個(gè)分公司或者分所，可能有多個(gè)熱源和熱網(wǎng)運(yùn)行情況出現(xiàn)。

（5）熱電廠、工廠：很多城市熱源和熱力公司獨(dú)立運(yùn)行，熱源將熱量銷售給熱力公司。

（6）周邊縣鎮(zhèn)供熱管理部門和熱力公司。

3.2 調(diào)研方法建議

在調(diào)研的過程中首先通過城市住建委和發(fā)改委等相關(guān)管理部門了解城市的宏觀供熱和發(fā)展情況完成城市發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研及未來規(guī)劃調(diào)研任務(wù)。再聯(lián)絡(luò)各個(gè)熱力公司，如果一個(gè)城市有多個(gè)熱力公司，則可以根據(jù)調(diào)研時(shí)間精力選擇最大最具代表性的熱力公司進(jìn)行細(xì)致供熱現(xiàn)狀調(diào)研，其余熱力公司粗略調(diào)研現(xiàn)狀。

對熱力公司調(diào)研的同時(shí)，可以根據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)嵩辞闆r，針對周邊有供熱資源的熱源單位（電廠、工業(yè)企業(yè)），對工藝流程進(jìn)行細(xì)致調(diào)研，分析計(jì)算供熱潛力。對于生物質(zhì)、垃圾污水這樣的資源，以走訪和問卷調(diào)研的形式獲取信息。同時(shí)，對當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的發(fā)電情況，耗電量情況進(jìn)行調(diào)研，方便后面進(jìn)行整體能源規(guī)劃[7]。

針對工業(yè)余熱及其他低碳清潔資源調(diào)研時(shí)，首先根據(jù)相應(yīng)城市的統(tǒng)計(jì)年鑒獲得該城市該生產(chǎn)工藝或其他環(huán)節(jié)的生產(chǎn)總量，結(jié)合工程案例和文獻(xiàn)相關(guān)工藝環(huán)節(jié)回收余熱的估算方法獲得可回收余熱量，如下式所述。

某城市工業(yè)余熱回收量

在城市調(diào)研后，對周邊縣鎮(zhèn)供熱情況進(jìn)行調(diào)研，設(shè)計(jì)問卷填寫的方式完成調(diào)研任務(wù)。尤其對于縣鎮(zhèn)和城市有共用熱源的情況，一定要做到細(xì)致調(diào)研，合理統(tǒng)籌規(guī)劃城市和縣鎮(zhèn)發(fā)展。因此，在調(diào)研前，建議先對各縣鎮(zhèn)的基本情況有所了解。根據(jù)工作精力選擇重點(diǎn)縣鎮(zhèn)細(xì)致調(diào)研。

在一個(gè)城市或地區(qū)調(diào)研結(jié)束后，需要對調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，進(jìn)行科學(xué)整理，統(tǒng)一數(shù)據(jù)及整理格式，方便日后數(shù)據(jù)的綜合分析和方案設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論和展望

工業(yè)余熱作為熱源供熱是我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”政策的有效手段和行動(dòng)路線，工業(yè)余熱供熱的大范圍應(yīng)用的前提就是對于城市及周邊的充分且有效的調(diào)研。本文對于工業(yè)余熱調(diào)研的內(nèi)容清單、調(diào)研方法等內(nèi)容進(jìn)行了闡述，這些內(nèi)容是根據(jù)多次項(xiàng)目的實(shí)際、實(shí)地調(diào)研總結(jié)歸納出來的，通過本文闡述的調(diào)研內(nèi)容和方法進(jìn)行了多個(gè)北方城市工業(yè)余熱調(diào)研，并且得到了相關(guān)城市工業(yè)余熱及低碳清潔供熱規(guī)劃中的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對于今后北方城市的工業(yè)余熱利用有著很大的參考意義。

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