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碳中和目标驱动下的供热系统重构

碳中和目标驱动下的供热系统重构
——空气源热泵供热发展的机遇与挑战

应对气候变化是当前全球的焦点。中国承诺2030年前实现碳达峰,争取2060年前实现碳中和。为了实现中央提出的碳达峰、碳中和目标,化石能源的消费必将会大幅度的消减。

面对化石能源的大幅度消减,北京市供热系统必然发生颠覆性的变化,对供热系统需要重新构建。而现在仍然以煤炭为主要供热能源的地区,供热系统的重构更是不可避免。未来各种终端能源消费将主要依靠电力,在逐渐提高绿色电力(供给侧)的同时,还必须优化电力消费(需求侧)的形式。

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电力供热主要有两种方式:电力直接供热和以电力驱动的热泵供热。未来的供热系统,将以大型“蓄能+”为中心热源,以各类“热泵+”和“太阳能+”为分布式和分户式热源。

(一)以“蓄能+”替代部分市政集中热源

电力直接供热,包括普通电锅炉和蓄能电锅炉。普通电锅炉显然不可取,未来供热的主要能源利用形式应该是“蓄能+”,通过储能将多余的、废弃的能源充分地利用起来。

“+”后面的内容应该因地制宜,可以是电锅炉,主要利用多余的、用不了的电,如风电、光电、低谷电等,也可以是光热和各种工业余热以及各种热泵,如电力、钢铁、有色、食品、纺织等各种工业余热以及各种生活余热、数据中心余热等。大型的“蓄能+电锅炉”和大型的“蓄能+工业余热”可以部分替代现有的热电联产、区域燃煤(气)锅炉房等大型市政集中供热热源,成为城市基础设施的一部分。这种供热方式不仅有利于电网的稳定与平衡,解决余热不稳定问题,还可以充分利用多余的、废弃的能源和现有的市政集中供热管网。

(二)以“热泵+”供热替代分布式热源

毋庸置疑,城市供热还需要大量的分布式热源和分户式热源。

热泵可以利用自然界一些免费的低品位能源,以少量的电力作为驱动,可以大大提高电力利用效率。由于热泵的出水温度与热泵能效的反关联不能太高,无法作为市政集中热源,但它是分布式和分户式热源的理想选择。

传统的热泵供热技术,如地源热泵、再生(污)水源热泵以及余热热泵,能源利用效率高,运行工况稳定,但都要受到资源条件限制,无法大规模替代燃煤锅炉和燃气锅炉。而空气源热泵,由于空气是无处不在的,其应用基本上不受自然条件限制,具备大规模替代燃煤锅炉和燃气锅炉的潜质。

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未来供热系统将形成以大型“蓄能+”和空气源热泵为主,各类其他热泵和太阳能、地热能为辅的多能互补新局面。大型“蓄能+”作为中心热源,空气源热泵作为分布式热源,将成为供热系统的基础热源和主导热源。

一、空气源热泵供热发展的机遇

在没有任何更好的能源可供利用只能用电的情况下,空气源热泵是最节能、最稳定的供热方式。而未来大多数建筑都会面临这种情况,所以空气源热泵将会成为解决供热普遍性问题的首选方案。

2011年,新萄京娱乐手机版华誉能源开始研发用于替代燃煤锅炉的大功率空气源热泵,经过了十余年的实践与发展,华誉能源空气源热泵已经完全具备替代锅炉的能力。2015年,石家庄绿朗时光采用华誉能源大功率空气源热泵进行住宅小区集中供热,这是国内首次全部以空气源热泵作为大型小区集中供热热源。供热效果良好,且运行费用也不高,每个采暖季每平方米供热耗电25kWh左右。2017年,华誉能源将空气源热泵供热发展到了吉林省吉林市,在零下35℃的极寒天气下,仍然可以保证供热效果。2020年,又将空气源热泵应用到黑龙江省鹤岗市,在2020年寒潮期间最低气温零下38℃时,华誉能源空气源热泵仍然可以正常运转。截止2020年底,华誉能源陆续推广空气源热泵供热应用达1000多万平方米。

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大量供热实际应用已经证明,空气源热泵供热在技术方面具备可行性。在系统投资和运行费用方面,也基本可以达到社会资本投资平衡点,在经济上也具备可行性。通过优化政府资源配置,利用市场推动空气源热泵的发展和引用,前景是广阔的。

二、空气源热泵供热发展面临的挑战

采用空气源热泵大规模替代燃煤(气)锅炉,任重而道远。空气源热泵供热系统的出水温度不高、占地较大、噪音偏高、冷岛效应、容易结霜等痛点问题,一定程度上限制了空气源热泵的大规模推广应用。

空气源热泵出水温度不高,一般在40-60℃。出水温度过高,设备效率比较低,没有经济价值。出水温度不高,成为空气源热泵作为中心热源的限制,但并不影响空气源热泵作为未来供热系统的分布式热源。

经过多年摸索,华誉能源基本解决空气源热泵供热应用中的噪音偏高、冷岛效应、容易结霜等问题。目前限制空气源热泵大规模替代锅炉最突出的问题是占地问题。空气源热泵的翅片换热器必须放置在室外,与空气充分接触以增强换热能力,设备外置占地是客观需要的。华誉能源正全力解决空气源热泵的占地问题,力争用一两年的时间彻底解决,届时,用空气源热泵替代任何锅炉都不是问题。

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三、需求是热泵技术发展的根本动力

热泵技术的发展必须面向需求,这也是华誉能源一直坚持的理念。

华誉能源始终坚持从供热需求的特点和替代锅炉的痛点问题出发,对热泵产品、热泵技术进行持续的创新和提升,给用户提供的热泵产品与系统解决方案,基本解决了空气源热泵供热系统的痛点问题。

华誉能源始终坚持全运行周期总体成本最优化的设计理念,按照全运行周期特点,从产品及系统的初始投资、运行成本和使用寿命等方面综合考量,不断对产品性能、价格以及系统设计进行优化与提升。

华誉能源始终坚持全面建设数字化服务平台,为用户提供高质量服务。

我们坚信,经过我们的努力,空气源热泵一定可以在碳中和驱动的供热系统重构的重大机遇中扮演更为重要的角色,承担更多的历史责任,做出更大的减碳贡献。

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