北方地区清洁取暖助力建筑“双碳”目标实现的展望

文｜ 邓高峰 代雯华 佟昊 关运龙

2020年，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出“双碳”目标：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。要如期实现“双碳”目标，除了各行各业共同行动外，还要特别强调重点行业及领域的减污降碳行动。

建筑行业“双碳”计划

建筑碳排放现状

随着中国城镇化建设进程的推进，中国建材消耗量、新建建筑面积已经位居世界各国之首。2019年我国建筑全过程碳排放总量为49.97亿吨，占全国碳排放的50.6%，其中运行阶段碳排放量达21.3亿吨，占全国的21.6%，是碳排放大户。2005年至2019年间，全国建筑全过程碳排放扩大了2.24倍，年均增长5.92%。因此，建筑领域碳排放能否如期达峰将成为全国碳达峰碳中和工作的重中之重。

建筑运行阶段碳排放发展预测

根据中国建筑节能协会能耗统计专委会的情景预测，要实现建筑运行碳排放2030年达峰，在“节能情景”和“产能情景”下至少要分别实现：2025年建筑运行碳排放总量不超过25亿吨，“十四五”年均增速不超过1.5% （节能情景下）；2025年建筑运行能耗总量不超过12亿吨标准煤，“十四五”年均增速不超过2.2% （产能情景下）。如图1和表1所示。

表1 不同情景下的建筑碳排放峰值及达峰时间预测表

图1 不同情景下的建筑碳排放变化趋势预测图

到2060年，在基准情景下，我国建筑运行阶段碳排放约降至15亿吨；而在脱碳情景下，碳排放预计将降至约4.2亿吨，可较基准情景减少72%的碳排放。其中，建筑能效提升可减排3.3亿吨，贡献比例为22%；建筑可再生能源应用减排3亿吨，贡献比例为20%；建筑电气化和电力脱碳减排4.5亿吨，贡献比例为29%；负碳技术中和4.2亿吨，贡献比例为29%。

清洁取暖与“双碳”目标间的联系

建筑运行阶段的碳排放，建筑制冷和供暖的碳排放占有相当大的比例。特别是我国广大农村地区，由于建筑围护结构传热系数大，保暖性能差，且冬季仍有部分地区用散煤取暖，造成了大量的二氧化碳及污染物排放，这是目前建筑行业减碳的关键之一。

清洁取暖工程以清洁能源代替散煤大量燃烧与用户侧节能改造并行，能够有效调整供暖能源结构，显著降低建筑采暖能耗和碳排放量。过去几年，清洁取暖已取得显著成效，《中国清洁供热产业发展报告2022》显示，截至2021年底，我国北方地区供热总面积达225亿平方米，其中清洁供热面积达到158亿平方米，清洁供热率超70%，清洁取暖已成为实现“双碳”目标的关键领域和重要抓手。

北方地区的清洁取暖现状

2017年至2021年，有63个城市被纳入中央财政冬季清洁取暖试点城市，居民改用清洁取暖可享受中央财政补贴。2022年4月27日，财政部等四部门联合发布《2022年北方地区冬季清洁取暖拟支持项目名单公示》，将25个城市纳入2022年大气污染防治资金支持的北方地区冬季清洁取暖项目，国家资金支持的北方地区冬季清洁取暖城市总数达到88个。

中央财政将对纳入支持范围的城市给予清洁取暖改造连续3年的定额奖补，88个城市共计奖补1071亿元。其中，2022年中央财政大气污染防治资金安排300亿元。每年奖补标准为直辖市10亿元、省会城市7亿元、一般地级市3亿元，计划单列市参照省会城市标准。资金主要支持有关城市开展电力、燃气、地热能、生物质能、太阳能、工业余热、热电联产等多种方式的清洁取暖改造，加快推进既有建筑节能改造等工作。

案例分析——朔州清洁取暖

本节以山西省朔州市为例，具体展示清洁取暖的减污降碳成效。朔州市于2021年4月通过国家四部委组织的竞争性评审，成功入围第四批清洁取暖试点城市，并获得每年3亿元中央财政预算专项补贴，3年共9亿元。

朔州市基本情况

朔州市位于山西省北部，总面积为1.07万平方公里，是京津冀大气污染传输通道城市。地处严寒地区，气候干燥，冬季寒冷少雪。常住人口为178万人，其中农村人口76万人，共21.03万户，占常住人口的42.49%，城镇化率为57.51%。

朔州市冬季空气质量较差，二氧化硫全年浓度超标（年平均值为25mg/m3），实施清洁取暖前，是山西省仅有的两个空气质量指标未达到一级的城市之一，大气污染防治形势严峻。

能源方面，朔州市资源禀赋具有“煤多、热富、光足、电绿”的特点，朔州市煤炭产量丰富，年产量在2亿吨以上；集中供热能力强，共有11家火电厂，其中热电联供机组768兆瓦，占全市火电总装机容量的68.9%。同时，电力资源十分丰富，风电、光电年发电量大于全社会用电量。

依据“因地制宜”的基本原则，朔州市的自然禀赋和社会基础决定了要选取一条以城市、城郊集中供热和农村“煤改电”为主的清洁取暖技术路径，且改造重点向农村倾斜。

朔州市清洁取暖总体目标

朔州市清洁取暖项目三年总目标是：在2023年采暖季前，既要确保城区、县城和农村清洁取暖率基本达到100%，农村地区清洁取暖用户100%采取基础的建筑保温节能措施（安装保温窗帘）；又要确保城区、县城非节能且具有改造价值的建筑改造率分别达到100%和80%，能效提升率不低于30%；同时，还要积极推进农村建筑节能改造。全域形成热源侧“清洁供”、用户侧“节约用”、取暖费“能承受”的可持续的清洁取暖体系。

朔州市清洁取暖技术路径

（一）热源侧

结合实际，朔州市确定了“5+1”的改造路径。“5”即因地制宜采取集中供暖、“煤改电”、“太阳能+”、煤改气、生物质的5种技术路径；“1”即对未改造的地方通过清洁煤过渡替代，保障全体居民温暖过冬。具体措施包括：

（1）优先发展集中供暖

集中供暖不仅能给城市提供稳定、可靠的高品位热源，而且能节约能源，减少城市污染。热电联产集中供暖作为朔州市极具特色的一项措施，它充分发挥了朔州“热富”禀赋，做到了优先发展、应接尽接。热电联产集中供暖热源丰富、受益面广，全市热电联产可触及范围基本覆盖了全部人口集中区域。

（2）积极推进“煤改电”

在用户较为分散的农村地区，结合建筑的热负荷特性、环保生态要求、电力资源、电网支撑能力等因素，采用低环境温度空气源热泵实施“煤改电”。使用空气源热泵采暖，可以有效减少用户采暖成本，保障老百姓“用得起、用得上、用得好”，在集中供暖不具备经济性的地方优先采用这种方式。

（3）因地制宜推进“太阳能+”和“煤改气”

在“煤改电”的基础上，结合群众意愿、房屋条件，安装屋顶、庭院光伏发电系统，发电收益补贴取暖，进一步降低清洁取暖经济压力。同时，在已经接通天然气管道、落实气源的前提下，有序推进“煤改气”，通过多元化的能源结构满足不同人群的使用需求。

（4）生物质清洁取暖兜底

针对各种管网线路难以触达，但扩散条件好、生物质资源丰富的区域，用符合国家排放标准的生物质锅炉进行兜底，同步建立燃料加工配送系统。

（二）用户侧

用户侧同步推行建筑节能，从根本上降低采暖能耗。新建建筑坚持执行国家最新节能设计标准，绿建示范区内强制执行绿色建筑设计标准（基础级）。既有建筑通过外墙加设保温材料、更换节能外窗等方式提升能效，三年计划进行改造467.15万平方米，改造后能效提升率不低于30%。

总体而言，朔州市清洁取暖技术措施科学、丰富、经济，群众接受程度高，有效地促进了节能减排和城乡人居环境大幅改善。

朔州市清洁取暖减排效益分析

（一）清洁取暖节煤量

依据《综合能耗计算通则》等文件测算，通过三年清洁取暖工程建设，在保障居民温暖过冬的前提下，到2023年底前朔州市每年可减少用煤量折合标煤约71.79万吨。清洁取暖各项工程的标准煤节约量（见表2）。

表2 朔州市清洁取暖工程标准煤节约量

（二）污染物减排量

通过将70余万吨散煤替代为清洁能源，三年后，朔州市每年二氧化硫排放量将减少5200吨，烟尘的排放量减少740吨，氮氧化物减少8597吨。分项计算结果（见表3）。

表3 朔州市清洁取暖工程污染物减排量

2021年，经过一年清洁取暖项目的实施，朔州市秋冬季环境空气质量综合指数全面达到一级标准，细颗粒物（PM2.5）浓度为40.5μg/m3，同比下降10.6%，比国家要求的目标值多下降了10.1%，实现历史性“摘帽”。

（三）二氧化碳减排量

清洁取暖不仅要求“清洁”，还需要向“低碳化”靠拢。朔州市在城郊和广大农村地区将太阳能和清洁电力供热作为主要热源，能够起到显著的碳减排效果，减排量达到77万吨/年。同时，现有建筑节能改造带来的采暖能耗降低也可贡献约7.3%的减排量。经测算，三年任务完成后，全市将总计每年减排二氧化碳173.71万吨/年，具体如表4所示。

表4 朔州市清洁取暖工程二氧化碳减排量

总结与展望

从以上对朔州市清洁取暖典型案例的分析可以看出，实行清洁取暖能够有效降低建筑运行阶段的碳排放，从而对建筑行业“双碳”目标的实现起到强有力的推动作用。

一方面，用户侧建筑节能可以有效减少能源需求。通过对现有建筑的外围护结构进行节能改造，大幅度提升建筑能效，解决“用能多”的问题。有数据显示，目前我国北方地区城镇单位面积实际供暖能耗在10 kgce/m2以下，与20年前相比降低了50%以上。未来北方地区供热的节能潜力还可继续挖掘。

另一方面，清洁能源替代散煤降低了热源侧排放。清洁取暖工程将分散式向分布式、集中式整合，提升供热效率；将高污染、高排放热源改为低排放甚至零排放热源，优化用能结构，解决“排放高”的问题。未来，在因地制宜、居民经济条件可承受的前提下，可继续向可再生能源和绿色电力供暖方向发展，以进一步降低热源的碳排放比例。积极探索零碳供暖技术，包括光热采暖、生物质能采暖、清洁电力采暖，乃至氢能供暖、小型核反应堆供暖技术等。

同时，清洁取暖也面临两个方面的挑战。一是电供暖的清洁程度在很大程度上取决于电力的清洁程度，因此电力部门脱碳至关重要。二是目前可再生能源（如太阳能光伏、光热等）的改造成本仍然相对较高，同时补贴资金有限，在这种情况下，对于大部分农村地区居民而言，投资成本较难接受。未来需要通过技术创新来降低清洁供热成本，为商业化发展奠定基础。