應對氣候變化是當前全球的焦點。中國承諾2030年前實現碳達峰,爭取2060年前實現碳中和。為了實現中央提出的碳達峰、碳中和目標,化石能源的消費必將會大幅度的消減。據初步測算,要想實現北京的碳達峰碳中和目標,天然氣的消耗量需要從目前的180億立方米消減到15億立方米。

北京市主要依賴天然氣進行供熱,供熱占比達到了93.6%。面對化石能源的大幅度消減,北京市供熱系統必然發生顛覆性的變化,對供熱系統需要重新構建。而現在仍然以煤炭為主要供熱能源的地區,供熱系統的重構更是不可避免。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)的同時,還必須優化電力消費(需求側)的形式。
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。

“+”后面的內容應該因地制宜,可以是電鍋爐,主要利用多余的、用不了的電,如風電、光電、低谷電,等等;也可以是光熱和各種工業余熱以及各種熱泵,主要利用各種多余的用不了的熱,如電力、鋼鐵、有色、食品、紡織等各種工業余熱,以及各種生活余熱、數據中心余熱,等等。大型的“蓄能+電鍋爐”和大型的“蓄能+工業余熱”可以部分替代現有的熱電聯產、區域燃煤(氣)鍋爐房等大型市政集中供熱熱源,成為城市基礎設施的一部分。這種供熱方式的優點是:1)有利于電網的穩定與平衡;2)可以解決余熱不穩定問題;2)可以充分利用多余的、廢棄的能源;3)可以充分利用現有的市政集中供熱管網。
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動,可以大大提高電力利用效率。熱泵的出水溫度與熱泵的能效的反關聯,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。

傳統的熱泵供熱技術,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,運行工況穩定,但都要受到資源條件限制,無法大規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,其應用基本上不受自然條件限制,具備大規模替代燃煤鍋爐和燃氣鍋爐的潛質。未來供熱系統將形成以大型“蓄能+”和空氣源熱泵為主,各類其他熱泵和太陽能、地熱能為輔的多能互補新局面。大型“蓄能+”作為中心熱源,空氣源熱泵作為分布式熱源,成為供熱系統的基礎熱源和主導熱源。
政策驅使熱泵行業發展
在沒有任何更好的能源可供利用只能用電的情況下,空氣源熱泵是最節能、最穩定、最節能的供熱方式。而未來可能大多數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。

大量供熱實際應用已經證明,空氣源熱泵供熱在技術方面具備可行性。在系統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,在經濟上也具備可行性。通過優化政府資源配置,利用市場推動空氣源熱泵的發展和引用,前景是廣闊的。
采用空氣源熱泵大規模替代燃煤(氣)鍋爐,任重而道遠。空氣源熱泵供熱系統的出水溫度不高、占地較大、噪音偏高、冷島效應、容易結霜等痛點問題,一定程度上限制了空氣源熱泵的大規模推廣應用。

空氣源熱泵出水溫度不高,一般在40-60℃。出水溫度過高,設備效率比較低,沒有經濟價值。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的分布式熱源。