我國的建筑運行用能可分為北方城鎮采暖用能、不包括北方采暖的居住建筑用能、公共建筑用能以及農村居住建筑用能四大部分。

之所以把北方城鎮采暖用能單獨列出，是因為其用能特點不同。而且在這四大類建筑運行用能中，北方采暖的能耗總量最大，對大氣污染的影響最大，但節能潛力也最高，是我國建筑節能工作的重點。

熱電聯產和工業余熱利用獲技術突破

目前，我國北方城鎮的民用建筑總量為145億平方米，80%采用不同規模的集中供熱方式，其中約60%的熱源為熱電聯產電廠提供，其余為大型燃煤、燃氣鍋爐及少部分工業余熱，剩余20%的建筑則采用燃氣壁掛爐、地源或空氣源熱泵等分散方式。

目前，熱電聯產、燃煤燃氣鍋爐和分散供暖三種方式采暖平均能耗分別為每平米每個冬季12、18和14公斤標煤。北方城鎮145億平米建筑冬季供暖總能耗為2.1億噸標煤。

熱電聯產是利用發電余熱作為供暖熱源，不同的熱電聯產工藝輸出熱量的能耗不同。目前，我國大多數熱電聯產電廠是抽凝機組，抽取部分原本進入低壓缸繼續發電的0.5兆帕左右的蒸汽，把熱網循環水從50~60℃加熱到110~125℃。剩下的部分蒸汽仍進入低壓缸發電，其冷凝熱量在20~40℃的溫度下由冷卻塔或空冷島排出，排出余熱約為機組總熱量的20%~30%。

近年來，部分電廠進行多種形式的背壓改造，雖然消除了冷端損失，但同時也減少了發電量。按照火用分攤方法把電廠消耗的燃煤分攤給輸出的電力和熱力，這兩種方式輸出熱量的煤耗在20~30公斤標煤/吉焦之間。

前述熱電聯產產熱折合煤耗仍然偏高的主要原因是進入電廠的熱網循環水回水溫度太高（50℃以上），只能用較高的熱源加熱。通過在供熱系統末端采用新的吸收式換熱器等技術，可以使回水溫度降低到10~30℃。這時再采用新的熱電聯產熱回收工藝，就可以回收全部冷端余熱，而不會進一步減少發電量。在循環水溫度仍加熱到120℃的條件下，輸出熱量所分攤的煤耗可降至10~15公斤標煤/吉焦。

低回水溫度使熱網的供回水溫度從120/50℃的70開爾文溫差提高到120/15℃的105開爾文溫差，這就使得同樣的熱網循環水流量所輸送的熱量提高50%，降低了熱網輸送熱量的初投資和運行成本。低溫回水還可進入冶金、有色、化工、建材等工廠去有效回收工業生產過程排放的低品位余熱。這一技術從2010年開始陸續在山西、河北、寧夏等多地推廣，已在可靠性、經濟性、可實施性等多方面得到全面證實，引起供熱界的高度關注。

北方城鎮供熱方式亟須改變

未來，我國北方城鎮需要供熱的民用建筑總量將達到200億平方米，其中160億平方米可由熱電聯產和工業余熱提供基礎熱源。由4億千瓦發電能力的熱電廠供應130億平方米，由冶金、有色、建材等生產過程排放的低品位工業余熱供應30億平方米。在此基礎上，這160億平方米建筑每年只需要再消耗150億立方米天然氣和450億千瓦時電力作為終端調峰和循環水泵用電，就可以滿足供熱要求，綜合耗能每平米每年9公斤標煤以下。

要實現這一供熱規劃，就必須回答未來我國是否還會保留這樣多的燃煤電廠，同時還要考察這些熱源的地理位置是否與需要熱量的城鎮位置相匹配，熱量輸送成本是否可接受。

我國北方采暖區域內目前已有熱電廠裝機超過6億千瓦。未來大規模發展風電、光電，需要有足夠的蓄能能力和靈活電源，以適應風電、光電的大幅度日波動和電力負荷側的日變化。水電和抽水蓄能電站是最好的蓄能和靈活電源。然而，由我國地理資源決定的水電和抽水蓄能電站總量很難超過3億千瓦，考慮未來發展1億~1.5億千瓦的核電，還需要8億千瓦以上容量的熱電廠作為調峰電廠，才可能與風光電互動，滿足未來我國的電力需求。

此外，冬季北方受枯水期限制和避免黃河冰凌的影響，水力發電能力大幅下降，也需要額外的1億千瓦火電來補充冬季水電的不足。這樣，我國北方冬季應有5億千瓦以上的火電和核電運行，才能在大比例發展風電、光電、水電的前提下滿足未來的電力供應，大于供熱所要求的4億千瓦火電的裝機容量。

然而，這些冬季按照熱電聯產方式運行的火電和核電必須同時承擔電網的快速峰谷調節任務，而不能按照傳統的“以熱定電”模式運行。當進入電廠的熱網回水溫度低于20℃后，通過在電廠設大容量的蓄熱裝置和電動熱泵，可以在需要發電時全功率發電，用蓄熱罐的熱量供熱，并蓄存發電余熱；而在電力需求低谷期最大量抽氣，并開啟大容量電動熱泵，提升電力高峰期蓄存的低品位余熱。通過工藝流程優化，可以使熱電廠全天的綜合熱效率高于95%，輸出電力在35%~100%范圍內快速調節，而全天輸出電力與輸出熱量之比不低于45%。

對于沿海修建的核電和火電，還可以進一步利用發電余熱進行海水淡化，從而通過改變抽氣量、蓄熱量和使用電動熱泵提升低溫余熱的品位，在全年都可實現大范圍的電力峰谷調節和高效余熱利用。北方沿海地區同時也是淡水資源匱乏區，熱、電、水聯產可以實現全年的電力靈活調節和余熱的充分利用。

多熱源聯合供熱是大勢所趨

我國北方90%的縣以上城鎮都已建成較完善的城區供熱管網，這是發展余熱供熱的必備條件，在世界上絕大多數發達國家都不具備。具體考察北方各縣以上城鎮地理位置，可發現80%的城鎮都可以在100公里半徑的范圍內找到足夠的潛在可利用的余熱資源。當把輸送距離提高到150公里時，則熱源與熱負荷的匹配度高于90%。

采用低回水溫度技術，熱量輸送的經濟距離可增長50%。同時，單位熱量的輸送成本也隨容量增大而下降，單位熱量管道熱損失亦與管徑成反比，輸送5000兆瓦熱量的管網的經濟輸送距離是500兆瓦熱量管網的3倍。實現大溫差輸送，輸送容量達幾千兆瓦，經濟輸送距離是常規溫差、容量為幾百兆瓦管網的4~5倍。

自上世紀80年代起，我國建設了不少輸送距離達30~40公里的熱網，至今仍在安全運行。由此，采用大溫差和大容量技術，可接受的輸送距離就是100~150公里。目前北方大多數城鎮在這個半徑內都可以找到與建筑規模相匹配的熱電聯產或工業余熱熱源。

近年來，我國已在太原、銀川、石家莊等地相繼建成40~60公里的大容量長距離熱網，其建設和運行實踐也證實了這一點。目前又有多地正在規劃、設計和建造規模更大、距離更長的熱網，并將在未來2~3年內完工投運。

冬季供熱是重要的民生工程，以單一的工廠或電廠為熱源，為一個區域供熱，很難達到高安全、高可靠。實現區域大聯網，多個熱源聯合供熱，再加上終端的天然氣調峰，就可以實現多源互補、優化運行，保證系統的可靠與安全。

構建覆蓋北方大多數城鎮的區域熱網，全面采集各種余熱資源，相互補充，并實現發電、調峰、供熱、供氣之間的協同，這將是在低碳要求下我國未來城市能源系統的最佳模式。這需要統一規劃，分散建設，在中央統一規劃協調下發揮地方的積極性、依靠市場機制調動逐步實施。另外，還需要制定合理的定價機制，均衡熱、電、氣價格，并充分考慮各種調峰對系統的貢獻。