2023年3月3日，由中国城镇供热协会主办，协会冬冷夏热工作委员会、江森自控、珠海新源热力有限公司、珠海格力电器股份有限公司共同协办的首届工业园区热能应用低碳化发展专题研讨会在广东省珠海市举办。

中国工程院院士、协会副理事长、技术委员会主任委员江亿作了题为“零碳供热实现碳中和的重要任务”的演讲。本文根据江亿院士的演讲录音整理而得。

江院士表示：能源革命的主要任务是用零碳能源系统替代目前的化石能源系统。应尽可能少地使用化石能源，或通过CCS回收化石能源排放的烟气中的二氧化碳，用水电、风光电、核电和生物质作为主要能源。对供热行业来讲，建立零碳的新型电力系统、新型供热系统是两个重点任务。

课件内容分享如下：

中央提出来双碳战略，实际就是能源革命，习总书记在2014年就提出来能源的4个革命，根本是能源结构、供能方式革命，用能方式革命，技术革命和政策机制革命。

能源革命的目的是干嘛？为了把现在的化石能源煤、油、气尽最大可能不用，当然没办法的情况保留一点，但是越少越好，即使保留的那点，最后还得通过CCS把排烟的二氧化碳给它分离出来，那个有挺大的成本，那么不用这化石能源用什么？就（需要）把能源转成零碳能源。

现在看得着的零碳能源就是水电、风电、光电、核电，然后再加上生物质能，所以像在北欧，包括在巴西，生物质能都能占到他们全国总能源比例的30%~ 40%。

刚才我听蒋院长讲他的调查，远（离）城区（的地方）居然一下就（可以）变成（使用）生物质能了。政府治理（大气污染），散煤取消，最省事的法子就是（生物质）改颗粒或者压块，它的（原有）锅炉也改动不大，这就代替了（化石能源）。但是中国的生物质能资源短缺，按照现在估计在总能源里现在（占）1%，将来能占到15%左右，很难再大，因为中国可耕作土地缺少，人又多，但是发展一些生物质植物，这也是重要发展方向，可是这毕竟是小头，所以还得在风电、光电、水电、核电，怎么用这些事儿上解决咱们的问题，这是未来的大事。

那么从能源结构转型上（看）重要的一点，对供热行业巨大的变化是什么？以前是烧火出热，你想要电，我热再给你发电，这是（原先的）方向。现在这方向180度大转弯，人家说我有电了，不用你烧火出热再发电，我直接是风电、光电、水电、核电。从电做热 180度变化，所以整个使得咱们供热行当就提出一个严峻的问题来，这热从哪来？

以后以前都会烧火，你哪怕热电联产它实际上也是烧火烧出来的，现在说咱不烧了没燃料了，热从哪来是咱们必须面对的一个严峻的问题或者叫挑战。整个关系到这行当，但是这需求侧你又得满足要求，包括冬天的采暖，更包括工业生产，这就是咱们主要要面对的新挑战、新形势，（需要）给出解决办法来。

总的来看，实现能源革命面对的实际是两个重大任务，一个就是建立零碳的新型电力系统；另一个重要任务就是建立一个零碳的新型供热系统，包括建筑采暖，包括工业供热，这件事很重要。

现在一说起来中国终端能源利用率，电力部门强调要加大电力在终端能源利用率，这里的利用率才百分之三十几。某种意义上讲70%都是各种各样的热，所以这热也非常之重要。但是相对来说，有关部门整个体系里对这件事的关注要少得多，所以需要我们使劲呼吁，摆到一个位置上才行，也得好好研究。整个社会运行甭管是保民生还是保经济发展都离不开这热。因此咱们必须把它作为能源革命未来面对的一个重大任务。

下面来看看这热量是怎么回事？

COP等于4是一个综合平均值。如果能达到4，它就是1.8万亿度，总盘子未来是15万亿度电，这样对咱们整个供热行业说，能不能在不到2万亿度电的盘子（下）咱把整个这事给解开。180亿GJ（总量），或者（说就是）整个民用的跟工业用的热，咱能不能解开？这就是一个大的挑战，也是给咱们这行提出一个新的任务。

热泵的核心是按照能量守恒一度电只能出一度热，因为（热泵）从低温侧提（取）了两度热三度热，这才满足能量守恒了，所以必须先回答低温热在哪？

热泵行业现在国内发展挺快，一个是空气，哪都有。但最大问题是能量密度太低，它空气比热就小，一年四季温度变化太大，给机器稳定的提热带来困难。

另一个是土壤，这里浅埋是100米，中深层是2000米，通过跟土壤换热取热，问题是靠这土壤里边提热，能量密度不能太高，它有一个上限，取热恢复不过来，地底温度越来越低，会带出一系列的问题。

地表水要有当然可以，但是也需要特别大的循环量，当你取热量大的时候，都会对局部的生态环境，甭管是空气、水还是土壤的生态环境，会带来一定的影响。

那么我们到哪能（找到）低温热源?除自然界之外，发电、工业生产等过程排出的余热。因为是过程产生的，能量密度会高得多，作为低温热源就好多了。

我们把全国分出二十几个电力区域，然后一个区一个区域仔细地各种资源平衡完了合起来一张图。（看图）底下灰色是核电，上面是那三种蓝颜色是三种不同的水电，这是每天可能的发电量，然后绿色的是陆上风电、海上风电，杏黄色是分布式光伏，黄（绿）色是集中光伏。

风电跟光电都出不来热，水电也出不来热，核电出的热是它（火电）的1.5倍。所以，能把全年的余热收回来一般就绰绰有余了。但是冬天不够。现在好些地方实际工程结果也是这么个现象，最终很可能是这么一块，我们搞供热这行当我们有活干了，所有的余热，比如（让它）90℃供20℃回，核电余热、电厂余热、工业余热，甭管冬天采暖还是别的工业用热，咱都从那去取热，用的多取的少或者给的多用的少的（热量）差靠跨季节储热给他存在那里。所有的热源电厂，现在人家是保民生叫做以热定电，以后就都改了叫调峰电厂，不管用热还是不用热，电力需要发电就发，产生热量你拿走，电力不需要不发了也没热了就需要自己解决。这样供给侧跟消费侧需求就有特别大的差别，怎么办？

如果总量够，就靠这跨季节储热，把这个差给填上。所以现在做地方规划分析发现这个（跨季节储热）最重要了，有了它各种问题都解开了，没有那东西这就不行，供需不匹配，到时候问题就大了。这样一来就是说，要想实现刚才（所说的）美好的梦想，就必须克服三大难题。

第一大难题就是时间上的热源不同步，所以就需要大规模的跨季节储热装置。必须有个仓库存着才行。

第二是地理位置不一致，所以还得输送时能（够）低成本。第三是参数的事，蒸汽出热，热的温度不一样，蒸汽的压力不一样，那么就得变换，实现各种各样温度压力等热量品位要一致。

所以把这三件事儿都给解决了才行，这三件事儿有技术的事儿，也有政策机制的事儿，还有投资的事儿，但是既然是国家的大事，就得合起来几方面，一块给它解开。

首先要真有大规模储热的东西，要取得多方面的收益。比如说原有的余热资源核电全年都排热，结果（现在）你光冬天取了，其他时候还排海里去了，余热资源浪费了。假设热源额定1MW，那一年就是8000小时就8000Mwh，要是光冬天供热，按峰值算最高负荷40W/m2，只能供2.5万平米，可是你要把那8000MWh的热全攒起来，慢慢根据需要供，这时候一平米是要的是80kWh的热，就可以供10万平米。

所以同样一个热源有储热装置，我能为10万平米建筑供热，没有储热装置，只能（给）2.5万平米供热，里外差4倍，有的工程我分析能差出6倍来，所以（这样解决）余热资源就可以得到充分的利用。

第二，这样的热回收装置将来投资（较大），管线输热也是大的投资。现在供热这行，一年歇半年就干4个月活，（还剩）8个月都不知道吃谁去，这设备闲置也不行，利用率就低了，回收期就长了。有了这个储热装置，把这储热装置建在离需要热量的最终点近的地方，靠近城市侧，这样长途输热也好、热回收也好，都可以全年运行，于是初投资折旧就变得快了。原来是10年、15年，现在（这样做）短至3年5年也就能回来。

第三条，即使我不想着整个的（热）全回收，刚才好几位我看着都在谈，包括是乌鲁木齐说你要搞你还得调峰锅炉，一下上400吨调峰锅炉人家不干了，说是你跟我这减煤政策反了，所以以前我们上课给学生天天讲这调峰锅炉的重要性，现在我发现不能上调峰锅炉了，因为它是化石能源，（可是）拿热泵做调峰不合理，空气源热泵，调峰的时候天特冷，那怎么解决调峰问题？

（原先）热源是什么？为什么需要调峰？热源最大功率是多少？最大功率得大于采暖时候最冷天（需要的·）最大功率，这样我才全保证。

如果用储热，这热源一年出多少热，就刚才说的一年能出8000兆瓦时，一除一平米建筑用多少，这一除下来热源能带的面积大多了，能提供的热量特别多了，对吧？原来多余的东西都扔了，现在全收回来了，都成宝贝了。

所以（储热）解决调峰问题是把咱这行的一个心病就去了，就不需要调峰，按总量算，这样我有这储热，我只要调节那边的取热量，最冷的时候多取一点就完了，同时这么一做供热的可靠性（就有了保障），甭管给民用建筑供热保民生，（还是）给工业供热保人家安全生产。我要是有一个储热装置，只要里边有热，我心里就踏实，至少是从热源到储热装置，这段好坏我就不用着急了，那边（储存的热量）保证供应就行了，这样可靠性大为提高。

然后再反过来说，咱们这样取的这余热都不是伺候你的，都是原来本来生产过程中它就该冷却排热，所以你整个的供热系统对人家来说是人家的冷却系统，冷却系统不能憋着，如果你冷不下来，不能把热排走了，他那就出事了，甭管电厂工业生产、数据中心，你既然承担冷却任务，人把热给你了，你就得给人真冷却下来，它也很重要。

这儿我有大水池子，要是一个储热，相当于我对他来说是储冷，于是又能够显著的提高人家冷却的可靠性，双重的（作用）就都管上了，所以实际还能整出一堆收益来，好些工程冒出来的问题一上储能就都行了。

一个池子，加盖，别漏气。跨季节储热可能是最好的方法。这些年实际国外也在研究，像北欧是（储热池）整个大盖（子），包括咱们国家的西藏，由丹麦帮着也做过一个大储热，把太阳能收起来，冬天供暖至少能行。问题是它没那么高温度，存的（热）才五六十度，所以效率不是太高。

咱们在张北地区也见过几个，但是规模都不大。但是中国要完成这事儿，100亿立方米也就是1,000万立方米的盖1000个，这是巨大的（工程）。真要是有这个了，咱们供热这行就都好办了。

所以这几种做法最后比起来还是大的一个深坑的最好，因为抓的是两件事儿，一个是热量不能丢，一个是品位尽可能不能丢，这样储热是上面是热水，底部是凉水，进的时候（上面）进热的，凉的从底下出去，取的时候是上面出来热水，凉水补到里边去，要的是中间一个冷热分层，那个（斜温层）变化是（上下）来回变的，（热水凉水分层）不能掺和。所以得通过各种办法补水的气压，缓慢的取水装置等等，这就能够特别好的解决里边的问题，总的结果就是效率很高。

所以怎么比这种储热池的成本也是那些（其他储能方式）最多是1%~10%，因此既然要搞零碳（供热），这个是一个很重要的方法。

这是在欧洲已经建成的一些大水池子的东西，那边是按人民币折算，他们有些资料没有，有些报道的说花了多少钱，（主要）都是装置、挖坑、贴膜、装盖子那些钱，100多块钱，最低的是丹麦那个164块钱一立方米。

不算土地出让金，这个事100元每立方米应该能做出来。如果我们努力让这100块钱一立方米这事给他做成，储热温度是90℃/20℃的话，那样一立方米就能出0.28GJ的热量，建设成本360块钱1GJ，如果投资是15年，每年储热成本是24块钱1GJ。比燃气的还便宜。这样通过储热（可以）替代燃气，但是这个（计算）没有包括土地出让金，它属于是国家政策的事儿。

第二个事就是距离上的匹配，要是（输）送100公里的话，北京不行，还有内蒙，黑龙江省有些县城，他们离得太远，没工业，找不着热源；其他的地儿都能找着相应的余热资源。那么这样的情况，比如像内蒙黑龙江几个小点的县城，没有余热，但它有庄稼、牛粪羊粪等，可以用生物质资源就行了。北京（远距离输送）得200公里才够，所以北京要是有钱，咱们拉距离200公里。

然后有沿海地区的制造业，核能的分布都在沿海，可以好好从核能的余热里得到足够的余热资源。当然还有适当的产业布局，解决供需平衡问题。

太谷太原长输工程大家一直在说效果挺好，长距离输热关键是降低成本，减少损耗。那么这里头大概是这么几个关键点，一个是把供回水温差拉大了，就可以有效的降低成本，因为单位热量的循环水量少了。

再一个加大管径，也就是加大规模。这样一来泵耗就大幅度下降，所以通过这些东西可以降低成本，提高输送能力。

再一步的技术问题，一个是大高差的事儿，原来都是用隔压站，一方面成投资太高，另一方面一个隔压站就占两度温差，再有几个这温差就（吃）没了。所以咱们能不能取消隔压站，也是各地都在仔细探讨的。有这种可能把循环输热的概念变了，尤其是有了大水池子本身它是开口的，综合起来就想出（取消）隔压的法子来。

再一个水击的事，在太原的项目上做的挺好，进一步总结经验，解决误操作、掉电（等问题），然后这些年也有很好的仿真能力了，可以模拟各种各样可能出现的事儿，这是低成本的关键。

那么要想干好这事儿，统一供回水温度是成功的关键，尤其是把回水温度降低，降低回水温度，别以为说就是为了解决输送问题，首先把回收温度降低，才可以有效的回收各种余热资源，水温越低，收的热量比例越高。

长距离输送要加大温差，所以从三个方面都希望使劲把回收成本降低，这就成了我们这行的一个重点任务，供热的回收温度降低，（即使）工业生产用热，我提供这个（热）也得想法把回水温度降低。

这些（工程应用）也有10年的历史了，（热水输送的过程中需要）好些个变换器，就是刚才说的第三个难关，包括吸收式换热，已经在太原、在赤峰好些地儿都有。山东有些地方，大网是90℃的水，采暖是40、 50℃的，回水是40℃，我能把供水侧一次网侧，回水都降到20℃，实现了统一的回水温度。在热源侧，如果你那个工厂里比如冲渣水是75 、70℃的水温，通过第二类的吸收式换热，只要回水温度是20℃度或者25℃，他们都把供水都给整到90℃去，都不需要电，也不要什么热泵，是吸收式热泵，不消耗电，就靠大温差就解决这个问题了。所以这些产品会广泛应用，大的是几层楼（高），小的是搁在车库里。系列产品，现在都有了，好几个企业都在做。

所以说，未来是一个电动热泵、吸收热泵混合起来搭配，根据不同的需求，会是巨大的市场，从各种各样的热量变换来满足蒸汽、热水高点的、低点的（要求），就替代了常规换热器。

海阳核电的余热，弄出100多℃的热水，然后拿它做动力，做这个海水淡化，把海水做出95℃的热淡水来，然后这一根管给送到居民家采暖，收拾完了那边就出凉水，这凉水人家爱喝，这水也没味，也挺好喝，比他们自来水好喝。

工业用热一定得遵循一个原则，就是不同的参数用不同的装置绝不能够统一的参数然后再减温减压，都浪费了。

南方有个地儿特别好，它是热电联产统一供蒸汽，居然是两套蒸汽系统，一套是10kg/cm2的，一套好像是4 kg/cm2的，（供汽）价钱都不一样。要高压的接这根管，低压的接那根管，说明特别精明，比北方精明多了，但是即使这样还是有供大于求的浪费，要是变成小装置，就地每个装置整一个，都以90度热水作为低品位热源，那么做起来相信大幅度减少浪费，效率还会特别高。

连云港有个叫田湾电厂核电，在田湾湾北走那一片大的工业园区，又是一堆小热电，能不能把小热电取消了，现在就研究拿这个核电，但是还在争论到底是（直接）送蒸汽还是走循环热水、末端用蒸汽。（还有）福建省的两个工业园区（也是如此），所以这个需求量是非常广，沿海的用一个核电怎么给它弄好。

这个美好前景说完了，就是这个时间上它有一个合适的点。现在目前还是以热电联产+燃煤锅炉+燃气锅炉为主要热源。中央也提出来先立后破，能源革命能源化转型，不能影响民生，不能影响工业生产、经济发展、社会发展，所以这需要一个合适的步骤，一步一步来，这点特别重要。

所以我们考虑是分三个阶段，每个阶段的主要任务是不一样的。第一阶段比如说到达峰之前，这些年电厂什么的还没撤，过了达峰才往下降。那么这时候最主要的是做好准备工作，做什么？两条，最主要是把回水温度降下来。现在随着经济发展，各地还都说热源不够，有的要再上火电厂，有的要上燃料锅炉房，这事矛盾比较大。

但是如果你把回水温度降下来，实际就可以更多的从原有热源上提取余热，电厂把人家的热就都收回了，还可以试图收一些工业余热，所以通过降低回水温度来解决热量需求的不断增长问题，而不再建这燃煤锅炉，这是这几年的主要任务。

等到了过了2030年2035年达峰了，中央要求得降往下降，最主要的手段就是砍燃煤电厂，那么一砍燃煤电厂，咱们供热行业也就受不了了，就害怕了，怎么办？大势已定就非得砍，不过不是一块砍，是一个一个的开始停。这电厂砍一半，就得建跨季节储热设施，我建一个大水池子，你关一个电厂没事儿，原来还有一个电厂，那一个电厂就能当两个用，恨不得当三个用。所以您那拆电厂，我这建水池子咱就一块同步的进行，这样能够使得电厂一个变俩厂，通过水池的顶替，开始慢慢琢磨回收流程工业、数据中心的余热。国家一方面关电厂，另一个重锤行动，就该是收拾工业用热的锅炉房了，那么就开始尝试由我们这行来给工业用热提供热量，替代原来的燃煤锅炉房，有储热设施这事就好办多了，这是第二阶段。

第三阶段，这时候主要特点就是国家的大规模的风光电开始涨了，现在中国去年是一共有7亿千瓦，现在每年会新装3亿千瓦，一年3亿，有10年就上30个亿，30个亿出来之后，10年之后是2033年，那时候风光电的比例就会在电源里边占了小一半，再有10年到了2043年，那就风光电为主的现象就出来了，一旦它变成为主了，弃风弃光可就越来越厉害了，这是不可避免的。

我有这大水池把储热装好了，春天存起来冬天什么时候用，所以这时候就要想法好好的靠这储热装置收弃风弃光，然后供热。

那么这样一个设想，当然看着挺美好，核心问题还是统一规划，不能自个儿圈一块小地儿（仅仅）说我干好，这样不行！彼此协调，统一规划，弄出统一格局来，并不是垄断，而是把这张图画在那儿，谁想干，民营的国企的都可以投资，照着这张图来实现这个美好蓝图。

好，结论就是说靠各种低品位余热资源来实现零碳热源，是建设零碳能源系统的重要任务之一，就得全面采集利用各个环节排放的余热，珍惜一点一滴，一点都不能散，都得回收回来才行。

那么靠着余热资源可以满足建筑采暖跟工业用热的需要，但是为了这个目标必须解决这三大任务。同时，相应的应该有一批新的政策机制来支撑新的零碳能源热源系统，包括土地政策，包括按照温度品位来确定热力价格的事，同时向环境排放热量者应该承担环境热污染的责任。

还有新的基础设施的建设的投入，同时还有巨大的各类热泵跟热量变换装置的市场，所以会形成一个特别大的市场，包括基础设施建设的工程，包括装置设备，所以通过这个市场需求要拉动新基建、拉动经济发展，其实是抓这些事儿，也能反过来促进这几十万亿的市场需求。

（注：文字内容根据江亿院士授权会议录音整理，未经作者本人授权不得删减、转载）