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从能源消费的角度上来看,推进向清洁能源的转型工作和能源使用的节能增效工作可以实现燃煤替代、减排等气候与环境效益。聚焦建筑部门,北方冬季集中供暖地区的供热主要来自燃煤、燃气锅炉及热电联产产生的热力,其中70%以上的一次能源消耗以煤为主[1]。北方冬季供暖的刚性需求和以煤炭为主的热源结构导致大量二氧化碳及空气污染物的排放。通过改善热源侧、用户侧和行业侧逐步推动能源的清洁化转型可以协同实现碳排放及空气污染物排放的减少,助力美丽中国目标的实现。
本文以河南省鹤壁市行业低碳转型和建筑领域清洁低碳采暖的实践为例,探索行业转型和建筑领域低碳转型在提升空气质量方面的协同效益
鹤壁位于河南省北部,地处太行山东麓向华北平原过渡地带,山地丘陵和平原面积约各占一半,全市总人口164.96万人,城镇化率达58.76%。因其煤炭资源储量丰富,长期以来形成了以煤炭为主的能源消费结构及以第二产业为主且重工业为主的产业结构。在2017年,原煤作为鹤壁市主要工业能源消费品种,占比高达93%以上。同时,该地区生产总值为832.59亿元,能源消费总量为544.22万吨标准煤,单位GDP能耗为0.65吨标准煤(按当年价计算),高于同年的河南省单位GDP能耗(0.51吨标准煤),也高于同年的国家单位GDP能耗(0.55吨标准煤)。根据鹤壁市能源结构与能源消费的分析,鹤壁市单位GDP能耗较高,工业企业对清洁能源的消费比例较低。由此可知,原煤是鹤壁市主要工业能源消费品种,燃煤排放是PM2.5和NOx污染的主要来源。
鹤壁市处在南北方采暖划界过渡区域,2017年6月成功入选首批北方地区冬季清洁取暖试点城市,大力推进农村取暖方式和居住环境转变,印发了《鹤壁市冬季清洁取暖试点城市实施方案》和《鹤壁市冬季清洁取暖专项规划(2017-2020)》。在城区和县城都遵循“集中供热为主,分散采暖为辅”的原则,实现清洁热源的全覆盖。城乡结合部和农村地区形成“低温空气源热风机为主,成型生物质取暖为辅”的模式,实施热源的清洁化改造。同时,保证“既有建筑能效提升改造”和“新建建筑施行绿色农房标准”同举,从而实现取暖清洁化和建筑能耗降低双保障。
(1)集中供热清洁化改造成果。推进集中供热管网建设。按照“集中为主,分散为辅”的原则,实现鹤壁市清洁取暖全覆盖,积极发挥现有的热源效能,不断推进集中供热管网的建设工程,同时结合分布式可再生能源的集中供热方式。截至2020年6月,鹤壁市发展集中供热覆盖面积达到2474.26万m2。其中,热电联产集中供热发展1417.26万m2,余热回收利用集中供热发展650万m2,地源热泵集中供热发展407万m2,分布式可再生能源集中供热发展123万m2。
图1:鹤壁市供热方式占比
(2)热源端清洁化改造成果。推进农村低温空气源安装。在清洁取暖的实施过程中,确定了“电取暖、煤清零”技术路径,积极推进低温空气源热风机安装工程,全市安装低温空气源热风机13.13万户,约17.37万台,采暖面积达2100万m2,占清洁取暖农村热源侧实施改造面积的86%,建设成效显著。通过安装低温空气源热风机监测仪,对90户低温空气源热风机的各项指标进行监测。在2019到2020年的供暖季,低温空气源热风机单位面积日均耗电量平均值为0.368kWh。低温空气源热风机采用高效的新环保冷媒,以电力作动力,代替煤炭取暖,实现了二氧化碳减排的同时也减少了其他污染物的排放。
(3)用户端建筑能效提升成果。至2020年5月,鹤壁市“热源侧”清洁取暖改造面积总计为4508.65万m2,改造户数29.7万户;“用户侧”建筑能效提升改造面积662万m2,改造户数4.87万户;铺设农村燃气管道378.41km,新接农村用户6.4万户,累计改造农村电网575个村庄,涉及22.1万户,使供电能力得到了有效的提升。
从2017到2020年,鹤壁市积极推进清洁能源的转型工作和能源使用的节能增效工作,在城区和县城发展集中供热,在城乡结合部和农村地区进行热源端清洁化改造和建筑端用户能效提升。其中,鹤壁市通过推进集中供热管网建设,不断完善集中供热设施的基础建设,每年节约能源104.65万吉焦,节约标准煤3.85万吨,减排CO210.2万吨、SO2770.8吨、NOx269.8吨和烟尘578.1吨;部分农村地区通过安装低温空气源项目,每年替代燃煤35.9万吨标准煤,减排CO294.1万吨、SO20.72万吨和NOx0.25万吨。鹤壁市的清洁取暖试点建设取得了良好的环境效益,共节约或替代39.75万吨标准煤,减排CO2104.3万吨和NOx0.28万吨,为供暖季节能减排和大气污染防治做出重要贡献,进一步改善了空气质量,提升了居民的生活水平。
图2:清洁取暖试点大气污染物减排量
在开展清洁取暖行动的同时,鹤壁市还完成了火电和水泥行业的超低排放改造。划定了高污染燃料禁燃区,排查生产、销售、运输和使用散煤行为,推进全市范围的散煤动态清零。多项行动联合开展下来,鹤壁市夯实了蓝天保卫战的成果。鹤壁市重度和严重污染天数在2019年后有所减少,其中,鹤壁2018年空气质量的三项主要指标实现“两降一增”;2019年PM2.5、PM10、优良天数三项指数综合得分50.38,位列全省第6名;2020年PM2.5和PM10下降6.6%和71%,优良天数同比增加37天(图2),NOx和SO2的排放量下降明显,较2018年分别下降26.04%和28.12%(图3)。
图3:2018年1月-2022年9月空气质量状况图
图4:2018-2020年污染物排放量及浓度分布图
由此可见,鹤壁市地方政府通过低碳取暖改造和减少行业煤炭使用等低碳转型措施,促进了地方空气质量的改善,为美丽中国空气清新目标作出了贡献。其他地区可以借鉴鹤壁市的经验,在能源结构和热源清洁化改造方面加大投入和推进,倡导低碳生活和绿色发展理念,加大政策扶持力度,推进清洁能源发展并促进建筑能效提升,共同致力于实现气候减缓与环境保护的协调发展。
[1] 供热领域需直面高碳排放难题. 政府信息公开. (2023, February 23).http://www.lanxi.gov.cn/art/2023/2/23/art_1229288165_59274940.html
资料由北京工业大学刘雨婷,杜展霞,陈莎和中国环境科学研究院张新民提供整理撰写:CEMF项目组 赵贝 薛珂洋 李卓然
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CEMF案例分享|鹤壁市行业低碳转型和清洁低碳采暖保障空气清新