【NRDC观察】“双碳”目标下供热行业低碳转型技术路径分析

推进供热低碳转型是能源低碳转型和实现“双碳”目标的重点任务。当前，我国全口径热力能源消费量占全国终端能源消费总量的比例达50%以上，其中工业用热和建筑用热分别占70%和30%。然而，作为重要的能源消费领域，我国热力生产和消费却严重依赖化石能源，化石能源供热达到90%以上[1]。近年来，随着清洁能源技术的进步和政策的推动，清洁能源在供热中的应用逐渐增多，生物质源、热泵、太阳能等清洁能源供热方式正逐步得到应用。但在实际推广应用过程中，行业仍面临着部分地区供热技术路线不清晰、技术经济性不足、源荷不匹配、工业供热低碳替代难度大、热价机制不完善等问题，需要进一步加强顶层设计、明确供热用能低碳转型目标和可行路径，并健全激励机制和加强基础能力建设，高质量推进供热低碳发展。因此，本文基于低碳供热替代关键技术分析，研究建筑用热（民用热水、居住建筑供暖、公共建筑供暖）和工业用热（常规中低温用热、工艺高温用热）等不同应用终端领域分阶段的低碳供热替代技术路径，提炼转型面临的核心问题与挑战，并提出相应的实施建议，以期为构建更具经济效益的低碳供热系统建设提供参考。

一、我国低碳供热替代关键技术潜力分析

我国低碳供热关键技术主要包括太阳能供热、生物质能供热、地热能、储热、工业余热、核电供热等类别，在民用热水、建筑供暖、工业供热、工艺用热、农业和畜禽养殖等场景领域，有着不同范围和程度的应用实践。

太阳能热利用技术在我国应用区域广泛，搭配储热、防冻等技术可实现更大规模应用。生物质能供热技术可在生物质资源丰富地区支撑供热系统基础热负荷，且能与热泵、储热等技术深度结合，应用于包括工商业用热和民用采暖领域[2]。水热型地热供热技术已进入规模应用示范阶段，热泵技术较为成熟，主要应用于采暖供热和热水加热。电力、钢铁、水泥、石化等行业的余热资源可通过热泵等技术进行高效回收并用于供暖。电锅（窑）炉的发展需重点突破优化热交换器、提升加热速率、智能温控系统开发等关键技术。氢能供热目前除工业供热以外，其他领域的应用仍处于探索示范阶段，需进一步解决技术经济性不足、使用安全性低等核心问题。干热岩地热能供热技术尚不成熟，将成为未来15—30年地热能开发利用的研究重点[3]。

此外，多能互补集成应用系统有助于解决单一清洁能源供热不稳定、可靠性差和经济性差的问题，拥有广阔的应用空间。完善多种能源匹配联合运行机制，以及关键技术装备的突破研制，是未来多能互补供热领域主要发展路线。智慧供热系统是未来供热系统主要发展趋势（见表1）。

二、我国供热低碳替代技术路径分析

不同用热终端对热水温度、压力等热力品质的要求存在差异。建筑用热（含建筑供暖与民用热水）属于低温热力范畴，随着地板采暖、热泵及第四代区域供热网等低温供热系统的普及，民用热水需求温度可降至60℃。工业用热中，工业锅炉用热主要由热网或企业生产提供的零碳/低碳热力满足，属于中温热力范畴；工业窑炉用热的低碳供热技术路线仍处于探索当中，属于中高温、超高温热力范畴[4]。

（一）民用热水领域

短期内，电热水器、热泵与太阳能热水器仍是民用热水领域主要低碳替代技术途径。到2030年，农村将继续推广空气源热泵；城镇以燃气供热为主，辅以推广电加热设备，同步开展地源热泵、单户式太阳能热水系统、光伏发电及热泵集成、电加热设备等示范应用。中远期，农村将进一步推广空气源热泵、太阳能热水系统、光伏发电及热泵集成系统、辅助电加热设备等；城镇将大幅扩大绿电制热水供应的规模。

（二）建筑供暖领域

该领域短期仍以煤和天然气供热为主。到2060年，电供热成为建筑领域供热的主要技术应用形式，其次是余热利用和可再生能源供热技术。具体分为居住建筑和公共建筑，具体实施路径如表2所示。

（三）工业供热领域

2030年前，重点发展热泵等工业余热利用技术，集成太阳能、生物质锅炉等零碳热源系统；大力推进以电窑炉为主要应用形式的工艺用热替代路径。中远期，电锅炉等低碳供热技术主要应用于工商业热力需求领域；推广绿氢高温窑炉、中高温太阳能聚光、中高温热泵余热回收等工艺用热替代技术。

三、我国供热领域低碳转型面临的问题与挑战

（一）低碳供热技术路径顶层设计体系有待强化

低碳清洁供热是复杂的系统工程，涉及政策推进、技术应用、区域格局、市场空间和企业格局等多重因素。当前，我国煤炭供热替代的顶层设计体系有待完善，例如区域布局尚未规划、大规模替代煤炭热源的模式仍需长时间探索等。同时，现行政策法规主要适用于北方集中供暖地区，南方供暖制度和技术路径尚不清晰，市场发展顶层设计缺位，相关政策法规、行业监管、市场标准欠缺，导致市场无序竞争，严重阻碍了南方供暖市场高质量发展。

（二）低碳供热技术经济性不足，热价机制和激励政策不完善

一方面，工业余热存在种类繁多、余热量不稳定、能量品位偏低、输送与存储技术落后、总体利用率低、供需不匹配等问题，制约了余热利用规模。同时，热电联产机组受“以热定电”政策、热负荷需求差异性、自控系统技术有限、能源价格上涨等因素影响，以及供热系统存在的能量品位失衡和热源参数不合理等问题，导致项目经济效益不高和能量浪费严重。农村地区受到经济条件和能源基础设施相对薄弱、房屋保温性能低、能源供需的分散性特征等因素影响，使得具有较高初始投资和额外运维成本的可再生能源供暖项目难以得到应用推广[4]。另一方面，供热价格体系尚未依据热源品种进行分类定价，热价与成本联动及调整机制尚未建立，成本核算范围有待完善，以及热价制度未有效引导用户节能，导致低碳供热项目无市场竞争力，阻碍了供热行业的低碳化发展。此外，地热能、太阳能等可再生能源供热项目无特别税收激励政策，阻碍了供热行业的良性发展。

（三）供暖模式单一且碳排放量高

北方地区大中城市人口密集、冬季气温低、供热期长，集中供暖需求逐年增加，现阶段采暖高度依赖煤炭。同时，北方城市受资源条件、煤炭供应稳定及成本低廉等因素制约，煤炭供暖在短时间内难以被清洁能源替代。该地区热源主要来自热电联产和各类燃煤、燃气锅炉，供暖模式单一，热源产生的碳排放量大。南方城市普遍采用电、气为主要热源的分户供暖模式，应用模式单一。随着南方地区供暖需求日益增长，供暖用能产生的直接碳排放将大幅增长，影响我国建筑领域碳达峰、碳中和目标的实现。

（四）农村多能供热集成技术与工业供热低碳替代技术亟需提升和突破

农村地区各类可再生能源供热集成技术仍有待优化和完善，太阳能供暖、生物质能锅炉、沼气、热泵等单一可再生能源供热产品技术虽已基本成熟，但不同热源供热技术的供热持续性与耐久性仍需在实际运行中进一步检验。智慧能源站、多能互补、多能融合等技术尚未得到推广[5]。工业领域方面，太阳能供热技术仍处于研究与示范阶段，中高温太阳能聚光技术未实现大规模推广；工业窑炉对温度、压力等热力参数要求高、工艺要求高，低碳替代技术和路径尚处于研发阶段。

四、对策建议

（一）完善支持供热低碳替代的顶层设计

在政策框架上，需完善能源消费总量控制、温室气体减排激励机制、建筑节能准入、污染物控制等宏观政策环境，强化对供热低碳替代的政策支撑。积极探索推行供热碳配额机制。遴选代表性供暖区域和供热企业，研究制定热力配额机制，发放强制性热力配额，设定约束性降碳目标，将一定数量的低碳热力配额纳入供热企业年供热量考核，保障可再生能源供热的市场空间。

（二）大力推进可再生能源热源替代和工业余热利用

在可再生能源资源丰富区，推动县级、乡镇级发展以中深层地热、太阳能热利用或电锅炉、热泵结合储热设施、生物质锅炉/生物质热电联产等为主的技术成熟度高和项目经济性好的集中（区域）供暖。城市集中（区域）供暖地区推广热泵与其他能源互补应用系统，在冷热负荷较为均衡的夏热冬冷地区发展浅层地热能。农村地区推广空气源热泵、太阳能热水器、温室大棚太阳能供暖等技术和设备的普及应用，推动可再生能源替代散煤。2030年前，主要利用电厂和工业余热进行集中（区域）供热。随着政策推动和长距离输送供热等技术突破，工业余热供热推广力度将不断加大，到2060年工业余热占比争取达到60%左右。

（三）完善低碳供热领域相关政策激励机制

1.建立和完善低碳供暖补贴和税收制度。一方面，针对低碳供热商、低收入人群、欠发达地区等，构建实施精准化供热补贴机制，并完善相应政策。对技术先进、能效较高的多能互补系统给予一定财政补贴。针对城市和农村的低收入、弱势群体，设置用于供暖、建筑节能改造等用途的供暖基金。针对欠发达地区，建立国家财政有关清洁采暖补贴的转移支付制度。另一方面，实施可再生能源供热100%增值税即征即退制度。所得税减免包含可再生能源供热，额外购买绿电成本的10%纳入税收抵免范畴。对实现全部回灌的地热系统免征资源税，对实现部分回灌的，以净采量征收[6]。鼓励地方政府研究实践以能源利用率为主要评估指标的多能互补项目退税奖励机制。

2.健全完善热计量体系和供热定价机制。一方面，及时评估调整既有热计量收费政策。以满足用户舒适度需求为目的，建立一套用户易接受、企业易管理、政府易监管的热计量体系，推广用户侧热计量收费模式，实现供热系统各环节的全面计量。比如，根据用户特点、效果、经济性等多种因素，选择最佳热计量方式。另一方面，研究制定不同热源种类的热力价格机制。完善包含“双碳”目标、节能改造新增供热成本、现行燃料补贴等要素在内的成本核算机制。与电力市场机制统筹发展，建立电、气分时定价和梯级定价机制。研究制定包含碳成本等在内的热价制度。

（四）创新低碳供热商业模式及融资机制

探索工业余热与热电联产高效利用技术和多能协同模式。对余热利用设备、技术等进行优化升级，通过改进和采用高效利用技术和智能化自动化技术，有效提高余热废热利用率。统一规划并优化余热资源配置，探索储热与工业余热耦合系统及大温差长输供热模式，提升余热转换效率和解决源荷不匹配的问题。发展蓄热技术与热电联产机组结合应用模式，达到“削峰填谷”和提升系统经济性的效果。加大低位能分级加热、高背压与热泵结合等热电联产技术研究力度，实现热能“梯级利用”，提高能源利用效率。创新多能互补项目融资商业机制。推动金融机构对多能互补项目优先提供金融机构融资及利率优惠，积极提供股权投资、抵押贷款和小额贷款等。完善投融资平台和金融保险服务体系。探索特许权经营、政府和社会资本合作、建设－经营－转让、合同能源管理等新型商业运营模式。

（五）加大低碳供热技术研发和攻关力度

深度挖掘农村资源禀赋，重点推进农村非煤能源的开发，构建传统能源、新能源和可再生能源在内的多元、安全能源供应系统。加强我国农村可再生能源技术的开发和利用，重点实现太阳能供暖、生物质固废利用和分布式能源等技术应用突破，提高农村清洁能源技术应用的可行性和经济性。将低碳供热技术和产业作为产业升级的发展重点，支持新型技术和多能互补系统的研发和示范，提升技术的成熟度和产品的系列性。支持可再生能源的多能互补系统、可再生能源与常规能源的多能互补系统，以及区域能源站等农村新型供热系统的研发和设计优化，促进可再生能源与农村现行常规能源系统的融合。

大力支持工业领域低碳技术攻关。开发中高温工业热力和工艺用热低碳技术、适应新能源的柔性生产控制技术、智能化生产及数值模拟仿真等方面的攻关和推广。加强研发大型中高温热泵，以及超低排放标准的天然气工业窑炉、绿电加热窑炉、电厂热力或工厂余热等低碳替代技术。电窑炉技术主要聚焦在改进燃烧系统、优化热交换器、加强废气处理、温控系统优化等提升能源利用率和减少碳排放方面的创新及应用。

参考文献：

[1]国家统计局. 中国能源统计年鉴[Z].  2012-2023.

[2]中国产业发展促进会生物质能产业分会. 2023中国生物质能产业发展年鉴[Z]. 2023.

[3]蔺文静，王贵玲，邵景力，等. 我国干热岩资源分布及勘探:进展与启示[J]. 地质学报，2021，95（05）： 1366-1381

[4]胡润青. 碳中和目标下的供热脱碳路径研究[J]. 中国能源，2022（6）：42-47. 

[5]胡润青，等. 可再生能源供热市场和政策研究[M]. 北京：中国环境出版社，2016.  

[6]胡润青，孙培军，窦克军，蔺一，王海鸿. 低碳清洁供热的现状、问题和政策建议[J]. 中国能源，2021，43（10）： 41-46

封面图片：西安市原点红木家具博览城空气源热泵项目｜图源：Wang Yang/NRDC

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