新能源發(fā)電并網(wǎng)制約多，減碳效果差？風(fēng)熱技術(shù)或?qū)⒊尚逻x擇

據(jù)目前數(shù)據(jù)預(yù)測，完成“十四五”碳排放強(qiáng)度目標(biāo)，仍存在一定的挑戰(zhàn)。在極端天氣頻發(fā)的背景下，減少碳排放成為社會共識。但在實(shí)踐中為何出現(xiàn)“減碳難”？對當(dāng)前供暖領(lǐng)域高碳排放的問題，還有哪些新的解決方案？

 

日前，中國科學(xué)院工程熱物理研究所風(fēng)電中心研究員鐘曉暉在接受南都記者專訪時(shí)談到，中科院工程熱物理研究所開發(fā)的風(fēng)熱技術(shù)改變了當(dāng)前用新能源“發(fā)電-供暖”的技術(shù)路線，直接將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為熱能，該技術(shù)不僅克服了傳統(tǒng)供熱的高碳排放問題，還實(shí)現(xiàn)高效、低成本供熱，將成為未來能源轉(zhuǎn)型的重要一步。

 

據(jù)介紹，風(fēng)熱技術(shù)將在今年逐步落地，實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)供熱以及為北方地區(qū)居民供暖的零碳供熱。

 

完成碳排放強(qiáng)度目標(biāo)仍存挑戰(zhàn)？

 

需關(guān)注電網(wǎng)并網(wǎng)制約與供暖轉(zhuǎn)型難題

 

2025年政府工作報(bào)告中提到，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低3％左右。2月28日，國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布了《中華人民共和國2024年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，明確單位GDP能耗強(qiáng)度較上年下降3.8%。根據(jù)前四年數(shù)據(jù)，如2025年的能耗強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)3%的下降目標(biāo)，我國將毫無懸念地完成“十四五”能耗強(qiáng)度下降13.5%的目標(biāo)。

 

但從碳排放強(qiáng)度下降目標(biāo)來看，根據(jù)前四年的數(shù)據(jù)計(jì)算，我國碳排放強(qiáng)度下降了約8.6%，而我國制定的碳排放下降目標(biāo)是18%，根據(jù)目前數(shù)據(jù)預(yù)測，完成“十四五”碳排放強(qiáng)度目標(biāo)，仍存在一定的挑戰(zhàn)。

 

為何在我國大力發(fā)展新能源（如風(fēng)電、光伏）的背景下，碳排放仍難以降低？鐘曉暉介紹，這與當(dāng)前新能源發(fā)電并網(wǎng)制約以及供暖領(lǐng)域綠色低碳轉(zhuǎn)型困難兩大因素直接有關(guān)。

 

“新能源電力并網(wǎng)受限，電網(wǎng)穩(wěn)定性問題突出。”鐘曉暉指出當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型中存在一個(gè)悖論：為了增加新能源發(fā)電的裝機(jī)容量，的主要能源，不得不配套建設(shè)一定量的煤炭發(fā)電作應(yīng)急調(diào)峰儲備電源，在此過程中碳排放不降反升。

 

伴隨新能源裝機(jī)的不斷攀升，新能源電力消納也迎來新的挑戰(zhàn)，2023 年，蒙西地區(qū)、青海省和甘肅省棄風(fēng)率依然分別高達(dá) 6.8%、5.8%和5%，青海省、西藏自治區(qū)棄光率依然高達(dá) 8.6%和22%。

 

而在另一個(gè)方面，供熱領(lǐng)域是碳排放的“大戶”，約占全國碳排放的40%。“供熱領(lǐng)域減排更難，因?yàn)樯婕懊裆┡凸I(yè)用熱，不能簡單關(guān)停。”，鐘曉暉介紹，而當(dāng)前我國的供熱的能源消耗以煤炭、天然氣、電力為主。

 

2020年4 月，國家能源局明確了可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)也指出在非電領(lǐng)域，尤其是建筑供熱及工業(yè)用熱方面，我國仍以燃煤熱電聯(lián)供機(jī)組和天然氣鍋爐等高碳排放為主，可再生能源發(fā)展利用水平明顯滯后，可再生能源供暖面積僅占北方地區(qū)供暖面積的18%。

 

“探索和應(yīng)用直接利用新能源進(jìn)行供熱的技術(shù)和方案，對于減少碳排放、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。這不僅有助于緩解能源供應(yīng)壓力，還能促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級，推動可持續(xù)發(fā)展。”鐘曉暉說。

 

“風(fēng)熱機(jī)組”技術(shù)

 

實(shí)現(xiàn)高效清潔供熱，破解碳排放和經(jīng)濟(jì)性難題

 

從“煤改氣”到“煤改電”，我國在清潔能源取暖方面先后探索了多條路徑。但據(jù)鐘曉暉觀察中，這雖然在一定程度上減少了污染物排放，但并沒有從根本上解決碳排放問題。

 

他進(jìn)一步解釋：“天然氣燃燒后主要產(chǎn)物是二氧化碳和水，依然屬于高碳熱源。而煤改電雖然提高了能源利用效率，但由于我國電力結(jié)構(gòu)中煤炭發(fā)電仍占較大比例（2024年煤電發(fā)電量占比為54.8%），因此這種轉(zhuǎn)變并未實(shí)現(xiàn)真正的零碳排放。”

 

“直接使用新能源進(jìn)行供熱是更為有效的選擇。”鐘曉暉說。

 

鐘曉暉及其研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年研究，基于空氣動力學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、控制理論等學(xué)科的交叉，在國際上首次提出“風(fēng)熱機(jī)組”概念，并圍繞風(fēng)熱機(jī)組基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)開展研究，完成全球首臺2 MW風(fēng)熱機(jī)組樣機(jī)研制和工程示范。

 

風(fēng)熱技術(shù)（利用風(fēng)能直接制熱）這一創(chuàng)新解決方案不經(jīng)過發(fā)電環(huán)節(jié)，直接將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為熱能，降低系統(tǒng)造價(jià)，大幅提升風(fēng)能利用效率。該技術(shù)的核心優(yōu)勢在于高效制熱、對電網(wǎng)無沖擊、儲能成本低、與供熱場景高度匹配。

 

據(jù)介紹，風(fēng)熱技術(shù)是一種結(jié)合了風(fēng)能和熱泵技術(shù)的高效供熱方案。熱泵從外界較低的環(huán)境（土壤、空氣或余熱等）中提取熱量，并將其輸送到需要加熱的地方，其效率極高，1單位的機(jī)械能可以產(chǎn)生3~5單位的熱量。當(dāng)風(fēng)能與熱泵結(jié)合時(shí)，由于減少了中間電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的能源利用效率還能進(jìn)一步提升15%，這意味著在相同電能消耗下，可以產(chǎn)生更多的熱量。

 

此外，相對于傳統(tǒng)取暖，風(fēng)熱技術(shù)供暖不僅更清潔，且其成本更低。

 

過去，煤炭價(jià)格低廉，供熱企業(yè)能夠從中獲利。然而，隨著市場變化，煤炭價(jià)格逐漸上漲，而供熱價(jià)格卻保持不變。這導(dǎo)致供熱企業(yè)利潤空間縮小，甚至出現(xiàn)虧損。為了節(jié)省成本，一些供熱企業(yè)減少了供熱時(shí)間和質(zhì)量，導(dǎo)致居民家中供暖不足，舒適性較差。

 

為了應(yīng)對供熱問題，政府不得不提供大量補(bǔ)貼，即便是一些由政府直接管理的熱力公司也不例外。當(dāng)前，政府也在努力尋找減少開支的方法，比如調(diào)整供熱時(shí)間，根據(jù)氣溫實(shí)時(shí)調(diào)整供熱量，以減少能源消耗。

 

“風(fēng)熱供暖技術(shù)可以有效緩解這一場景，其運(yùn)行成本更低。”鐘曉暉說。

 

風(fēng)熱機(jī)組應(yīng)用前景廣闊

 

將廣泛為城鎮(zhèn)建筑、油氣領(lǐng)域、低碳園區(qū)進(jìn)行供熱推廣

 

根據(jù)風(fēng)熱機(jī)組的性能特點(diǎn)和市場分析，風(fēng)熱機(jī)組在城鎮(zhèn)建筑清潔供暖領(lǐng)域、油氣領(lǐng)域低溫加熱和農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

 

南都記者了解到，當(dāng)前，風(fēng)熱機(jī)組已在河北省涿鹿黃帝城小鎮(zhèn)進(jìn)行了工程示范應(yīng)用，運(yùn)行效果達(dá)到預(yù)期。據(jù)悉，2019年，完成了國際首套百千瓦級風(fēng)熱機(jī)組樣機(jī)研制，風(fēng)熱機(jī)組制熱工況下產(chǎn)生50~60℃的熱水，制熱COP可達(dá)3.5以上，可為黃帝城小鎮(zhèn)達(dá)華建國酒店4000m²建筑提供冷熱源，實(shí)現(xiàn)100%可再生能源供暖，開拓風(fēng)能利用的新方向。

 

“由于百千瓦級風(fēng)熱機(jī)組產(chǎn)業(yè)配套較少，設(shè)備造價(jià)高，因此我們研發(fā)了兆瓦級風(fēng)熱機(jī)組，突破2.0MW風(fēng)熱機(jī)組整機(jī)設(shè)計(jì)、智能控制、熱力循環(huán)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，完成2.0MW風(fēng)熱機(jī)組樣機(jī)研制與示范。”鐘曉暉說。

 

風(fēng)熱技術(shù)特別適用于“三北地區(qū)”（東北、華北、西北），鐘曉暉也表示，這些地區(qū)風(fēng)能資源豐富，且供熱需求大。目前，吉林松原、黑龍江大慶等地區(qū)都在積極對接相關(guān)項(xiàng)目，這些地區(qū)一個(gè)地級市采用燃煤鍋爐供熱的虧損甚至高達(dá)3億元，迫切需要替代解決虧損問題。

 

除此之外，該技術(shù)也可用于工業(yè)領(lǐng)域中低溫加熱。在工業(yè)領(lǐng)域，油田領(lǐng)域目前30％原油用于低溫脫水伴熱，是一個(gè)適合風(fēng)能熱泵機(jī)組的應(yīng)用場景。

 

值得一提的是，目前風(fēng)熱機(jī)組已在多地多場景落地，榆林市榆橫工業(yè)園區(qū)的“基于 2 MW 風(fēng)能熱電聯(lián)供機(jī)組新型風(fēng)光儲綜合能源系統(tǒng)示范” 、張家口塞北管理區(qū)的“塞北風(fēng)熱機(jī)組可再生能源供熱示范項(xiàng)目”、 “吉林省乾安縣200萬平米風(fēng)熱機(jī)組供暖項(xiàng)目”等已簽訂框架合作協(xié)議。

 

中國高碳產(chǎn)業(yè)面臨轉(zhuǎn)型壓力

 

風(fēng)熱技術(shù)如何助力？

 

2026年1月1日起，歐盟將正式開始征收碳關(guān)稅，并逐步取消免費(fèi)的碳排放配額。這一舉措將對中國高碳產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，迫使企業(yè)尋求低碳轉(zhuǎn)型。鐘曉暉指出：“碳關(guān)稅的實(shí)施將直接傳導(dǎo)到中國企業(yè)，因?yàn)橹袊闹圃飚a(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)黔h(huán)環(huán)相扣的，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放都會影響到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。”

 

這也意味著碳排放指標(biāo)將成為“硬通貨”。鐘曉暉解釋說，“碳排放指標(biāo)將成為企業(yè)維持運(yùn)營和發(fā)展的重要條件之一。由于中國的制造業(yè)鏈條緊密相連，碳排放指標(biāo)的限制將直接影響到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的成本結(jié)構(gòu)和市場競爭力。尤其出口型企業(yè)，如果其供應(yīng)鏈中的某個(gè)環(huán)節(jié)使用高碳能源，將不得不支付額外的碳稅，從而影響產(chǎn)品的國際競爭力。”

 

“碳排放指標(biāo)將成為企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵約束條件，如果真的要交碳稅，大型能源企業(yè)如果繼續(xù)維持現(xiàn)有的高碳生產(chǎn)模式，其利潤可能會大幅下降，甚至可能變?yōu)榱憷麧櫰髽I(yè)。”鐘曉暉說。

 

隨著2026年碳關(guān)稅的正式實(shí)施，地方政府和企業(yè)對碳減排技術(shù)的需求將變得更加迫切，尤其是那些面臨碳排放限額壓力的地區(qū)。鐘曉暉表示，由于面臨碳排放限額的壓力，地方政府迫切需要通過引入風(fēng)熱等清潔能源項(xiàng)目來解決當(dāng)?shù)氐墓釂栴}，同時(shí)保留新增的碳指標(biāo)以吸引更多的低污染、低能耗產(chǎn)業(yè)入駐。

 

鐘曉暉也透露，“風(fēng)熱技術(shù)不僅可以解決供熱問題，同時(shí)保留新增的碳指標(biāo)可以吸引更多的低污染、低能耗產(chǎn)業(yè)入駐。通過引入風(fēng)熱項(xiàng)目，不僅解決了當(dāng)?shù)氐墓釂栴}，還保留了新增的碳指標(biāo)，為地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。”