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马一太:中国能源环境形势和热泵技术的作用
作者:佚名 时间:2014-12-02 08:34 已阅:306 次
 天津大学热能研究所所长马一太主讲的《中国能源环境的形势和热泵技术的作用》详文:
 
  各位来宾,各位同行,大家早上好!今天很高兴能有这个机会跟大家共同讨论一下热泵技术和能源环境形势的关系。
 当今中国面临的形势,我们有不断加大的供暖需求,城市化和南方也有采暖的需求。雾霾天气说明空气污染已经很严重了,今天北京是中度污染,污染指数到500多的时候,开车都不行。现在国家很重视,我们从2014年就采取行动,要淘汰10吨到35吨的燃煤锅炉,城市采暖进行“煤改燃”,所以,各级政府现在都在千方百计的抓污染治理,每年都有指标,比当年计划生育的指标更加严厉。官员们都说:“不成,我提着脑袋来见你。”这都是在河北省出现的情况。
 
  现在我们主体的燃料仍然是煤炭,2014年中国的煤炭大概超过37.6亿吨,约占全世界所有的化石燃料的1/3。在电力结构,我们国家煤炭约占72%,水电站22%,但是实际的发电量,那个72%是容量,如果按照发电的度数来算,可能80%来自于煤。这是我们的一个国情。
 
  1949年中国发电容量在85万千瓦,一年一年的变化,一直到1987年,改革开放10来年了,我们的发电容量是一亿千瓦。但是,到2000年,发电容量是三亿千瓦,到2013年发电是12.5亿千瓦,我们发电量是世界第一了。这是我们每年的能耗,我们有比较具体的数字。邓小平提出,要在本世纪末基本实现四个现代化,国民经济翻两番。国民经济翻两番,要预测我们经济的动力,能源应该翻多少,农科院,包括天津大学都做了预测,预测结果到2000年,我们的能源翻一番,也就是1980年6亿吨标准煤,到2010年大概10亿吨标准煤,实际数据2000年是13亿吨,基本符合原来的预测。到2000年我们国家又提出来,到2020年我们国家的经济再翻两番,实现小康社会。这时候再翻两翻,预测又来了,还是那些预测单位,预测的结果很不一致,有的说能源要翻一番,有的说能源要翻两番,甚至三番。实际的结果,现在已经是2014年了,而早在2006年就是26亿吨标准煤了,只不过过了六年就翻了一翻。现在情况,从2010年我们过了30亿吨,2013年就37亿吨,可见未来是远远超过这个数字的。
 
  2009年能源消耗超过美国,2015年限定在40亿吨,所以压力还是很大的。我们近期的规划,到2020年可再生能源要增长到16%,这个数据是很有吸引力的。到2020年单位生产总值的二氧化碳排放值比2005年下降40%到45%,可能会达到,因为它指单位GDP,我们GDP不断在增加,分母在增加,分子在适当的控制,这个还是能达到的。最近北京APEC会,这次取得重大成果,美国和中国同时表态,美国到2025年把二氧化碳排放量要下降多少,这个是奥巴马也拍了胸脯了。我们国家正式宣布到2030年将达到碳排放的峰值,基本也是2030年是各种煤、石油消耗量的峰值,而且对可再生能源提高了到20%。所以,现在来看还是很有希望,但是也很有难度。因为我们本来就是以燃煤为主的国家。所以,现在还是要提高煤炭的利用率,降低污染排放,这也是中国现在正在大力开展的叫“绿色煤电”的这么一个战略方案。北京的雾霾,这都是网上的照片,严重的时候看不见附近的建筑物。
 
  为什么叫霾?下面还会讲,霾是固体颗粒物,和雾不同,雾是水蒸气,霾会形成水蒸气的凝结核,有霾才有雾。尤其大家现在比较关心的PM2.5,一个基本的原理,这么小的颗粒物可以直接穿透肺部和血管进入体内,雾霾的天气一年比一年增加,这和我们工业污染,和汽车尾气、燃煤等等不断的增加是有线性关系的。霾源,大家一开始还是众说纷纭,现在逐步有了统一,因为做了实验,用人工方法产生各种污染源在里面做实验,这样来测量和分析。其中燃烧煤炭用各种工业锅炉,占比量还是比较高,别的因为我们专业有限,比如汽车尾气也是一个很重要的治理方向,但是不属于我们所关心的内容。
 
  减霾的措施,压缩高耗能产业,减少燃煤,现在很多钢铁厂、水泥厂,一些产能过剩的高耗能企业都关停了,改善油品结构,主要是汽车。减少扬尘,这也很重要,我们的施工比较粗放。把锅炉采暖热水改为热泵供暖供热水,这个就是我们今天的重点,用热泵技术代替直接燃烧。锅炉面大,分散面积多,对PM2.5不能完全根治。比如山西等地区正在把小锅炉变成大锅炉,但是我们要从根本上减少污染源的排放。
 
  刚才讲到“霾”,这个“霾”过去在小学里基本不学,人们不太了解,但是“霾”在中国的甲骨文里就有了。那时候就认为,在大风刮起来的时候,昏天黑地就是“霾”,所以“霾”是有一只狐狸在高声的叫,古代人认为黄风刮起来的声音像狐狸叫。在李白和杜甫的诗里欧有这个“霾”字,把一些颗粒物等认为是“霾”,而不是雾。现在我们实际上对“霾”的认识,是跟PM2.5一块出来的。PM2.5还是美国的驻华大使骆家辉在美国大使馆门口搞了一个仪表,显示北京的PM2.5是多少多少,这时候遭到了我们国家外交部,甚至一些专业人士的批判。说你这是干涉中国内政,我们中国只测PM10,不测PM2.5,PM2.5是美国的标准,你拿到中国来,是干涉中国内政。骆家辉回答,我是为了告诉在中国出差的美国人,驻外使节要把PM2.5超标作为一个争取更多的出差补助。所以,他这么一回答,中国人也就不跟他对着干了。以后我们国家就开始制定PM2.5的标准,实际上这是国际通用的,任何人长期在PM2.5超标的状态下生存,健康都会受到损害,不止美国人,还有中国人。实际上现在我们的情况很严重,很多报告都说各种污染造成人的非正常死亡,本来应该健康的生活。这关系到我们每个人的切身利益。
 
  接下来说说热泵,热泵可以说是轰轰烈烈的行业,是一个朝阳产业。比如汽车再发展,已经没有前景了。我比较看好电动汽车,刚才有一个专家讲,芬尼克兹那个老板,买了20辆电动车,买了全国很多电动车的充电桩,十年以后,我相信可能百之几十的私家车都变成电动,这是一个趋势。
 
  说说热泵,能源站现在是一个新的提法。现在在北方,北京就是大力建设热泵式的能源站,北方的能源价格,我们可以比较一下,中国是用电,还是用天然气实现了供热,结果最后如何。在北方甚至可以说把燃煤锅炉变成燃气锅炉,也有热泵,热泵的热源有地源、地下水源或者空气源,生产的热量,冷量,热水供给居民生活使用。过去叫做三分供,就是给锅炉供热,空调制冷设备再供冷。三分供如果简单的算每一个都需要一个原始能源,就是煤矿出来的煤,互相没有太多的关系,它这个用量肯定相对来说要浪费的。三联供,就是通过长距离的电热能输送,既可以空调,也可以供热,还可以供生活热水。国家对电场的排放限制的非常严格,它不仅可以处理大大的颗粒物,现在也在进行PM2.5的清除,对二氧化硫、氮氧化物也要拖过来。所以,电场的排放应该达到1.5的排放标准。
 
  热泵的节能原理,很多人都是非常了解。我们知道它的COP,现在还有一个,如果都是从烧煤开始,它的初始能源、利用率如果COP要达到2.5以上,那就是比直接燃烧节能,按平均锅炉效率和电场效率来算。热泵现在我们可以提出来,热泵是可再生能源的采掘设备,比如2030年可再生能源要达到百分之多少,用太阳能,用地热,用风能,这也是直接的可再生能源。但是,如果要用热泵技术,可以拉动不能直接利用的空气的能量,地下土壤的能量,但是热泵是可再生能源的采掘机械。所以,在我们业内一直呼吁把空气源作为可再生能源,这是很有道理的。我希望今天我们能不能形成一个决议,为什么呢?我们国家的《可再生能源法》如果进行修订,或者搞一个补充文本,空气能、地下热还有余热等等都是可再生的,这个问题就迎刃而解了,就把可再生能源的范围扩大了,而且使各级政府能够完成可再生能源的比例也提高了,这是非常有意义的,我今天发言的重点在这儿。
 
  下面还是讲的能源站,国家在到处建能源站。比如在天津,有个文化广场,它是一百万平米的建筑物,其中大概有2/3是用地源热泵供热,供冷的。广东的东福宾馆(音译)原来是制冷和供热分着,老的离心机、螺杆机,现在采用空气源热泵。热泵的节能技术这方面,空气源、地源、水源、土壤源、太阳能热泵,还有燃气热泵等等,这个大家都很了解。
 
  还有一个比较关键的问题,最近我们国家正在进行制冷剂的整治,这在热泵技术是非常重要的,因为它属于热泵或者制冷机组循环的血液,压缩机是它的心脏。制冷剂由于臭氧层破坏和温室效应,现在受到了很多限制。比如说我们到2030年温室气体排放,不仅二氧化碳,也包括所用的制冷剂,美国也一样。所以,在习近平和奥巴马从2013年在奥巴马的庄园,然后又到北京,到了APEC上,还谈了一个重要的问题,也就是氢氟碳的削减问题,大量用的是R22,我们学术上叫做HCFC,R22已经被纳入蒙特利尔第19次议定书的削减规划,一直到2030年削减为2.5%。所以,刚开始大家感觉压力不大,我估计2015以后会削减百分之三四十,买不到了,价格高了,甚至不许你用了,只有旧的设备在维持。这是削减的时间表,蓝色是一年一年阶梯状的削减,实际上我们智能一年一年的递减,一年一年压力很大。
 
  R22有什么可用的,现在在商业阶段提出加R32,也是一种富氧,它的ODP等于零,现在欧盟已经规定DWP要小于120,那个峰值现在很少,二氧化碳、碳氢化合物都达得到,但是在民用中,由于氨有毒,所以二氧化碳热泵热水机在日本已经年产到上百万台了,从2000年就生产,到现在为止,我们国内几乎还没有,这个可以说是一个长期可以使用的过程。其中有一些技术问题,比如压力高,或者是一些二氧化碳大家比较熟悉,现在我们国家美的、海尔已经瞄准这个方面了,只不过它有一个商业化的过程。
 
  下面关于热泵环保的原理。就是它是用电,电能长距离输送,我们国家在世界上领先的一个技术叫做超高压书店,这样它的电能长距离输送损失很少。但是,如果输煤,从煤矿运到大城市,沿途的损失,本身烧着煤,再运着煤,损失有比较大,煤的价格不断地升高,跟运输费用增加很有关系。电能,大家知道在50年代,我小时候电多少钱一度?两毛三,1950年电力价格是两毛三一度,但是今天天津、北京电是五毛钱一度,大概还有地方六毛,有的八毛。不管怎么说,电是涨价最小的一种商品,其他都涨了十几倍,30倍都有可能。为什么?一个是它是大规模生产的结果,过去我们是185万千瓦。煤的价格不断地攀升,但是电的价格基本是稳定的。所以,用电做成热泵来说,它又能够提高好几倍的效率,这是非常合理的。有的人说,今后电会不会国家要涨呢?肯定要涨,但是不会大量的涨,如果电厂完了,其他地方都涨了,转了一圈,等于没涨。电价永远是廉价的,我们现在实现了初步的电气化,我们搞的是中国的社会主义。
 
  下面讲热泵的热源问题,可能刚才水源的已经过去了。这是空气源热泵。空气源热泵按照气候分布,这个相当于都是空气源,再往北,到陕北地区不太适合。虽然有的厂家研究,低温,零下20度,零下25度可以制热,可以供热,你可以研究这个。但是,你先把河北、山东,寒冷地区这些大部分解决好,这就是大的市场,然后再推,我们需要稳扎稳打。如果你遇到问题再退回来就不好干了,所以这还有很多的市场。这是实测的数据和理论数据,平均的质热系统COP要在3左右。北方地方很多时间用空气源的热泵没有问题,在比较冷的几天,再搞一些必要的补偿措施。这是空气源热泵,这是热水机,我不多说了。
 
  我提出一个新的观点,就是不要把热泵、热水机的温度定在55度,热泵可以定在55度,45度的作为生活用水的采暖完全可以,45度效率就比55度提了30%,我知道很多国家已经灵活处理了这个问题,但是没有标准,没有法律依据,我们要出台一个新的标准,这也是希望下一步大家共同努力。先从厂标、企业标定好,二氧化碳日本生产了十几年了,中国人说,日本人不向中国出口压缩机,不向中国出口技术,这是原因之一。我们的水质不行,这个问题我们可以会下交流,不占用大家时间。这就是简单的一些原理,地下水的,水源的,地下采水会破坏环境,水比热还重要,要保护好地下水的回灌。
 
  最后讲两个例子。一个是天津文化中心水源热泵,是政府工程。有一个生态湖,大概17万平米,这个生态湖就是一个景观,也不会像一些开发商又盖楼了,这是不可能的。所以,它下面打井埋管,一共打了3780个换热孔,样板工程,很保证质量,完成之后,大概有五六十万平米的采暖,因为地埋管,夏天的热可以储存到地下,到冬天取回来,而且使地下温度稍微下降,这可以说是可再生能源的一个范例。
 
  这是格力公司搞了直流的变频离心机,这个工程我是在石家庄的一个地方看到的。石家庄工业余热,它大量的化工厂在石家庄的一个化工区,它的余热集中起来了,这是石家庄政府治理环境很大的举措,它的余热可以供两千万平米的采暖,而且这个余热基本上就是只供热,不供冷。管道修到了几十公里长,水流量相当大,中间可以接出支管供小区,有两个小区已经基本运行了。COD6.38、6.56、7.01、5.7,这就是测试的结果。这个测试是通过一定的仪器仪表,也是上报给中国制冷协会作为一个正式的文本,这样的一个结果。它过去都是锅炉房,这一下子就把安全锅炉房去掉了。我想这些都是我们作为热泵这个行业大家应该感到自豪,它是一个朝阳企业,永远会发展下去,而且会越来越壮大,应用热泵的行业或者是范围会越来越广泛。这是设备运行的情况。
 
  最后就是一个简单的结论,基本今天讲的这些,可能很多大家都知道,但是我想我们还应该来呼吁,还应该让各地的政府和应用部门知道热泵的过程,而且市场还是非常广泛的。北方的空气源热泵、热水机有非常大的市场,希望各位企业家们来北方开发你的事业,谢谢大家!
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