北京市市政工程設計研究總院有限公司水資源與環境院副院長戴明華帶來《再生水源熱泵耦合大型熱電聯產熱網分布式清潔供能實踐報告》。
以下為現場速記:
戴明華:謝謝許總的介紹,很高興收到組委會邀請,來分布式能源論壇做交流。上午多位專家的報告我認真學習過,剛才幾位也分享了空氣源熱泵相關內容。下面重點分享再生水源熱泵耦合清潔分布式能源的工程實踐。我的分享分為五個板塊,分別是政策導向、主要實施策略、落地案例、思考與展望。
首先從政策導向來看,今年是十五五開局之年,十五五相關文件中多次提及分布式能源,新型基礎設施、碳達峰碳中和相關工作均對能源轉型提出對應要求。2025 年 11 月發布碳達峰碳中和中國行動白皮書,搭建一加 N 政策體系,明確各行業碳達峰行動方案。近年非化石能源消費占比逐年提升,化石能源消費占比持續下降。主要溫室氣體排放集中在能源、工業、建筑、交通、農業五大領域,占總排放量 90% 以上。
國家層面出臺多項配套政策,2020 年發布可再生能源發展指導意見,針對水、生物質能源提出發展要求;2025 年 2 月出臺綠色轉型相關規劃建議;2025 年 4 月印發推動熱泵行業高質量發展方案,鼓勵利用城市污水、工業再生水等低品位熱源替代燃煤熱源,推進水源熱泵規模化落地。
此前滕總也介紹過北京本地配套政策,本地熱力行業年二氧化碳排放 4.1 億噸。早期供熱以燃煤為主,2000 年后逐步推進煤改氣、煤改電改造;2017 年后大規模推廣清潔能源;2020 年至今多元低碳分布式能源搭配智慧調控模式全面落地。原有化石能源供熱占比超 80%,按照政策規劃,預估 2035 年本地可再生能源供熱占比提升至 25% 以上。
下面介紹各類水體熱源與市政管線配套現狀。城市市政管網包含供水、排水、再生水、熱力、燃氣管線,排水管網鋪設范圍最廣,蘊藏余熱資源開發潛力大。四類水體熱源對比:再生水水質穩定、全年水量均衡,是最優熱泵熱源;市政污水水量充足,但雜質較多,運行易產生水垢;自然河湖水體水量可觀,但水溫季節波動大,取水審批流程繁瑣;自來水管控嚴格,僅允許小型零星項目使用,優先保障居民日常供水。
管網規模統計:全國供水管網總長 120 萬公里,排水管網約 100 萬公里,再生水管網僅 2 萬公里;北京本地再生水管網總長 1000 公里,日產再生水 1 億立方米,華北采暖區域管網配套完善,余熱利用價值突出。
再生水資源利用分為三個發展階段:2000 年前以基礎探索為主,多用于農田灌溉,行業統一標準缺失;2000 至 2020 年定位為城市第二水源,配套規范逐步完善;2020 年至今側重設備友好精細化利用,細分不同場景熱源使用標準。
再生水常規用途包含河湖生態補水、工業冷卻、城市雜用、農田回灌、地下水補給,同時可作為熱泵低溫熱源。再生水水質指標優于常規供暖回水標準,對換熱設備腐蝕、磨損風險低。
再生水供熱適用距離劃分:黃金開發半徑 1 公里內,冷熱輸送損耗極低;經濟適用半徑 1 至 5 公里;極限適配半徑 5 至 8 公里;管線長度超過 16 公里屬于超長輸送線路,需要加厚管道保溫層、加大埋深,或采用多點分布式取水模式,青島、鄭州鄭東新區項目為典型超長管線案例。
經濟性測算標準:每立方米再生水可提取 20 兆焦熱量,10 萬噸日處理污水廠冬季進水 5℃、夏季 7℃,可滿足 6 至 8 萬平方米建筑供暖需求,項目年可削減二氧化碳 4.8 萬噸,單位碳排放強度 1.33kg/㎡,可實現污水廠自身碳中和。
再生水源熱泵與大型市政熱網存在三種耦合模式:第一種串聯耦合,熱泵產出熱量直接并入市政一次熱網,適配大型城市污水廠、中心熱電項目;第二種獨立分布式能源站,配套冷熱雙供管網,服務污水廠周邊小區、產業園區;第三種梯級分段取熱,分層次提取水中余熱,匹配不同溫度負荷,減少能源輸送損耗。
規模化落地四大實施策略:第一,規劃引領,摸排城市污水廠、熱力管網分布,繪制熱源與負荷匹配分布圖;第二,同步編制再生水余熱專項規劃,搭建取水干線、換熱站三級配套體系,依托城市更新加密再生水管網,預留熱泵取水接口,統一多專業協同施工標準;第三,因地制宜分類落地項目,熱源富集區域就地轉化清潔能源,管網完善區域遠距離輸送補充市政熱源,零碳園區配套大型再生水能源站;第四,持續開展技術創新,研發耐高溫、防腐熱泵機組與換熱設備,搭配 AI 大數據智能調控系統,適配各類極端氣候穩定運行。
落地工程案例一:北京高碑店污水廠配套華能東部熱電中心 污水廠日處理規模 100 萬噸,與熱電中心僅一路之隔,每日引水 10 萬噸配套 30 兆瓦水源熱泵機組,串聯接入熱電一次回水系統;冬季再生進水溫度 13 至 18℃,供回水溫差 7℃,小時供熱量 117 吉焦。項目 2025 年底建成投產,運行參數符合設計標準。項目年節約天然氣 1000 萬立方米,年削減二氧化碳排放 2.3 萬噸,為國內首個再生水熱泵耦合大型城市熱電聯產標桿項目,新華社做過專題報道。北京現有 730 萬噸日處理再生水資源,全部開發后可滿足中心城區 5000 至 6000 萬平方米供暖需求,覆蓋全市一成供熱面積。
落地工程案例二:高校獨立再生水分布式能源站 高校原有 20 年老舊蒸汽燃氣鍋爐,同步開展城市更新改造,校區南側配套再生水主干管線,就近取水搭建獨立冷熱能源站,僅提取水中熱量,換熱后再生水回流原有管網。冬夏季水源穩定維持 7 至 8℃,小時供能 24 吉焦,項目測算投資回收期 8.5 年,年減排二氧化碳五百余噸。
最后做總結與行業建議。當前雙碳轉型進入落地實施關鍵周期,市政再生水管網覆蓋范圍廣,是低成本開發城市低品位廢熱、搭建分布式清潔供熱體系的核心載體。通過統一規劃、標準化工程方案打造可復制項目模式,把再生水余熱利用納入城市綠色基礎設施體系,精準匹配熱源與用熱負荷,實現能源市場化協同運營。現階段行業短板集中在再生水供熱定價、碳減排收益分配、跨區域能源共享機制不完善,后續需要相關部門完善市場化交易規則,吸引社會資本參與;同步推進高溫熱泵、防腐換熱設備、智能調控系統技術迭代,依靠技術升級推動城市供熱全面低碳轉型。以上分享存在不足,歡迎各位專家指正,謝謝。
責任編輯: 張磊