基于碳足跡分析的典型供暖方式研究

文 // 王恒康 葛曉華 袁進(jìn) 山西省生態(tài)環(huán)境研究中心

基于碳足跡分析的典型供暖方式研究

文 // 王恒康 葛曉華 袁進(jìn) 山西省生態(tài)環(huán)境研究中心

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑能耗占全社會(huì)總能耗的27%左右，其中建筑物供暖的能耗占整個(gè)建筑能耗的60%左右。我國(guó)目前仍以燃煤供暖為主要供暖方式，煤炭燃燒過(guò)程中必然產(chǎn)生大量的二氧化碳和其它有害物質(zhì)。隨著人民生活水平的提高，對(duì)供暖方式的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能等提出了更高要求，因此熱泵技術(shù)、燃?xì)獗趻鞝t等一些新型供暖方式不斷涌現(xiàn)。

目前，有關(guān)供暖方式能耗的研究比較多，但對(duì)典型供暖方式進(jìn)行碳排放分析的研究還比較少。本文擬對(duì)典型供暖方式的碳足跡進(jìn)行研究，并在碳足跡分析的基礎(chǔ)上對(duì)供暖方式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而對(duì)主要碳減排措施的減排潛力進(jìn)行分析。

1 供暖方式介紹

目前，供暖方式呈現(xiàn)以集中供暖為主，其它供暖方式并存的局面。本文選擇了包括熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖、大型燃煤鍋爐集中供暖、壁掛燃?xì)鉅t供暖、熱泵技術(shù)、低溫輻射電熱膜供暖等12種供暖方式，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)及工程實(shí)例對(duì)其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍進(jìn)行了整理歸納（見(jiàn)表1）。

表1 典型供暖方式及其特點(diǎn)

2 研究邊界及方法

2.1 研究邊界

由于目前電熱膜等二次能源供暖與煤、天然氣等一次能源供暖方式并存，為了客觀評(píng)價(jià)各種供暖方式的碳排放，本研究將所有供暖方式的能耗追溯到一次能源，分析能量從產(chǎn)生、輸送到用戶端的消耗情況，從能源消耗導(dǎo)致碳排放的角度分析各種供暖技術(shù)各環(huán)節(jié)的碳排放。隨著能源管理體制的改革，能量產(chǎn)生端、輸送端、用戶端的低碳發(fā)展將由不同的主體完成，從生產(chǎn)端、輸送過(guò)程、用戶端來(lái)分析供暖方式碳排放更有意義。

2.2 研究方法

2.2.1 碳排放核算方法

本文以太原市某集中住宅為研究對(duì)象，按所有供暖方式都滿足32W/m2，從用戶端、輸送過(guò)程、產(chǎn)生端的能源利用效率，推算各種供暖方式單位面積(萬(wàn)平方米)每小時(shí)的能量產(chǎn)生端所需能量，折算成煤油氣等一次能源消耗量，計(jì)算出各種一次能源燃燒時(shí)的碳排放量，然后按熱量在生產(chǎn)、輸送、用戶三個(gè)環(huán)節(jié)的損耗或消耗量，算出各環(huán)節(jié)碳排放量。產(chǎn)生端能源利用效率、輸送中能量損失比例、用戶端能源利用效率是影響研究的關(guān)鍵參數(shù)（表2）。

2.2.2 碳排放評(píng)價(jià)方法

通過(guò)調(diào)研并結(jié)合市場(chǎng)實(shí)際情況，建立包括單位面積碳排放量、單位面積初始投資、單位面積耗能成本、技術(shù)推廣程度、技術(shù)發(fā)展?jié)摿Α⒓夹g(shù)適用性六項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，并對(duì)12種供暖方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。單位面積碳排放量和單位面積能耗成本通過(guò)計(jì)算得到，單位面積初始投資通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)及專家咨詢得到，技術(shù)推廣度、技術(shù)發(fā)展?jié)摿?、技術(shù)適用性分1～5個(gè)等級(jí)，通過(guò)供暖公司專家評(píng)估得到。為了將單位面積的碳排放量、單位面積初始投資、單位面積耗能成本指標(biāo)與其它指標(biāo)具有可比性，將單位面積碳排放量等3項(xiàng)指標(biāo)按最優(yōu)值為5進(jìn)行折算。

圖1

圖2

表2 碳排放分析關(guān)鍵參數(shù)

圖3

圖4

在專家咨詢及文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行分配。單位面積碳排放量、單位面積初始投資、單位面積能耗成本、技術(shù)發(fā)展?jié)摿Φ臋?quán)重為0.2，技術(shù)推廣程度、技術(shù)適用性兩項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重為0.1。各指標(biāo)得分與各自權(quán)重的積相加得到綜合得分，作為技術(shù)評(píng)價(jià)的依據(jù)。

3 研究結(jié)果分析

圖5

3.1 典型供暖方式碳排放分析

3.1.1 碳排放總量分析

從圖1可以看出，燃煤供暖的碳排放量比其他供暖方式高，其中小型燃煤鍋爐的碳排放量最高，達(dá)到160kg/萬(wàn)m2·h。大型燃煤鍋爐供暖、電熱膜供暖、空調(diào)供暖排放量稍小于小型燃煤鍋爐。燃油、燃?xì)?、燃?xì)夥植际侥茉?、壁掛式燃?xì)鉅t等供暖方式排放量處于中等水平。熱泵碳排放水平偏低，其中最低的地下水源熱泵技術(shù)碳排放僅為小型燃煤鍋爐的22%。

3.1.2 不同環(huán)節(jié)碳排放分析

從圖2和圖3可以看出，能量生產(chǎn)端碳排放占比對(duì)比：小型燃煤鍋爐的碳排放占比最高，達(dá)到45%；大型燃煤鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)、空調(diào)供暖、低溫電熱膜供暖、熱泵技術(shù)等以煤作為一次能源的供暖方式碳排放占比基本相當(dāng)，在30%左右；燃?xì)?、燃油等供暖方式碳排放占比相?duì)較低。能量生產(chǎn)端碳排放量對(duì)比：小型燃煤鍋爐供暖碳排放量最高，達(dá)到91kg/萬(wàn)m2·h，大型燃煤鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)、電熱膜、空調(diào)供暖等方式碳排放量在50kg/萬(wàn)m2·h左右。燃?xì)獾墓┡绞教寂欧畔鄬?duì)較低?？梢?jiàn)一次能源的種類是影響能量生產(chǎn)端碳排放量及其占比的關(guān)鍵因素。

從圖2和圖4可以看出，能量輸送過(guò)程碳排放占比對(duì)比：燃?xì)忮仩t和小型燃煤鍋爐較低，大型燃煤鍋爐和熱電聯(lián)產(chǎn)最高，其它供暖方式相當(dāng)。能量輸送過(guò)程碳排放量對(duì)比：大型燃煤鍋爐和熱電聯(lián)產(chǎn)由于供熱面積大，管網(wǎng)長(zhǎng)，熱損失大，碳排放水平較高；熱泵技術(shù)和壁掛式燃?xì)鉅t在能量輸送過(guò)程中碳排放量較低，其它7種供暖方式碳排放量相當(dāng)。

表3 各種供暖方式評(píng)價(jià)指標(biāo)

從圖2和圖5可以看出，用戶端碳排放占比對(duì)比：壁掛式燃?xì)鉅t能源轉(zhuǎn)換等過(guò)程均在用戶端完成，所以占比100%。整體可以看出壁掛式燃?xì)鉅t、燃?xì)夥植际侥茉?、燃?xì)忮仩t占比較高，燃油鍋爐占比其次，燃煤鍋爐、電熱膜、熱泵等以煤為一次能源的供暖方式占比相對(duì)較低。一次能源種類是影響用戶端占比的關(guān)鍵因素。用戶端碳排放量對(duì)比：燃?xì)夂腿加凸┡绞脚欧帕吭?0～85kg/萬(wàn)m2·h，熱泵技術(shù)在30～40kg/萬(wàn)m2·h，其他供暖方式排放量在100kg/萬(wàn)m2·h以上。

因此，影響能量生產(chǎn)端和用戶端碳排放占比的關(guān)鍵因素是一次能源種類，影響輸送過(guò)程碳排放占比的關(guān)鍵因素是供暖方式能量輸送的距離。三個(gè)環(huán)節(jié)碳排放量受綜合因素影響，整體上受一次能源種類影響較大。

3.2 典型供暖方式評(píng)價(jià)

3.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

從表3中可以看出，小型燃煤鍋爐單位面積碳排放量最高，達(dá)160kg/萬(wàn)m2·h，地下水源熱泵最低。熱泵的單位面積初始投資較其它方式高，分戶供暖方式較集中供暖初始投資高。電供暖方式的運(yùn)行成本最高，熱泵和燃煤供暖方式能耗成本較低。

3.2.2 典型供暖方式評(píng)價(jià)結(jié)果

從表4中可以得出，熱電聯(lián)產(chǎn)與大型燃煤鍋爐雖然碳排放較多，但是由于能耗成本低、技術(shù)應(yīng)用較廣，適應(yīng)性強(qiáng)等因素，綜合得分較高。熱電聯(lián)產(chǎn)與大型燃煤鍋爐綜合得分比較接近，從碳排放、能耗成本等方面比較熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)占優(yōu)勢(shì)；從技術(shù)推廣程度等角度，熱電聯(lián)產(chǎn)稍處劣勢(shì)。大型燃煤鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)、地下水源熱泵、低溫空氣源熱泵、土壤源熱泵、分布式燃?xì)饽茉刺幱?2種供暖技術(shù)上游。熱泵由于碳排放低、能耗成本低、發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)勢(shì)，綜合得分均較高。

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)12種典型的供暖方式進(jìn)行碳排放分析表明，以煤為一次能源的供暖方式碳排放量要比燃?xì)馊加偷奶寂欧帕扛?，總排放量比較：燃煤供暖＞燃油、燃?xì)夤┡緹岜眉夹g(shù)。一次能源種類是影響各供暖方式能量生產(chǎn)端和用戶端碳排放占比的關(guān)鍵因素，輸送距離是影響輸送過(guò)程碳排放占比的主要因素。

在碳足跡分析的基礎(chǔ)上，對(duì)供暖方式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：大型燃煤鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)、地下水源熱泵、低溫空氣源熱泵、土壤源熱泵、分布式燃?xì)饽茉淳C合排名分別為前六名，是優(yōu)先選擇的技術(shù)。