據(jù)目前數(shù)據(jù)預測，完成“十四五”碳排放強度目標，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。但在實踐中為何出現(xiàn)“減碳難”？對當前供暖領(lǐng)域高碳排放的問題，還有哪些新的解決方案？

 

日前，中國科學院工程熱物理研究所風電中心研究員鐘曉暉在接受南都記者專訪時談到，中科院工程熱物理研究所開發(fā)的風熱技術(shù)改變了當前用新能源“發(fā)電-供暖”的技術(shù)路線，直接將風能轉(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，風熱技術(shù)將在今年逐步落地，實現(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。

 

完成碳排放強度目標仍存挑戰(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)計局發(fā)布了《中華人民共和國2024年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，明確單位GDP能耗強度較上年下降3.8%。根據(jù)前四年數(shù)據(jù)，如2025年的能耗強度實現(xiàn)3%的下降目標，我國將毫無懸念地完成“十四五”能耗強度下降13.5%的目標。

 

但從碳排放強度下降目標來看，根據(jù)前四年的數(shù)據(jù)計算，我國碳排放強度下降了約8.6%，而我國制定的碳排放下降目標是18%，根據(jù)目前數(shù)據(jù)預測，完成“十四五”碳排放強度目標，仍存在一定的挑戰(zhàn)。

 

為何在我國大力發(fā)展新能源（如風電、光伏）的背景下，碳排放仍難以降低？鐘曉暉介紹，這與當前新能源發(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。”鐘曉暉指出當前能源轉(zhuǎn)型中存在一個悖論：為了增加新能源發(fā)電的裝機容量，的主要能源，不得不配套建設一定量的煤炭發(fā)電作應急調(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率依然分別高達 6.8%、5.8%和5%，青海省、西藏自治區(qū)棄光率依然高達 8.6%和22%。

 

而在另一個方面，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，因為涉及民生供暖和工業(yè)用熱，不能簡單關(guān)停。”，鐘曉暉介紹，而當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%。

 

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

 

“風熱機組”技術(shù)

 

實現(xiàn)高效清潔供熱，破解碳排放和經(jīng)濟性難題

 

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)變并未實現(xiàn)真正的零碳排放。”

 

“直接使用新能源進行供熱是更為有效的選擇。”鐘曉暉說。

 

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

 

風熱技術(shù)（利用風能直接制熱）這一創(chuàng)新解決方案不經(jīng)過發(fā)電環(huán)節(jié)，直接將風能轉(zhuǎn)化為熱能，降低系統(tǒng)造價，大幅提升風能利用效率。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，風熱技術(shù)是一種結(jié)合了風能和熱泵技術(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單位的機械能可以產(chǎn)生3~5單位的熱量。當風能與熱泵結(jié)合時，由于減少了中間電能到機械能的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的能源利用效率還能進一步提升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，風熱技術(shù)供暖不僅更清潔，且其成本更低。

 

過去，煤炭價格低廉，供熱企業(yè)能夠從中獲利。然而，隨著市場變化，煤炭價格逐漸上漲，而供熱價格卻保持不變。這導致供熱企業(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)減少了供熱時間和質(zhì)量，導致居民家中供暖不足，舒適性較差。

 

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

 

“風熱供暖技術(shù)可以有效緩解這一場景，其運行成本更低。”鐘曉暉說。

 

風熱機組應用前景廣闊

 

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

 

根據(jù)風熱機組的性能特點和市場分析，風熱機組在城鎮(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)域應用前景廣闊。

 

南都記者了解到，當前，風熱機組已在河北省涿鹿黃帝城小鎮(zhèn)進行了工程示范應用，運行效果達到預期。據(jù)悉，2019年，完成了國際首套百千瓦級風熱機組樣機研制，風熱機組制熱工況下產(chǎn)生50~60℃的熱水，制熱COP可達3.5以上，可為黃帝城小鎮(zhèn)達華建國酒店4000m²建筑提供冷熱源，實現(xiàn)100%可再生能源供暖，開拓風能利用的新方向。

 

“由于百千瓦級風熱機組產(chǎn)業(yè)配套較少，設備造價高，因此我們研發(fā)了兆瓦級風熱機組，突破2.0MW風熱機組整機設計、智能控制、熱力循環(huán)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，完成2.0MW風熱機組樣機研制與示范。”鐘曉暉說。

 

風熱技術(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)項目，這些地區(qū)一個地級市采用燃煤鍋爐供熱的虧損甚至高達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，是一個適合風能熱泵機組的應用場景。

 

值得一提的是，目前風熱機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 風能熱電聯(lián)供機組新型風光儲綜合能源系統(tǒng)示范” 、張家口塞北管理區(qū)的“塞北風熱機組可再生能源供熱示范項目”、 “吉林省乾安縣200萬平米風熱機組供暖項目”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)稅的實施將直接傳導到中國企業(yè)，因為中國的制造產(chǎn)業(yè)鏈是環(huán)環(huán)相扣的，任何一個環(huán)節(jié)的碳排放都會影響到整個產(chǎn)業(yè)鏈。”

 

這也意味著碳排放指標將成為“硬通貨”。鐘曉暉解釋說，“碳排放指標將成為企業(yè)維持運營和發(fā)展的重要條件之一。由于中國的制造業(yè)鏈條緊密相連，碳排放指標的限制將直接影響到整個產(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)，如果其供應鏈中的某個環(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熱等清潔能源項目來解決當?shù)氐墓釂栴}，同時保留新增的碳指標以吸引更多的低污染、低能耗產(chǎn)業(yè)入駐。

 

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