林曉晟，于鳳洋，王 玉，劉 穎，孫大光

(吉林省環(huán)境科學(xué)研究院，吉林 長春 130012)

1 引言

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上鄭重宣布：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。2021年3月15日，習(xí)近平總書記主持召開中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議，研究促進(jìn)平臺經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展問題和實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的基本思路和主要舉措，并將其納入我國生態(tài)文明建設(shè)整體布局[1]。學(xué)者認(rèn)為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的可能性應(yīng)從我國電力、建筑、交通等主要耗煤產(chǎn)業(yè)、行業(yè)為出發(fā)點(diǎn)，我國建筑能耗約占社會(huì)總能耗的28%，其中嚴(yán)寒地區(qū)城鎮(zhèn)供暖能耗占建筑總能耗的24.1%左右。在嚴(yán)寒地區(qū)城鎮(zhèn)供暖能耗中，住宅供暖能耗所占比例最大[2]。所以，對于北方寒冷地區(qū)來講，還應(yīng)將集中供暖行業(yè)的碳達(dá)峰作為具有地區(qū)特色的重點(diǎn)內(nèi)容開展研究。

2 集中供暖行業(yè)供暖鍋爐多年變化研究

集中供暖行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)來自于吉林省2011～2020年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)可知，“十二五”期間，吉林省集中供暖行業(yè)主要由35t/h以上鍋爐組成，且呈逐年遞增的趨勢，35 t/h以下的鍋爐則呈先增后降的趨勢，這說明在“十二五”期間，吉林省對集中供暖行業(yè)燃煤鍋爐進(jìn)行了調(diào)整，增加大型供暖鍋爐取替小鍋爐，另外，大型鍋爐數(shù)量的上漲也說明在“十二五”期間，吉林省的集中供熱需求逐漸增加(圖1)。

“十三五”期間，吉林省集中供暖行業(yè)燃煤鍋爐總量呈上升趨勢，說明對集中供暖的需求依然逐年遞增，20t/h以上的燃煤鍋爐為主要鍋爐利用類型，20 t/h以下鍋爐呈先降低后增加的趨勢，由此可見，根據(jù)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求和環(huán)境保護(hù)要求，吉林省逐步調(diào)整燃煤鍋爐類型，整合小型燃煤鍋爐，增加大型鍋爐，加大集中供暖范圍(圖2)。

圖2 “十三五”期間集中供暖企業(yè)鍋爐數(shù)量變化

在2011～2020年，吉林省集中供暖行業(yè)燃煤鍋爐總數(shù)由2011年的802臺逐年增長，到2014年增長到1057臺，2011～2014年，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各種類型鍋爐均呈增長趨勢，此后逐年下降；2018年燃煤鍋爐總數(shù)減至804臺，2015～2018年間20 t/h以上的大型鍋爐逐年上升，而20t/h以下的小型鍋爐逐年降低，為降低集中供暖對空氣質(zhì)量的影響，原國家環(huán)保部于2016年修訂出臺《燃煤鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)》，但由于燃煤鍋爐新標(biāo)準(zhǔn)從 2016年7月份才全面實(shí)施，同時(shí)有些采暖鍋爐的治理設(shè)施無法達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是20 t/h以下采暖鍋爐的治理設(shè)施以水磨脫硫除塵一體化為主，污染物去除效率較低，難以保障集中供暖設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。一些10 t/h以下的采暖鍋爐未采取任何治理措施，污染物直接排入大氣中，從而增加了空氣污染壓力[4]。在這一政策背景下，為了降低環(huán)境污染，吉林省逐漸增加大型集中供暖企業(yè)，取替小型集中供暖；2019年燃煤鍋爐總數(shù)增加到1038臺，2020年調(diào)整20 t/h以上大型燃煤鍋爐，鍋爐總數(shù)下降直至972臺。

隨著近年能源轉(zhuǎn)型和行業(yè)調(diào)整，在2017年，吉林省將部分火電廠轉(zhuǎn)成熱電聯(lián)產(chǎn)模式，熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)鍋爐個(gè)數(shù)占比如圖3所示，從2017年的22%增加到2020年的30%。熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱具有能源綜合利用效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，是城市和工業(yè)園區(qū)集中供熱的主要供熱方式之一，但目前我國熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，一是大型抽凝供熱機(jī)組比例過大，其熱電比通常較小，難以全面參與深度調(diào)峰；二是當(dāng)前熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組普遍未能實(shí)現(xiàn)熱電解耦，或采用的熱電解耦技術(shù)能耗較高[3]，因此，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖在北方寒冷地區(qū)的供暖效果受到制約，不能進(jìn)行高效供暖，這就需要明確本地區(qū)供暖需求，調(diào)整熱電和燃煤供暖比例，以燃煤鍋爐承擔(dān)托底供保作用，熱電發(fā)揮靈活調(diào)節(jié)作用的模式，節(jié)能有效的開展供暖[5]。

圖3 熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖企業(yè)鍋爐數(shù)量占比變化

從近10年集中供暖行業(yè)燃煤鍋爐總數(shù)的變化趨勢來看，集中供暖行業(yè)作為具有北方城市特色的典型行業(yè)，隨著人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的整體需求，每年都對該行業(yè)進(jìn)行調(diào)控，既要保障冬季供暖需求，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求還要兼顧環(huán)境保護(hù)要求，集中供暖是北方地區(qū)長期發(fā)展的重點(diǎn)調(diào)控行業(yè)。

3 集中供暖行業(yè)煤炭消費(fèi)量多年變化研究

吉林省集中供暖行業(yè)煤炭消費(fèi)量在2011～2020年間呈逐年遞增趨勢，多年平均消費(fèi)量為1712.12萬t。在2011～2016年間全省年均煤炭消費(fèi)量為827.35萬t，2017～2020年間全省煤炭消費(fèi)量大幅增長，年均消費(fèi)量為3039.29萬t。說明集中供暖行業(yè)在2017年以來需求量大幅增加，并且沒有達(dá)到需求峰值(圖4)。

對全省各地市多年煤炭消費(fèi)量分析表明，“十二五”期間主要以長春市的煤炭消費(fèi)為主，其次為延邊州，其他各地市的煤炭消費(fèi)均在100萬t/a以下。

圖4 “十二五”期間各地市多年煤炭消費(fèi)量變化趨勢

“十三五”期間全省各地市煤炭消耗量均有增長，其中以吉林市增長最多，見圖5?！笆濉迸c“十二五”最后一年的同期增長比分別為：長春市(3.03%)、吉林市(15.9%)、四平市(5.46%)、遼源市(2.7%)、通化市(0.04%)、白山市(0.2%)、松原市(2.36%)、延邊州(1.6%)，白山市“十三五”期間的煤炭消費(fèi)量較“十二五”期間下降了0.48%。

圖5 “十三五”期間各地市多年煤炭消費(fèi)量變化趨勢

通過對2011～2020年全省煤炭消費(fèi)量的分析表明，吉林省煤炭消費(fèi)量并未達(dá)到峰值，各地市對煤炭的需求量依然處于不斷上升階段。

4 集中供暖行業(yè)碳排放量多年變化研究

4.1 計(jì)算方法

化石燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放量是能源活動(dòng)中最主要的部分，由于不同品種的化石燃料具有不同的碳含量，不同燃燒技術(shù)反映不同的碳排放系數(shù)，因此化石燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放量計(jì)算由能源消費(fèi)量和能源碳排放系數(shù)共同決定[6]。根據(jù) IPCC方法，基于分部門、分燃料品種、分技術(shù)水平的能源消費(fèi)量數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)的碳排放系數(shù)，得到不同部門、不同燃料品種、不同技術(shù)水平下的能源燃燒碳排放量，然后通過逐層累加得到能源燃燒產(chǎn)生的碳排放量。基于權(quán)威性和普適性，這里碳排放系數(shù)取自IPCC報(bào)告?；剂先紵a(chǎn)生的碳排放量計(jì)算公式如下：

(1)

式(1)中：C為能源燃燒產(chǎn)生碳排放總量，t；E為能源消費(fèi)量，分部門分品種的能源消費(fèi)量數(shù)據(jù)采用IPCC報(bào)告中的折標(biāo)煤系數(shù)折算成標(biāo)準(zhǔn)煤表示，t標(biāo)煤；NCV為能源低位發(fā)熱量，億J/t；CEC為碳排放系數(shù)，t碳/萬億J；COF為碳氧化因子，本文采用《IPCC2006指南》中推薦的默認(rèn)值100%；s表示部門；v表示能源種類。式(1)中NCV、CEC、COF一起決定著不同部門不同品種不同技術(shù)水平影響下的碳排放因子。

4.2 碳排放量分析

通過對全省集中供暖行業(yè)碳排放量的計(jì)算結(jié)果分析表明，碳排放量呈增長趨勢，2011～2016年的排放量趨于平穩(wěn)，均在2000萬t/a以下，在2017年開始大幅上升，到“十三五”末期，全省集中供暖行業(yè)的碳排放量上升到7290.5萬t/a。由此可見，集中供暖是近幾年甚至未來多年的主要供暖方式，行業(yè)碳排放量并未達(dá)到峰值(圖6)。

對全省各地市多年碳排放量計(jì)算結(jié)果(圖7)表明，集中供暖行業(yè)的碳排放量以長春市和吉林市為主，這兩地的碳排放量均于2017年開始大幅增加，吉林省在2017年加大集中供暖面積，長春和吉林是吉林省兩個(gè)主要的聚集型城市，因此兩地受到相關(guān)政策影響較大，而同樣在2017年后碳排放量大幅增加的還有延邊州和遼源市，這兩地也是人口聚集且持續(xù)增長的城市。

圖6 集中供暖行業(yè)多年碳排放量

圖7 各地市集中供暖行業(yè)多年碳排放量

從圖7中可以看到，四平和松原2個(gè)城市的碳排放量在2019年才呈增加趨勢，說明隨著城市化的發(fā)展，這2個(gè)城市的人口數(shù)量逐年增加，導(dǎo)致集中供暖需求增加。圖7中白山市、梅河口市和長白山管委會(huì)3個(gè)城市的碳排放量增長較平緩，并沒有體現(xiàn)出對集中供暖的大幅需求，說明城市人口和發(fā)展較為穩(wěn)定。通化、白城和公主嶺3個(gè)城市的碳排放量在2017年后呈降低趨勢，這表明上述3個(gè)城市對集中供暖的需求逐年降低，更多的是由集中供暖轉(zhuǎn)向燃煤散燒型供暖模式。

全省多年平均碳排放量(表1)分別為：長春市(834.2萬t/a)、吉林市(787萬t/a)、延邊州(414.4萬t/a)、遼源市(251萬t/a)、松原市(203萬t/a)、四平市(175萬t/a)、通化市(146萬t/a)、白山市(106萬t/a)、梅河口市(104.3萬t/a)、白城市(99萬t/a)、公主嶺市(20.9萬t/a)。

表1 各地市集中供暖行業(yè)多年平均碳排放量

5 結(jié)論

本文根據(jù)對吉林省2011～2020年環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)的整理，開展集中供暖行業(yè)鍋爐變化規(guī)律研究，分析行業(yè)煤炭消費(fèi)量，依據(jù)IPCC指南核算全省集中供暖行業(yè)多年碳排放量。研究得到結(jié)論如下：

(1)通過對各地市集中供暖鍋爐數(shù)量變化的分析可知，近年來吉林省一直在調(diào)整集中供暖鍋爐數(shù)量和類型，然而，根據(jù)2014年和2019年的鍋爐數(shù)量高峰值表明，全省鍋爐數(shù)量沒有達(dá)到穩(wěn)定峰值，仍需要根據(jù)人口和環(huán)境要求進(jìn)行調(diào)整，熱電聯(lián)產(chǎn)供暖企業(yè)并不是在所有地區(qū)都適用，且熱電聯(lián)產(chǎn)供暖鍋爐數(shù)量占比不高。

(2)在“十三五”期間，全省煤炭消費(fèi)量呈大幅增加趨勢，集中供暖行業(yè)對煤炭的需求量并未達(dá)到飽和，并且隨著城市化的發(fā)展，以及對小型鍋爐的調(diào)整等政策，未來一段時(shí)間全省集中供暖行業(yè)對煤炭的需求量將越來越大。

(3)全省碳排放量的計(jì)算結(jié)果分析表明全省集中供暖行業(yè)的碳排放量逐年增加，并未達(dá)到峰值。行業(yè)碳排放量主要集中在中部和東部地區(qū)的長春市、吉林市、延邊州和遼源市4個(gè)人口聚集型城市。