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国家发展和改革委员会能源研究所 安 琪
近
年来我国持续推进北方地区清洁取暖工作。城镇地区以集中式供暖为主，燃煤比重高，城市燃气供暖发展迅速。农村地区以分户式取暖为主，采暖用
商品能源大多为散煤、型煤及薪柴、秸秆等非商品能源。各省逐步推进冬季清洁取暖工作中，仍存在技术路径不合理、管理协调不到位等问题。探索通过储热、储电等技术提升清洁取暖比例的方式，对实现预期清洁取暖目标有参考意义。
储能应用于清洁取暖的技术选择
相关规划提出，清洁取暖指为利用天然气、电、地热、生物质、太阳能、工业余热、清洁燃煤（超低排放）、核能等清洁化能源，通过高效用能系统实现低排放、低能耗的取暖方式，包含以降低污染物排放和能耗为目标的取暖全过程，涉及清洁热源、高效热网、节能热用户等环节，是一项包括热源选择、建筑能效提升以及热网高效运行在内的系统工程。在多样化的储能技术中，适用于清洁供暖的储能技术需具备一定条件，能够实现规模化的清洁能源储热或是热转换，成本可控且污染物排放低。
一是可再生能源弃风弃光搭载储电技术。我国风电、光伏发展迅速，新能源装机总量和发电量连续多年稳居全球首位，但新能源消纳能力不足问题仍存在，通过弃风、弃光进行清洁供暖有较大潜力。弃风、弃光具有随机性、波动性和反调峰特性，可将新能源电力或谷电以热能形式存储，满足用户用热需求。根据国家电网估算，2017年西北五省区（新疆、甘肃、陕西、青海、宁夏）总弃风弃光电量约303亿kWh，若采用这些弃风弃光电量制热供暖，可满足113亿m 2居民供暖，采暖收益可观。
二是规模化储热技术。我国热能存储发展空间巨大。国网数据显示，热/冷能能耗约占全社会能源消耗40%左右，其中建筑供暖和制冷能耗约为全社会能源消耗的20%，接近全国电力消费总
额。热能存储综合效益明显，应用范围广，可推动电能替代，缓解大气污染。储热技术可实现谷电和可再生能源电力替代化石能源进行居民供暖和工业用热，也可实现光热电站的可控出力。储热的具体原理
是将其他形式能量转换为热能，通过特定的蓄热介质在保温良好的条件下储存起来，并通过换热提取热量加以利用。根据蓄热介质的状态，储热技术可分为显热储热、相变储热、热化学储热、规模化储热等。显热储热储能密度低、体积大、温度输出波动大，但成本低、装置结构简单、技术成熟，已有镁砖、混凝土等固体储热的商业化产品。化学储热储能密度高、储能周期长，但稳定性差、具有一定危险性，尚处于实验室研究阶段。潜热储热（相变储热）储能密度高、体积小、温度输出平稳，但循环寿命有待提升，已进入商业化应用阶段。
供暖所需能源品位要求不高，可利用能源较为广泛。如工厂余热、空气能、地热能、谷电弃电等。带储热模块的供暖系统可以配合这些能源，将不稳定的能源输入转变为稳定连续的高质量能源输出。由于材料成本和配套设备的限制，目前储热市场仍然以显热储能为主，大型集中式储热装置与小型电暖器均已有商业化应用。相变储热由于储热密度大、温度输出平稳、装置紧凑且易于规模化等优势，成为目前的研究热点，大型集中式储热装置初步进入商业化应用阶段。
适应北方地区清洁取暖的储能技术还需要有跨季节特性。太阳能跨季节储热技术在太阳能资源丰富的季节储存能量，用于补充太阳能资源不足时期的供热需求，是太阳能中低温热能在建筑采暖方面应用的关键技术，目前相关设施已在瑞典、荷兰、德国、加拿大、美国等诸多国家运行。显热跨季节储热包括水箱储热、岩石类储热、埋管储热、地下含水层储热等类别。其中地下含水层储热为跨季节储热中较具经济能效比的选择。跨季节储热系统在国际上尚未普及，但已有部分案例。德国Friedrichshafen 地区太阳
能跨季节储热系统，热源
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来自楼顶太阳能集热器，使用水箱储存夏季和过渡季节的太阳能热量，用于冬季区域供暖，系统季节性储热效率达到60%左右。加拿大的德雷克太阳能社区是世界上第一个大型跨季节储能社区，利用跨季节埋管储热系统，其中包含了屋顶太阳能集热器和竖直埋管换热器，利用太阳能满足整个社区90%的冬季供热需求。
储能系统应用于清洁取暖的主要技术模式分为储电+电采暖与储热两大类，其中储电+电采暖包括：火电，此处特指谷电（具有蓄热功能的集中性电热锅炉）；风电、光电（弃风、弃光）。储热包括显热储热、潜热储热、热化学储热，其中显热储热介质为水、砂石、土壤等，具体分为跨季节储热（水箱、岩石、埋管、地下含水层）、液体显热（熔盐、矿物油、水等）、固体显热（高温陶瓷、混凝土等）；潜热储热介质为相变材料，具体分为短期被动储热（相变材料混合建筑材料）、跨季节主动储热（采用相
变储热器（CaCl 2H 2O、石蜡等））；热化学储热即可逆化学反应（金属氢化物分解，无机氢氧化物分解等）。
储能应用于清洁取暖的效益模式我国的清洁取暖工作进程打开了储热与储电新的市场机遇。我国清洁供暖市场容量巨大，北方地区冬季清洁取暖规划（2017~2021年）提出，电供暖改造需求为15亿m 2以上，其中电锅炉供暖3亿m 2，市场容量预期约150亿元，可减少供暖煤炭消耗约570万吨，有较大的环保效益。《关于北方地区清洁供暖价格政策的意见》提出，鼓励北方风电、光伏发电富集地区在按有关规定完成保障性收购的前提下，鼓励电蓄热、储能企业与风电、光伏发电
企业开展直接交易，建立长期稳定且价格较低的供用电关系。
目前国内储能在清洁取暖领域尚未实现大规模应用，部分示范项目和案例显示，部分系统模式有望应用政策机遇实现综合效益。一是“煤改电”耦合储能的清洁供暖系统模式。山东潍坊市某“煤改电”工程显示，增加储能模块后“煤改电”清洁供暖系统的运行可靠性提高，即使在极端寒冷天气依然能够通过延长储能系统的运行时间使用户室内温度维持在18℃左右。当地峰谷电价差较大，储热可以削峰填谷，利于调节电力供应负荷平衡，还能降低供暖系统的电费成本；二是“太阳能光热+电辅供暖+储热”取暖模式。安新县太阳能光热+电辅+储热相关案例将收集的太阳能热水储存在专利分层式结构储水箱中，不同温度的水分层储存，降低热损失，在太阳能储热量不足时，以谷区进行电辅助加热蓄能。该系统太阳能供暖比例
约40%，系统降低了单位采暖费用；三是弃风电力与相变蓄热模式。中广核新疆阿勒泰市风电清洁供暖示范项目中应用了相变蓄热式电锅炉。根据项目介绍，利用当地弃风电力加热蓄热式电锅炉内的复合相变储热材料进行热量存储，替代燃煤锅炉进行供暖，项目自2016年验收以来可实现年消纳弃风电约1000万度，减少供暖用标煤约4000吨。
储能应用于清洁取暖的区域政策2018年下半年以来，多省发布清洁取暖相关政策，在推进电采暖应用过程中也将储能产业作为发展重点，做出了政策探索。
一是明确了储能可以参与清洁取暖。《山东省
冬季清洁取暖规划（2018-2022年）》提出了清洁取暖新型经营模式，将燃气装备、输变电装备、热泵产业、太阳能集热产业、储能产业列为壮大清洁取暖产业的发展重点。《规划》除了加大农村地区清洁取暖支持保障，还将完善价格支持政策。综合运用峰谷价格、阶梯价格、电力市场化交易等价格政策，推进清洁取暖。甘肃省公布了《冬季清洁取暖总体方案（2017-2021年）》，提出为完成冬季
清洁取暖目标，将通过上网侧峰谷分
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时电价政策完善销售侧峰谷分时时段划分，研究扩大采暖季谷段用电电价下浮比例。也提出了支持蓄热、储能集中供暖采用“大工业峰谷分时电价+直购电交易”模式，支持风电、光伏发电企业与电蓄热、储能企业开展直接交易，鼓励清洁能源供暖电量参与电力市场，因地制宜健全供热价格。
二是部分省市发布了针对储能应用于清洁取暖的补贴措施。河南安阳清洁取暖补贴政策提出，采用相变储能可给予一次性设备购置补贴，原则上按照公开招标采购设备价格的60%补贴，每户财政补贴资金最高2000~4800元。对2018年新增采用低温空气源热泵热风机、水源热泵、相变电储能分散式分户分室取暖的“电代煤”居民户，实行“补初装不补运行”的原则，按照设备购置成本给予一次性设备购置补贴，原则上按照公开招标采购设备价格的60%补贴，每户财政补贴资金最高不超过4800元。为鼓励使用热泵技术，对新增采用热泵或蓄冷蓄热技术的集中式“煤改电”项目，根据安散烧字〔2017〕2号文件，可以按照使用面积每平方米20元进行一次性补贴。北京市延庆区印发了《2018年延庆区农村地区村庄冬季清洁取暖工作实施方案》，指出在“煤改电”电取
暖设备支持政策方面，空气源热泵、储能式电暖器属于补贴范围。
储热技术应用在国内处于起步阶段，北方地区清洁取暖进程中仍鲜见储能技术应用。国内仅有少量小规模试验项目采取跨季节储热技术。需提升对储能储热技术创新的支持，促进成本降低，对清洁取暖形成支撑。针对目前部分居民完成取暖清洁化后仍存在取暖品质不高、运行成本较高以及设备使用率低等问题，建议加强清洁取暖新技术的研发，积极鼓励探索储能应用于清洁取暖的技术与系统模式。一是鼓励太阳能跨季节储能供暖、弃风弃光储能供暖、谷电储能供暖等技术研发和示范应用；二是因地制宜“宜储则储”，探索开发储能+清洁取暖系统，探索技术路线的多项可能性。通过技术创新、加大科研投入，在热泵技术、蓄能技术、智能供热技术、大气污染物排放控制技术、多能互补技术、低能耗建筑与储能协同技术等技术上取得突破；三是鼓励创新，推动多能互补、智能微网技术在储能与清洁取暖系统中的应用。通过推广应用智能技术，提升设备运行效率，降低设备装机容量和运行成本；四是提升对前沿储热技术、系统优化耦合、先进相变材料、分布式可再生能源储热系统等
方面的技术创新的重视程度。
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