吉林省集中供暖行业多年碳排放规律研究

林晓晟，于凤洋，王 玉，刘 颖，孙大光

(吉林省环境科学研究院，吉林 长春 130012)

1 引言

2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。2021年3月15日，习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议，研究促进平台经济健康发展问题和实现“碳达峰、碳中和”的基本思路和主要举措，并将其纳入我国生态文明建设整体布局[1]。学者认为实现碳达峰的可能性应从我国电力、建筑、交通等主要耗煤产业、行业为出发点，我国建筑能耗约占社会总能耗的28%，其中严寒地区城镇供暖能耗占建筑总能耗的24.1%左右。在严寒地区城镇供暖能耗中，住宅供暖能耗所占比例最大[2]。所以，对于北方寒冷地区来讲，还应将集中供暖行业的碳达峰作为具有地区特色的重点内容开展研究。

2 集中供暖行业供暖锅炉多年变化研究

集中供暖行业相关数据来自于吉林省2011～2020年环境统计数据，根据环统数据可知，“十二五”期间，吉林省集中供暖行业主要由35t/h以上锅炉组成，且呈逐年递增的趋势，35 t/h以下的锅炉则呈先增后降的趋势，这说明在“十二五”期间，吉林省对集中供暖行业燃煤锅炉进行了调整，增加大型供暖锅炉取替小锅炉，另外，大型锅炉数量的上涨也说明在“十二五”期间，吉林省的集中供热需求逐渐增加(图1)。

“十三五”期间，吉林省集中供暖行业燃煤锅炉总量呈上升趋势，说明对集中供暖的需求依然逐年递增，20t/h以上的燃煤锅炉为主要锅炉利用类型，20 t/h以下锅炉呈先降低后增加的趋势，由此可见，根据社会、经济发展需求和环境保护要求，吉林省逐步调整燃煤锅炉类型，整合小型燃煤锅炉，增加大型锅炉，加大集中供暖范围(图2)。

图2 “十三五”期间集中供暖企业锅炉数量变化

在2011～2020年，吉林省集中供暖行业燃煤锅炉总数由2011年的802台逐年增长，到2014年增长到1057台，2011～2014年，社会和经济快速发展，各种类型锅炉均呈增长趋势，此后逐年下降；2018年燃煤锅炉总数减至804台，2015～2018年间20 t/h以上的大型锅炉逐年上升，而20t/h以下的小型锅炉逐年降低，为降低集中供暖对空气质量的影响，原国家环保部于2016年修订出台《燃煤锅炉排放标准》，但由于燃煤锅炉新标准从 2016年7月份才全面实施，同时有些采暖锅炉的治理设施无法达到新标准要求，特别是20 t/h以下采暖锅炉的治理设施以水磨脱硫除尘一体化为主，污染物去除效率较低，难以保障集中供暖设施的稳定运行。一些10 t/h以下的采暖锅炉未采取任何治理措施，污染物直接排入大气中，从而增加了空气污染压力[4]。在这一政策背景下，为了降低环境污染，吉林省逐渐增加大型集中供暖企业，取替小型集中供暖；2019年燃煤锅炉总数增加到1038台，2020年调整20 t/h以上大型燃煤锅炉，锅炉总数下降直至972台。

随着近年能源转型和行业调整，在2017年，吉林省将部分火电厂转成热电联产模式，热电联产企业锅炉个数占比如图3所示，从2017年的22%增加到2020年的30%。热电联产集中供热具有能源综合利用效率高、节能环保等优势，是城市和工业园区集中供热的主要供热方式之一，但目前我国热电联产发展面临严峻挑战，一是大型抽凝供热机组比例过大，其热电比通常较小，难以全面参与深度调峰；二是当前热电联产机组普遍未能实现热电解耦，或采用的热电解耦技术能耗较高[3]，因此，热电联产集中供暖在北方寒冷地区的供暖效果受到制约，不能进行高效供暖，这就需要明确本地区供暖需求，调整热电和燃煤供暖比例，以燃煤锅炉承担托底供保作用，热电发挥灵活调节作用的模式，节能有效的开展供暖[5]。

图3 热电联产集中供暖企业锅炉数量占比变化

从近10年集中供暖行业燃煤锅炉总数的变化趋势来看，集中供暖行业作为具有北方城市特色的典型行业，随着人口、社会、经济和环境保护的整体需求，每年都对该行业进行调控，既要保障冬季供暖需求，经济发展需求还要兼顾环境保护要求，集中供暖是北方地区长期发展的重点调控行业。

3 集中供暖行业煤炭消费量多年变化研究

吉林省集中供暖行业煤炭消费量在2011～2020年间呈逐年递增趋势，多年平均消费量为1712.12万t。在2011～2016年间全省年均煤炭消费量为827.35万t，2017～2020年间全省煤炭消费量大幅增长，年均消费量为3039.29万t。说明集中供暖行业在2017年以来需求量大幅增加，并且没有达到需求峰值(图4)。

对全省各地市多年煤炭消费量分析表明，“十二五”期间主要以长春市的煤炭消费为主，其次为延边州，其他各地市的煤炭消费均在100万t/a以下。

图4 “十二五”期间各地市多年煤炭消费量变化趋势

“十三五”期间全省各地市煤炭消耗量均有增长，其中以吉林市增长最多，见图5。“十三五”与“十二五”最后一年的同期增长比分别为：长春市(3.03%)、吉林市(15.9%)、四平市(5.46%)、辽源市(2.7%)、通化市(0.04%)、白山市(0.2%)、松原市(2.36%)、延边州(1.6%)，白山市“十三五”期间的煤炭消费量较“十二五”期间下降了0.48%。

图5 “十三五”期间各地市多年煤炭消费量变化趋势

通过对2011～2020年全省煤炭消费量的分析表明，吉林省煤炭消费量并未达到峰值，各地市对煤炭的需求量依然处于不断上升阶段。

4 集中供暖行业碳排放量多年变化研究

4.1 计算方法

化石燃料燃烧产生的碳排放量是能源活动中最主要的部分，由于不同品种的化石燃料具有不同的碳含量，不同燃烧技术反映不同的碳排放系数，因此化石燃料燃烧产生的碳排放量计算由能源消费量和能源碳排放系数共同决定[6]。根据 IPCC方法，基于分部门、分燃料品种、分技术水平的能源消费量数据，以及相应的碳排放系数，得到不同部门、不同燃料品种、不同技术水平下的能源燃烧碳排放量，然后通过逐层累加得到能源燃烧产生的碳排放量。基于权威性和普适性，这里碳排放系数取自IPCC报告。化石燃料燃烧产生的碳排放量计算公式如下：

(1)

式(1)中：C为能源燃烧产生碳排放总量，t；E为能源消费量，分部门分品种的能源消费量数据采用IPCC报告中的折标煤系数折算成标准煤表示，t标煤；NCV为能源低位发热量，亿J/t；CEC为碳排放系数，t碳/万亿J；COF为碳氧化因子，本文采用《IPCC2006指南》中推荐的默认值100%；s表示部门；v表示能源种类。式(1)中NCV、CEC、COF一起决定着不同部门不同品种不同技术水平影响下的碳排放因子。

4.2 碳排放量分析

通过对全省集中供暖行业碳排放量的计算结果分析表明，碳排放量呈增长趋势，2011～2016年的排放量趋于平稳，均在2000万t/a以下，在2017年开始大幅上升，到“十三五”末期，全省集中供暖行业的碳排放量上升到7290.5万t/a。由此可见，集中供暖是近几年甚至未来多年的主要供暖方式，行业碳排放量并未达到峰值(图6)。

对全省各地市多年碳排放量计算结果(图7)表明，集中供暖行业的碳排放量以长春市和吉林市为主，这两地的碳排放量均于2017年开始大幅增加，吉林省在2017年加大集中供暖面积，长春和吉林是吉林省两个主要的聚集型城市，因此两地受到相关政策影响较大，而同样在2017年后碳排放量大幅增加的还有延边州和辽源市，这两地也是人口聚集且持续增长的城市。

图6 集中供暖行业多年碳排放量

图7 各地市集中供暖行业多年碳排放量

从图7中可以看到，四平和松原2个城市的碳排放量在2019年才呈增加趋势，说明随着城市化的发展，这2个城市的人口数量逐年增加，导致集中供暖需求增加。图7中白山市、梅河口市和长白山管委会3个城市的碳排放量增长较平缓，并没有体现出对集中供暖的大幅需求，说明城市人口和发展较为稳定。通化、白城和公主岭3个城市的碳排放量在2017年后呈降低趋势，这表明上述3个城市对集中供暖的需求逐年降低，更多的是由集中供暖转向燃煤散烧型供暖模式。

全省多年平均碳排放量(表1)分别为：长春市(834.2万t/a)、吉林市(787万t/a)、延边州(414.4万t/a)、辽源市(251万t/a)、松原市(203万t/a)、四平市(175万t/a)、通化市(146万t/a)、白山市(106万t/a)、梅河口市(104.3万t/a)、白城市(99万t/a)、公主岭市(20.9万t/a)。

表1 各地市集中供暖行业多年平均碳排放量

5 结论

本文根据对吉林省2011～2020年环统数据的整理，开展集中供暖行业锅炉变化规律研究，分析行业煤炭消费量，依据IPCC指南核算全省集中供暖行业多年碳排放量。研究得到结论如下：

(1)通过对各地市集中供暖锅炉数量变化的分析可知，近年来吉林省一直在调整集中供暖锅炉数量和类型，然而，根据2014年和2019年的锅炉数量高峰值表明，全省锅炉数量没有达到稳定峰值，仍需要根据人口和环境要求进行调整，热电联产供暖企业并不是在所有地区都适用，且热电联产供暖锅炉数量占比不高。

(2)在“十三五”期间，全省煤炭消费量呈大幅增加趋势，集中供暖行业对煤炭的需求量并未达到饱和，并且随着城市化的发展，以及对小型锅炉的调整等政策，未来一段时间全省集中供暖行业对煤炭的需求量将越来越大。

(3)全省碳排放量的计算结果分析表明全省集中供暖行业的碳排放量逐年增加，并未达到峰值。行业碳排放量主要集中在中部和东部地区的长春市、吉林市、延边州和辽源市4个人口聚集型城市。