《北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021年）》中明确指出清洁供热是指利用天然气、电、地热、生物质、太阳能、工业余热、清洁化燃煤（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源消耗为目标的取暖全过程，涉及清洁热源、高效输配管网（热网）、节能建筑（热用户）等环节。《规划》政策实施加快了清洁供热产业的快速发展。热源清洁化的进程逐步加快，管网升级改造不断推进，用户能耗持续降低。
（1）清洁热源供热面积不断增加
根据中国建筑科学研究院研究数据，2016年末至2019年末期间，全国清洁热源供热面积新增50.6亿平方米，其中新增清洁燃煤供暖24.8亿平方米，新增天然气供暖14.7亿平方米，新增电供暖8.1亿平方米，新增工业余热供暖1.5亿平方米，新增地热供暖1.0亿平方米，新增生物质供暖0.5亿平方米。从热源侧来看，我国北方地区清洁供热的热源基本形成以超低排放燃煤热电联产为主、天然气为辅、其他热源补充的格局（如图1-7）。
1）热电联产供热发展情况
随着我国城市供热热化率的提高、新建筑的增加和供热范围的不断扩大，供热需求不断增加，热电联产市场快速发展，热电联产装机容量逐年递增。2016年，我国热电联产机组容量为3.8亿千瓦，占全国总火电装机容量的37%（统计范围均为6000千瓦以上机组），其中包括一批主要为工业生产用热服务的热电机组。2019年，热电联产机组容量增长到5.2亿千瓦（如图1-8）。2016年末至2019年末期间，全国新增清洁燃煤供暖面积达24.8亿平方米。
图1-8 2015-2019年我国火电装机容量
根据《中国电力年鉴》统计数据，我国北方地区热电联产装机为2.86亿千瓦，占北方总火电装机的50.9%，各省装机情况如图1-9。
图1-9 北方各省（区、市）火电装机容量
2018年，我国热电联产行业市场规模约为4123.90亿元，2019年市场规模达到4942.55亿元，与2018年相比，增长了19.85%（如图1-10）。目前，我国热电联产发展已有一定规模，随着我国经济的持续发展和城市化进程加快，未来工业和居民采暖热力需求仍将保持较快增长态势，热电联产前景非常广阔，预计到2026年我国热电联产市场规模将达到6925.22亿元。
图1-10 2014-2019年中国热电联产行业需求规模情况
综上，近年来我国北方地区热电联产持续发展，已成为北方城镇供热的主力热源，其中大型燃煤电厂煤耗已降低到较低水平，污染物排放也呈现逐年下降的趋势。
2）工业余热供热发展情况
工业余热是工业生产的“尾部”产品，利用余热既不会影响生产工艺，也不会影响生产能耗，属于额外得来的“附加值”。我国北方地区高耗能产业聚集，生产过程中释放出来的余热资源非常丰富，主要以中低品味（90℃以下）余热资源为主，占比约为60%。当前，我国余热资源开发利用率仅为43%，其中高品味余热资源基本得到充分利用，已开发利用的比例超过80%，而中低品味余热尚未得到有效利用。经有关机构调研分析，2018年，我国钢铁、有色、建材、化工等高耗能行业可开发利用的低品位余热资源量为1.7亿吨标准煤，工业低品位余热资源可基本满足北方城镇供暖需求。
技术创新延伸了热源供热半径，余热资源可及性得到进一步提升。2016年，大温差长距离余热供暖示范工程建成投运，将40多千米外的余热引入市区，形成了以远离城市的余热承担基础供暖负荷的清洁供热模式。从有关机构调研情况来看，北方地区各类工业企业（如钢铁、水泥、有色、石化等）建设过程中，均已考虑交通运输、城市生活区距离等因素，各大生产企业距离周边城市均在50千米以内，大部分企业在30千米以内，余热资源技术可及。以唐山市为例，城市周边的钢铁企业基本在市中心半径25千米以内。对于余热资源丰富而采暖需求较小的城市，已经具备与周边余热资源匮乏但采暖需求较大的城市进行余热资源统筹规划，探讨跨区域支援、多城联网供暖的可行性。2016年末至2019年末期间，全国新增工业余热供暖面积1.5亿平方米。
2017年底对国内两家大型余热供暖换热器厂家的调研显示，仅这两家设备厂商就参与多达101个钢铁厂冲渣水和烧结烟气余热供暖项目，除去6个未提供项目供暖功率数据的项目，剩余95个项目的余热供暖功率总计为3212兆瓦，余热供暖的面积预计有8000万平方米。95个余热供暖项目大部分主要集中在河北、山西、山东等工业省份（如图1-11）。95个项目中，位于京津冀大气污染传输通道城市（即“2+26”城市）的项目有65个（其中天津5个、河北44个、山西10个，山东5个，河南1个），占全部项目的68%，此外另有9个项目在“汾渭平原冬季取暖城市”，均位于山西省。总计有74个项目位于环境部《2018-2019年蓝天保卫战重点区域强化督查方案》中提到的“2+26”及汾渭平原冬季清洁取暖重点城市，占项目总数的78%，许多地方将”清洁取暖”试点工作做在了十部委《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）》之前。
图1-11 工业余热供暖项目的地区分布
3）燃气供热发展情况
随着“煤改气”进程的不断推进，天然气近几年在供热领域呈现应用快速增长态势，2016年末至2019年末期间，全国新增天然气供热面积14.7亿平方米。2018年北方地区天然气耗量约为1261亿立方米，其中用于供热的总耗气量约为107亿立方米，占北方地区总耗量的8.4%，各地区采暖用天然气耗量见表1-1。
表1-1 2018年北方地区用于采暖用天然气量统计表（亿立方米）
从天然气供热区域分析，天然气供热主要集中在京津冀地区。由表1-1可以看出，天然气供热地区主要是北京和天津，2018年北京和天津用于供热消耗天然气量为67亿立方米，超过北方地区供热领域中天然气耗量的40%。天然气供热在北京是主要供热方式，清华大学建筑节能研究中心调研结果显示，截至2020年末，北京市天然气供热面积（包括热电联产、锅炉房和壁挂炉）占北京市供热面积的88.6%，达到7.8亿平方米。天然气在天津市供热结构中主要作为主力调峰热源和分散供热热源，在2019年燃气供热面积达到1.95亿平方米，占天津总供热面积的39.4%。东北地区很少以天然气作为集中供热热源，主要热源为煤炭。但随着 “煤改气”工程推进，各地相继淘汰燃煤小锅炉改用天然气供热，截至2020年底，沈阳市天然气供热面积已达600万平方米。西北地区由于临近天然气气源，天然气供热应用较为广泛。乌鲁木齐市”十二五”期间开始大力推进“煤改气”工程的实施，仅2018年就拆改2.06万台散烧燃煤供热设施，彻底改变了过去以燃煤为主的供热方式。
从天然气热源类型分析，常规天然气作为清洁能源在供热领域应用方式主要有天然气热电联产供热、天然气锅炉房供热、天然气直燃机供热、天然气热泵供热、天然气壁挂炉供热等。应用最为普遍的方式是天然气锅炉房供热。截至2020年，北京市燃气锅炉房供热面积5亿平方米，占供热面积的64%。由于资源禀赋的特点，燃气热电厂在我国应用比例不高，供热面积占比最高的是北京市，截至2020年，燃气热电联产集中供热比例达到19.3%。除上述天然气应用集中供热外，其余方式中占比较高的是分散壁挂炉供热，应用较多的城市是北京市、银川市、乌鲁木齐市、西安市。
4）电供热发展情况
电直热供热：电直热供热是一种将电能通过电阻直接转化为热能的供热方式，具有投资小、运行简单方便等优点。主要方式有电热膜、发热电缆、电暖气、电锅炉等。随着我国电力工业的发展，有些地区电力供应并不算紧缺，尤其低谷电有待充分利用。电热供暖方式下的室温调节和控制、环境保护和安全、能量计量和收费的简便，是其他方式无法比拟的。但是一方面我国用来发电的一次能源中煤炭仍占最大比例，因此，在我国电力不能完全算是清洁能源；另一方面使用高品位电能直接转换为热综合能源效率低下，只有30%，这是一种能源浪费。因此，电采暖在电力紧缺的今天只能作为供暖方式的一种补充，可在一些热网和天然气管道达不到，空气源热泵无法运行的市中心或特定地区使用，不宜大面积推广。从2017年开始，北京市就明文规定：”在推进农村煤改电过程中，禁止推广使用直热式电取暖设备，并将替换更新所有试点安装的直热式电暖器。”直热式电取暖主要问题在于耗能太多，电费太高，且对农村电网扩容要求太高。
热泵供热：热泵供热是使用电供热的最好方式，利用高品位电能作为驱动，从低品位热源中提取更多的热量用来供热，具有能耗低、效率高的特点。根据低温热源的不同，可以将热泵分为：空气源热泵、海（河）水源热泵、污水源热泵、浅层地源热泵、深层地源热泵等。
空气源热泵消耗少量的电能驱动压缩机运转，从较低温度的室外空气中提取热量用来供热。其无需复杂的配置、昂贵的取水、回灌或者土壤换热系统和专用机房。COP是表征空气源热泵性能的主要指标。在实际运行中，不同环境下空气源热泵具有不同的表现能力，在北方建筑供暖中空气源热泵制热效率COP通常可达2~4，与直接电加热供暖相比，耗电量仅为1/4-1/2，具有非常好的节能效果。空气源热泵在室外气温很低的地区效率较低，同时室外机结霜问题也限制了其应用。近年来，能够在低温空气中取热的双级压缩式热泵技术取得了很大进展，除霜问题也逐渐被解决，进一步扩大了空气源热泵的应用范围，并在多地拥有成功的示范工程。
在地源热泵中，与空气源热泵不同的是低温热源来自土壤、地下水、地表水，目前土壤源热泵系统、地下水源热泵系统、地表水源热泵系统的使用比例分别是43%、27%和30%。空气源热泵可以作为小型分布式供热和分户式供热的热源，地源热泵由于投资较大，一般多用于分布式供热。浅层地源热泵是从100m以内的土壤中取热/放热，冬季从土壤中取热为用户供热，夏季向土壤中放热为用户供冷。浅层地源热泵的设计需要格外关注冬夏冷热平衡的问题。地表水源热泵的应用受到周边条件的限制，在北方供热中应用较少。地下水源热泵若不回灌具有地面塌陷的风险，上海等地出台了严格限制地下水开采的条例。
5）地热供热发展情况
地热能是一种绿色低碳的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点。地下2千米左右，岩石温度在70℃~90℃，若从中取热，出水温度可达20-40℃，这是温度很高的热量，若进入热泵将有利于COP的提高，甚至可以直接用来供热。同时这一部分地热更为稳定，基本不受气候环境的影响，可以长期、稳定的高效供热。中深层地热资源的恢复能力也相对较强，无需考虑冬夏平衡问题，可以专门用来供暖。我国地热资源丰富，可采储量相当于4626.5亿吨标准煤，市场潜力巨大，发展前景广阔。加快开发利用地热能不仅对调整能源结构、节能减排、改善环境具有重要意义，而且对培育新兴产业、促进新型城镇化建设、增加就业均具有显著的拉动效应，是促进生态文明建设的重要举措。《地热能开发利用”十三五”规划》提出，到2020年，中国地热能年利用量折合7000万吨标准煤，在一次能源消费中占比将达1.5%左右。2016年12月，《可再生能源发展”十三五”规划》重点提出要加快地热能开发利用，加强地热能开发利用规划与城市整体规划的衔接，将地热供暖纳入城镇基础设施建设，在用地、用电、财税、价格等方面给予地热能开发利用政策扶持。2017年1月，《地热能开发利用“十三五”规划》提出，在“十三五”时期，新增地热能供暖面积11亿平方米。
水热型地热能：中深层水热型地热能年可采资源量折合18.65亿吨标准煤（回灌情境下）。中国地质调查局的最新评价数据显示，中国大陆3~10千米深处中深层地热资源总量为2.5×1016吉焦（合856万亿吨标准煤），若能开采出2%，就相当于我国2019年全国一次性能耗总量（48.7亿吨标准煤）的3515倍。中国水热型地热能已连续多年位居世界首位。近十年来，中国水热型地热能直接利用以年均10%的速度增长。根据国家能源局数据显示，截至2018年底，全国水热型地热能供暖建筑面积超过1.5亿平方米，地源热泵装机容量达到了2万兆瓦，形成了一系列较为完备的地热能开发利用新技术，培育了一大批技术先进、创新能力强的地热开发利用企业，打造了以“雄县模式”为代表的地热能综合开发利用模式。
地埋管热泵：目前，中深层地热地埋管热泵供热技术（无干扰）在陕西省得到了较为普遍的应用。2018年6月13日，陕西省发改委等十部门联合印发《陕西省冬季清洁取暖实施方案（2017-2021）》，大力推广中深层地热技术。截至2017年底，陕西省使用中深层地热地埋管热泵供热技术进行建筑供热的项目供暖面积已超过500万平方米；截至2019年底，关中地区推进地热能示范供暖面积新增1000万平方米，其中新增中深层地热地埋管热泵供热技术供热面积750万平方米。截至2020年底，陕西省中深层地热地埋管热泵供热技术供热面积已经达到2000万平方米。
6）农林生物质供热发展情况
生物质能是重要的可再生能源，我国生物质资源丰富，能源化利用潜力大。生物质热电联产和成型燃料的利用均可为城镇供热提供热源。截至 2018年底，我国北方地区生物质能（含农林生物质和城镇垃圾）清洁供暖折合0.9亿吨标准煤。2018年，国家能源局组织开展”百个城镇”生物质热电联产县域清洁供热示范项目建设，生物质热电联产县域清洁供热示范项目共136个，涉及20个省（自治区、直辖市）及新疆生产建设兵团，装机容量380万千瓦，年消耗农林废弃物和城镇生活垃圾约3600万吨。其中，农林生物质热电联产项目126个、城镇生活垃圾焚烧热电联产项目8个、沼气热电联产项目2个，新建项目119个，技术改造项目17个，总投资约406亿元。2016年末至2019年末，全国新增生物质供热面积达到0.7亿平方米。
2020年2月，农业农村部办公厅发布关于印发《2020年农业农村科教环能工作要点》的通知，要求因地制宜推广秸秆打捆直燃供暖、生物质成型燃料、沼气供气供热和太阳能利用等技术模式，打造一批农村能源多能互补、清洁供暖示范点。2020年10月，我国在辽宁、黑龙江、河北、山西等地建成秸秆打捆直燃供暖试点178处，供暖户数23万户，供暖面积达到700多万平方米。同时，重点在”煤改电”“煤改气”难以覆盖的地区，推动生物质成型燃料利用，配套推广清洁炉具，全国已建成成型燃料厂及加工点2360处，年产量约1000万吨。
（2）供热管网逐步升级
近年来，伴随着城镇居民数量的急剧增加，城镇供热负荷也逐年增加，对城市供热管网提出新的要求和挑战。为了提高城市管网的输配能力，各地热力公司不断对城市管网进行扩建和升级改造。
1）城市管网
截至2019年底，我国城市（市、县）集中供热管线总长度约46.8万千米，比2009年增加32.2万千米（如图1-12）。其中，蒸汽管道1.5万千米，比2009年减少0.12万千米；热水管道45.3万千米，较2009年增加32.4万千米。其中直埋管占88.7%，架空管占6.6%。北方县级及以上城市管网普及率超过90%，我国是世界上管网最普及的国家。
图1-12 2009-2019年我国城市（市&县）集中供热管线长度
我国集中供热系统大多数采用间接连接，一次网输送热量至热力站，经过换热器把热量传递到二次侧循环水后返回热电厂。管网输送热量由一次网供回水温差决定，供回水温差越大，输送热量越多。在城市管网温度参数方面，北方采暖地区典型城市集中供暖系统，其最冷日一次网供回水温度如表1-2。表中列出的均为间供系统，按照城市纬度从低到高的顺序而从左到右进行排列，可以看出其中大部分城市一次网回水温度都在45℃以上。而山西的大同市和太原市在部分末端热力站安装吸收式换热设备，可以使这些站的一次网回水温度降低至24℃，整体回水温度达到35-38℃，有效提升一次侧供回水温差，增强管道输送能力，便于回收电厂余热。
2）长输管网
大规模余热供热是清洁供热，大温差长输技术实现了大规模余热利用，2016太原建成第一个大温差长输供热工程，并在之后迅速推广，该技术的发展至今已有5年历史。
该模式由于节能减排效果显著、经济性好，在北方地区得到迅速的推广应用。除太古工程外，在太原、石家庄和银川已分别建设4项大温差长输供热工程。太原南部热电长输供热规模3000万平方米、石家庄西柏坡电厂长输供热设计规模8500万平方米、华能上安电厂长输供热设计规模达1亿平方米、银川灵武电厂长输供热设计规模7719万平方米。项目还带动了石家庄、银川、济南、呼和浩特、西安、乌鲁木齐、郑州、青岛、大同及晋城等多个城市启动了10余项大温差长输供热工程，涉及供热规模7.56亿平方米。其中晋城项目已进入施工阶段；银川京能电厂、呼和浩特托克托电厂一期、济南”外热入济”项目已进入初步设计阶段；济莱长输、京隆电厂至大同长输、华能铜川照金电厂、美鑫电厂至西安长输、信发热电厂至乌鲁木齐和山东海阳核电至青岛长输项目方案设计已完成，目前正处于可行性研究阶段。截至2020年底，全国规划和建成的长输供热面积为11.2亿平方米，已经建成规模3.68亿平方米，建成长输管网长度共827.8千米。截止2020年底，全国长输供热建设情况和长输管网建成情况如表1-3。
表1-3 全国长输供热规模及长输管网规模
数据来源：清华大学建筑节能研究中心。
发布实施《严寒寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26-2018）和《近零能耗建筑技术标准》（GB/T51350-2019）等相关标准，在新建建筑节能率实现30%、50%、65%三步式跨越发展的基础上，推动严寒寒冷地区居住建筑执行75%的节能标准，引导建筑节能向更高水平发展（如图1-13）。截至2018年底，全国累计建设节能建筑面积超过182亿平方米，节能建筑占比达到51%。
②绿色建筑实现跨越式发展
全国省会以上城市保障性住房、政府投资公益性建筑、大型公共建筑开始全面执行绿色建筑标准，北京、天津、上海、重庆、江苏、浙江、山东、广东、河北、福建、广西、宁夏、青海等地开始在城镇新建建筑中全面执行绿色建筑标准。江苏、浙江、宁夏、河北、辽宁和内蒙古等先后开展绿色建筑立法实践，颁布了《绿色建筑发展条例》等法规文件。截至2018年底，全国获得绿色建筑评价标识的项目累计达到1.3万个，建筑面积超过14亿平方米，全国城镇累计建设绿色建筑面积超过32亿平方米，2018年当年绿色建筑占城镇新建民用建筑比例达到56%（如图1-14）。
图1-14 绿色建筑评价标识项目数量逐年增长情况
③既有建筑节能改造工作持续推进
截至2018年底，全国累计建设节能建筑面积超过182亿平方米，节能建筑占比达到51%。既有居住建筑节能改造持续开展，全国城镇完成既有居住建筑节能改造面积超过14亿平方米，有效改善人居环境，惠及2100万户居民。
④供热能耗持续降低
我国北方地区部分典型城镇的2017-2018年采暖季单位面积耗热量如图1-15所示。调研得到的数据为热源出口处计量的热量，扣除掉5%的一、二次网损失后认为是建筑物实际耗热。其中横坐标按照各城镇的供暖度日数（HDD18）从小到大排序。调研城镇从我国最北方的海拉尔、齐齐哈尔市到我国中部的郑州市、三门峡市，包括省会城市和其他地级市、县城。总调研供热面积19.3亿平方米，约占我国北方地区总集中供热面积的14%。
图 1-15 不同城镇2017-2018采暖季扣除管网损失后建筑耗热量状况
各省（自治区、直辖市）调研情况如表1-4，其中平均热耗和度日数是根据各城市供热面积进行加权得到。调研城市的平均单位面积耗热量约为0.355吉焦/平方米，对应供暖度日数为2788℃·d，据此可以估算我国北方地区目前集中供热年耗热量约为50亿吉焦。
表1-4 各省调研建筑面积（加权平均热耗和度日数）
由上可知，目前我国北方地区整体热耗水平为0.355吉焦/平方米，已经取得较大进步，但仍有较大的节能空间。一方面，应该继续增强建筑物保温工作，对老旧建筑进行保温改造，在新建建筑中严格执行节能标准；另一方面，应当加强供热系统的调控，杜绝过量供热现象，减少热量损失。两方面结合，共同实现节能降耗的目标。
