前文我们说到，实现建筑运行碳中和的主要工作，就是建立以可再生能源为主体的零碳电力和零碳余热为主的零碳热力，从而实现零碳的用电用热。
【前文回顾】
本文就来展开说说，建筑零碳热力系统。
据估算，我国未来建筑热力需求约220亿吉焦，这些热量目前仍依赖燃煤和燃气等传统能源，导致大量碳排放。未来，采用电动热泵从低温热源处提取热量并提升至所需的温度以供热，是一种高效的能源利用方式。
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南北热源选择有区别
南方自然环境类的低温热源密度低、品位低、资源占用大，适合分散使用，以满足生活热水和长江流域建筑采暖等方面的低密度用热需求。
对于高密度的北方城镇建筑采暖和非流程工业生产用热需求，则应以电厂、工业、数据中心、变压器等余热为低温热源，以北方城镇高覆盖率的热网为基础，构建多热源、多用户协同的余热资源共享系统，并利用跨季节储热、长输供热技术、热量变换技术解决时间、空间、品位不匹配问题，充分回收利用各类低品位余热资源满足供热需求，从而建成零碳热力系统。
（多热源、多用户的跨区域供热网）
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热泵实现热量的零碳供应
要如何实现我国220亿吉焦热量的零碳供应呢？
若全部由电力直接产热的方式供应，需要的电力相当于我国2015年全年的用电量，而且其中有三分之一仅用在采暖季使用。
我国未来零碳电力系统面临的主要矛盾，是可再生能源电力与用电需求的季节性不匹配，冬季电力缺口大，夏季次之，而春秋两季的可再生能源电力过剩。
满足冬季电力缺口最经济的方式是保留一部分火力发电厂用于季节性调峰，所以实质上电直热在冬季所消耗电力都来自火力发电厂，不是零碳的供热方式。
采用电力驱动的热泵制热可能是满足用热需求的最优途径。其从低温热源处提取热量并提升至所需的温度供热，是一种高效的能源利用方式。
根据煦联得warmland智慧能源管理平台的大数据分析，对于全年都存在稳定用热需求的公共建筑，电热泵供热与直接使用电加热相比，可以节省30%~90%的电力消耗。
（热泵基本原理图）
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未来的热需求与供给方式
长江流域建筑冬季供暖是低密度热需求，主要利用分散的空气源电动热泵供热。
生活热水和特殊建筑用蒸汽属于分散热需求，采用热泵热水器、电热水器、电热蒸汽发生器和电动热泵加水蒸气压缩机的方式来供给。
非流程工业的热需求属于高密度热量需求，需求温度品位较高时，可采用电直热蒸汽锅炉、生物质燃料锅炉、高温气冷堆等供应；而150℃以下的热量需求，可采用高温热泵从热网中提取热量，以及串联蒸汽压缩机等进一步提高蒸汽压力及冷凝温度，满足不同工艺对蒸汽参数的需求。
北方城镇建筑冬季集中采暖属于城市高密度热量需求，以集中供暖为主、分散供暖为辅的方式解决。
最后建设余热资源共享系统，将各余热源和城市热用户连接到同一张热网上，利用热泵将余热和热需求调节到统一的热网参数，并降低热网的回水温度，实现余热充分高效回收、输送和利用。
（跨季节余热与供热负荷变化曲线）
另外，加上热量长距离输送、热量变换等技术的发展，解决构建余热共享系统关键的时间、空间和温度问题也不再遥远。
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零碳供热的实施步骤
根据我国能源转型的低碳发展的目标，遵循“先立后破”的理念，提出了三个发展阶段，逐步实现由目前的化石能源热源向零碳热源的转型：
第一阶段：2030年前，持续推动建筑节能改造，提高建筑保温性能，降低建筑耗热量，降低热网回水温度，低成本回收低品位余热，开发工业余热，发展分散式空气源热泵、土壤源热泵等新能源供热方式，替代集中式燃煤锅炉和燃气锅炉，减少燃气消耗和碳排放。
第二阶段：2030~2040年，进一步推动大温差热网回水改造，建成示范性余热长输供热工程、大型跨季节储热示范工程，提高供热系统的灵活性和可靠性，以替代供热领域的各种规模的燃气锅炉。
第三阶段：2040年以后，随着火电厂的逐步关停，提升大型跨季节储热设施效能，降低运行成本；全面回收各类工业全年余热，满足城镇供暖和非流程工业等方面的用热需求；利用跨季节储热以热量形式回收风光电春秋季的弃风弃光电力，增加可再生能源的利用率。
经过上述三个发展阶段，最终建成基于低品位余热的集中供热系统，实现城镇和部分非流程工业用热的零碳目标。
参考资料：
[1]江亿等，建筑运行用能低碳转型导论
[2]百度百科，热泵
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