前言

中国已经向《联合国气候变化框架公约》递交了《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》的文件，确定了碳排放在2030年达到峰值，2060年实现零碳排放的目标。2017年国家发展和改革委员会、国家能源局等联合印发的文件《北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021年）》中明确提出，到2021年，北方地区清洁取暖率达到70％。研究表明，清洁能源绝大部分就是低碳甚至零碳能源，包括太阳能、风能、地热能、工业余热能、生物质能、核能等。到2022年，距离清洁低碳的供热目标还很遥远，这是为什么呢？

2014年，国外学者首次提出了第四代区域供热系统。第四代区域供热系统的基本特点就是将低温供热和低能耗建筑有机结合。还有学者提出了第五代区域供热供冷系统。第五代区域供热供冷系统的主要特征是热媒的介质温度更低，接近周围土壤的温度，可以非常高效地利用各种余热和可再生能源，并且这些能源的利用成本很低。作者认为，我国之所以没有实现2021年北方地区70％的低碳清洁取暖目标，重要原因之一是目前的供热系统，特别是城市热电联产集中供热系统的热媒温度高，这严重阻碍了这些低碳低品位清洁能源的应用，更谈不上高效应用和廉价应用。鉴于此，必须研究解决既有热电联产集中供热系统和室内供热系统的低温低碳清洁运行。随着建筑节能改造的深入进行，现有供热设备设施、供热管网，逐渐向低碳、清洁、可再生能源多能互补低温区域供热系统过渡，向第四代区域供热系统过渡。只有这样，才能较好地解决可再生能源的品质和既有城市集中供热热媒温度不匹配的矛盾，才能打开低品位低碳清洁可再生能源供热应用的大门，为供热行业2060年实现零碳排放的目标提供保障。

第1章为绪论，介绍了集中供热系统低碳清洁化的背景和意义，供热技术的现状与问题，以及推进低碳清洁供热技术的途径等。

第2章研究了降温运行以后，散热器供暖系统存在的问题和解决方法，提出了随着建筑节能改造的深入进行，室内供热系统温度先由75/50℃降低到50/40℃，待节能率为65％的建筑的散热器面积改造到满足室温要求后，保持散热器面积不变；节能率继续提高，直到大于75％后，温度再降低到45/35℃；待全部建筑节能率达88％以后，温度再降低到40/30℃。

第3章提出了既有供热系统转化为多能互补低温区域供热系统的设想，重点介绍了单管区域供热系统、双管区域供热系统、三管区域供热系统的原则性系统图。

第4章分析了基本热源、集中调峰热源、能源站、双向能源站。本章基于热源用能源性质等，推荐了哪些适合作为基本热源、哪些适合用作集中调峰热源、哪些可以作为能源站。本章重点提出了双向能源站原则性系统图。

第5章针对既有供热系统进行了低碳清洁化改造——在既有管网新建能源站。本章提出基于整个供热系统供热季节净收益最大化的能源站设备容量优化计算模型，以及适宜的模式搜索算法，并分析讨论了能源净收益的影响因素，指出既有130℃的供水温度严重制约了热泵的运行小时数。

第6章针对既有区域能源系统进行了低碳清洁化热源改造。本章提出了基于整个区域能源系统（包括各种发电机组、热电机组、供热机组等）供热季净收益最大化的清洁热源设备容量的优化计算模型，得出结论：供热季能源净收益最大化和总弃风最小的目标不一致。其中，电锅炉对于消纳风电最好，而电热泵经济性最好。

第7章以特定的案例建立了稳态水力热力仿真模型。研究了管道蓄放热能力，包括提高供回水温度的蓄放热模式、增大循环流量的蓄放热模式、综合改变供回水温度和流量的蓄放热模式等。

第8章研究了北方地区典型区域能源系统热电一体化协同调度。建立了区域能源系统热电一体化协同调度模型，提出了优化问题的目标函数和约束条件。针对特定案例进行仿真计算，对各机组的逐时供热供电功率尤其是风电并网电量及其变化规律进行了深入分析。

本书由王晋达撰写，由王晋达、周志刚、赵加宁统稿。

由于作者学术水平有限，书中难免存在错漏之处，恳请各位读者批评指正！

王晋达、周志刚、赵加宁

2022年12月4日