黨的十九大提出， 我國社會目前的主要矛盾是人民日益增長的美好生活需求同不平衡、不充分的發展之間的矛盾。 當前北方開展的清潔取暖重大工程， 正是基於對這一矛盾的深刻認識而提出。
隨著我國城鎮化的飛速發展， 北方冬季供暖問題有了顯著改善。 城市供暖的主要問題已經從二十年前的室溫低、高投訴、熱費上繳率低等民生問題轉變成為目前的室內過熱、高能耗和降低污染物排放等面向生態文明發展的新要求。 而目前接近人口50%的北方農村， 冬季室內取暖仍顯現出多方面問題：雖然戶均耗煤量已超過城市居民水準，
在農村實現清潔取暖， 已成為廣大農民對美好生活的重要訴求。 改變農村的取暖方式， 改善農村冬季室內外空氣品質， 是涉及“農村生活方式革命”（習近平：2016年12月21日中央財經領導小組會議講話）的重大任務。
由此， 清潔取暖重大工程的主要目的是：
1. 全面滿足北方地區城鄉建築冬季供暖的要求， 滿足人民對美好生活的追求；
2. 大幅度降低冬季供暖燃燒形成的PM2.5相關污染物的排放， 改善北方冬季霧霾現象；
3. 降低北方地區因冬季城鄉供暖導致的化石能源消耗總量和碳排放總量。
此外， 隨著我國產業結構的深度調整， 工業用電在電力消費總量中的比例逐年降低， 用電負荷側的峰穀變化和不可調控性日益嚴重；而隨著我國風電、光電的飛速發展， 不確定性可再生電源在電源總量中的比例逐漸加大。 這兩個因素疊加， 就使得由於北方電網缺少足夠的靈活電源而出現大量的棄風棄光現象。 2015年我國平均棄風率已達20%， 其中甘肅、新疆、吉林等地區棄風率超過30%。
一些部門針對上述問題提出的解決方案是大力發展直接電熱型熱源方式， 在城市發展大型電熱鍋爐和巨型蓄熱水罐， 在農村發展蓄熱式電暖氣。 利用這些電熱裝置在電力負荷低谷期把多餘的電力轉換為熱量， 不僅為當時的供熱需求提供熱源， 還儲存熱量滿足電力負荷高峰期供熱的需求。 這樣做從局部看確實避免了使用燃煤燃氣鍋爐供熱的污染物排放，
有些人認為電熱方式使用的是風電、光電， 而非火電， 這樣做可以避免棄風、棄光， 是可再生能源的有效利用。 這種提法並不成立。 當我們使用所謂的風電光電生成熱量的同時， 同一電網上還有大量的燃煤火電廠在發電。 怎麼可以認為這些電熱鍋爐消耗的電就不是這些燃煤電廠所產生呢？如果此時電力富裕，
那麼應該怎樣高效地把電力轉換為熱量呢？目前至少有如下的成熟技術可供選擇：
熱電聯產方式。 與單純的燃煤燃氣電廠相比， 輸入等量燃料， 熱電聯產運行輸出的電力僅減少20%~30%， 卻可以在發電的同時得到幾倍於所減少的發電量的熱量。 如果把輸出的熱量與減少的發電量之比定義為等效COP， 則標準的抽凝式熱電聯產無論燃煤電廠還是燃氣蒸汽聯合迴圈電廠， 其COP都可以達到5到6。同時，燃煤電廠的總熱效率可達到80%以上，燃氣蒸汽聯合迴圈電廠的總效率也可達到75%以上。近年來提出的“吸收式迴圈”新流程（2012年獲得國家發明二等獎），燃煤熱電聯產的等效COP可達到7.5，總的熱效率達到93%，燃氣蒸汽聯合迴圈的熱電聯產的等效COP也可以接近7，總的熱效率達到88%，當採用多種煙氣潛熱深度回收技術時，其總的熱效率按照低位熱值計算，還可以再提高10~14個百分點。這應該是目前其它的熱電轉換方式都很難獲得的高效率，因此可以認為熱電聯產是具有能量利用效率最高的電―熱轉換方式。
地源熱泵方式。在地下埋管，通過埋管中的迴圈水與地下砂石黏土換熱，提取地層中的熱量，再通過熱泵提升熱量的品位，以滿足建築供熱需求。對於埋深為100米左右的地下埋管，換熱後的迴圈水一般在10到15℃之間，熱泵的電―熱轉換效率為3到4。近年來我國西北地方研發成功2000米到3000米深的地下埋管熱泵系統，迴圈水出水溫度可以達到20到30℃，從而其熱―電轉換效率COP可達4到5。
空氣源熱泵方式。從室外空氣中獲取熱量，再通過熱泵提取其熱量品位，以滿足建築供暖需求。當室外空氣溫度在0℃左右時這種方式可以實現的電―熱轉換效率COP可達到3。由於這種方式很少受條件限制，在長江流域地區一直是最合適的建築供暖熱源。近年來我國在此方向的技術進步迅猛，已經把空氣源熱泵的適用範圍擴展到零下20℃的低溫環境。在―20℃下幾種空氣源熱泵的COP已經可以達到2，制熱量也可達到標稱工況的70%以上。這就使得空氣源熱泵在絕大多數地區都可以作為高效的電熱轉換方式。中國的空氣源熱泵技術目前處國際領先地位。
除了高效的電―熱轉換方式外，利用工業生產過程排出的低品位餘熱供熱，也是清潔供暖的重要熱源。我國目前鋼鐵、有色、化工、煉油、建材五大高能耗產業在北方冬季排放的熱量足以承擔北方城鎮一半以上建築冬季供暖的需求。如果僅利用其70%，也可以每年節約供暖用能1億噸標煤。目前在唐山遷西、內蒙赤峰都有成功的工業餘熱供暖示範工程，每個工程供暖建築面積都超過300萬平米。
再有就是利用生物質能直接燃燒供熱或制取生物質燃氣作為供熱熱源。這在生物質資源豐富的內蒙、東北等地區也有很多成功案例。
以上列舉了清潔取暖的多種熱源方式。怎樣選擇和組合上述方式，實現清潔和經濟的供暖，並且實現熱電協同，緩解目前冬季的棄風棄光現象呢？這又取決於被供暖建築的密集程度。可簡單地把北方地區分為建築高密集度的城鎮建築和低密集度的鄉村建築兩類。
我國北方地區中等以上城市都已建成較完善的集中供熱管網，其80%以上的建築都可以與城市集中供熱管網連接。由於目前的熱電聯產電廠是“以熱定電”的運行模式，冬季不再為電網做電力調峰，導致前文所述的大量棄風棄光現象。因此，針對我國北方電網缺少靈活電源的現狀，應大規模開展燃煤電廠的熱電協同改造。
此外，熱電聯產電廠輸出的熱力與電力之比往往都低於其所在區域需求側最大的熱力與電力之比，導致嚴寒期用電低谷的時段熱電聯產熱量不足而電力過剩，供給側和需求側的熱電比嚴重不匹配。因此，儘管熱電聯產是能源轉換效率最高的方式，但在很多製造業比例較低的消費型城市還不能用熱電聯產方式為城市提供全部供暖熱量，必須輔以其它熱源形式。為此，需要在這些城市發展一定數量的熱泵供熱，增加需求側的用電量，減少對熱電聯產熱源熱量的需求。對於北京來說，合理的匹配應該是熱泵提供三分之一建築的供暖，熱電聯產提供其餘三分之二建築的熱源。這才是整體上一次能源消耗量最少，各種污染物排放最少的整個北京冬季建築供暖的熱源方案。只是目前離這個目標還有不小的距離。
建築密集度低的北方廣大農村，集中供熱網的投資高，運行效率低，應發展分散的供熱方式。除了個別利用工業餘熱和生物質能的供熱外，最現實的、高效的和可操作的方式就是分散的空氣源熱泵方式，這也是北京郊區經過多次反復後，最終作為清潔取暖方式而大量推廣的主導方式。目前在農村推廣的空氣源熱泵供暖有每戶一套的空氣源熱泵熱水系統和每室一台的空氣源熱泵熱風機兩種方式。前者用熱泵制取熱水，再通過熱水經過房間散熱器迴圈實現供暖。該方式要求系統長時間連續運行；而熱泵熱風機直接向房間送熱風，啟動後僅十餘分鐘就可達到要求的供暖效果，更適合間歇供暖。我國目前農村大多是常年老人和兒童居住，週末和假期全家團聚。每戶多個房間平時只用一兩間，團聚時才全部使用。因此可否高效地實現間歇供暖，成為選擇農村清潔取暖方式的關鍵。
此外，熱泵熱風機還可以按照“需求側回應”方式運行，在電力部門的統一協調下，通過互聯網技術統一調度，參與電力調峰。在農村採用這種方式運行，可以使安裝在農村的巨量的空氣源熱泵成為巨量的電力峰穀差調節裝置。這在實現農村清潔取暖，改善生活狀況的同時，也為破解電力系統的難題、緩解棄風棄光現象找到一條新的途徑。由於參與電力削峰填谷，農民也可以獲得低價電費的回報，這就又為減輕清潔取暖改造的經濟壓力找到一條新的出路。
作者簡介:江億，中國工程院院士，清華大學教授，清華大學建築節能研究中心主任。目前主要從事建築節能領域的研究工作，是國務院能源諮詢專家委員會成員，國家氣候變化專家委員會成員，建設部科技委委員；主持編寫每年的《中國建築節能發展研究年度報告》，並獲得二項國家級科技發明二等獎，二項國家科技進步二等獎等獎項。
其COP都可以達到5到6。同時，燃煤電廠的總熱效率可達到80%以上，燃氣蒸汽聯合迴圈電廠的總效率也可達到75%以上。近年來提出的“吸收式迴圈”新流程（2012年獲得國家發明二等獎），燃煤熱電聯產的等效COP可達到7.5，總的熱效率達到93%，燃氣蒸汽聯合迴圈的熱電聯產的等效COP也可以接近7，總的熱效率達到88%，當採用多種煙氣潛熱深度回收技術時，其總的熱效率按照低位熱值計算，還可以再提高10~14個百分點。這應該是目前其它的熱電轉換方式都很難獲得的高效率，因此可以認為熱電聯產是具有能量利用效率最高的電―熱轉換方式。
地源熱泵方式。在地下埋管，通過埋管中的迴圈水與地下砂石黏土換熱，提取地層中的熱量，再通過熱泵提升熱量的品位，以滿足建築供熱需求。對於埋深為100米左右的地下埋管，換熱後的迴圈水一般在10到15℃之間，熱泵的電―熱轉換效率為3到4。近年來我國西北地方研發成功2000米到3000米深的地下埋管熱泵系統，迴圈水出水溫度可以達到20到30℃，從而其熱―電轉換效率COP可達4到5。
空氣源熱泵方式。從室外空氣中獲取熱量，再通過熱泵提取其熱量品位，以滿足建築供暖需求。當室外空氣溫度在0℃左右時這種方式可以實現的電―熱轉換效率COP可達到3。由於這種方式很少受條件限制，在長江流域地區一直是最合適的建築供暖熱源。近年來我國在此方向的技術進步迅猛，已經把空氣源熱泵的適用範圍擴展到零下20℃的低溫環境。在―20℃下幾種空氣源熱泵的COP已經可以達到2，制熱量也可達到標稱工況的70%以上。這就使得空氣源熱泵在絕大多數地區都可以作為高效的電熱轉換方式。中國的空氣源熱泵技術目前處國際領先地位。
除了高效的電―熱轉換方式外，利用工業生產過程排出的低品位餘熱供熱，也是清潔供暖的重要熱源。我國目前鋼鐵、有色、化工、煉油、建材五大高能耗產業在北方冬季排放的熱量足以承擔北方城鎮一半以上建築冬季供暖的需求。如果僅利用其70%，也可以每年節約供暖用能1億噸標煤。目前在唐山遷西、內蒙赤峰都有成功的工業餘熱供暖示範工程，每個工程供暖建築面積都超過300萬平米。
再有就是利用生物質能直接燃燒供熱或制取生物質燃氣作為供熱熱源。這在生物質資源豐富的內蒙、東北等地區也有很多成功案例。
以上列舉了清潔取暖的多種熱源方式。怎樣選擇和組合上述方式，實現清潔和經濟的供暖，並且實現熱電協同，緩解目前冬季的棄風棄光現象呢？這又取決於被供暖建築的密集程度。可簡單地把北方地區分為建築高密集度的城鎮建築和低密集度的鄉村建築兩類。
我國北方地區中等以上城市都已建成較完善的集中供熱管網，其80%以上的建築都可以與城市集中供熱管網連接。由於目前的熱電聯產電廠是“以熱定電”的運行模式，冬季不再為電網做電力調峰，導致前文所述的大量棄風棄光現象。因此，針對我國北方電網缺少靈活電源的現狀，應大規模開展燃煤電廠的熱電協同改造。
此外，熱電聯產電廠輸出的熱力與電力之比往往都低於其所在區域需求側最大的熱力與電力之比，導致嚴寒期用電低谷的時段熱電聯產熱量不足而電力過剩，供給側和需求側的熱電比嚴重不匹配。因此，儘管熱電聯產是能源轉換效率最高的方式，但在很多製造業比例較低的消費型城市還不能用熱電聯產方式為城市提供全部供暖熱量，必須輔以其它熱源形式。為此，需要在這些城市發展一定數量的熱泵供熱，增加需求側的用電量，減少對熱電聯產熱源熱量的需求。對於北京來說，合理的匹配應該是熱泵提供三分之一建築的供暖，熱電聯產提供其餘三分之二建築的熱源。這才是整體上一次能源消耗量最少，各種污染物排放最少的整個北京冬季建築供暖的熱源方案。只是目前離這個目標還有不小的距離。
建築密集度低的北方廣大農村，集中供熱網的投資高，運行效率低，應發展分散的供熱方式。除了個別利用工業餘熱和生物質能的供熱外，最現實的、高效的和可操作的方式就是分散的空氣源熱泵方式，這也是北京郊區經過多次反復後，最終作為清潔取暖方式而大量推廣的主導方式。目前在農村推廣的空氣源熱泵供暖有每戶一套的空氣源熱泵熱水系統和每室一台的空氣源熱泵熱風機兩種方式。前者用熱泵制取熱水，再通過熱水經過房間散熱器迴圈實現供暖。該方式要求系統長時間連續運行；而熱泵熱風機直接向房間送熱風，啟動後僅十餘分鐘就可達到要求的供暖效果，更適合間歇供暖。我國目前農村大多是常年老人和兒童居住，週末和假期全家團聚。每戶多個房間平時只用一兩間，團聚時才全部使用。因此可否高效地實現間歇供暖，成為選擇農村清潔取暖方式的關鍵。
此外，熱泵熱風機還可以按照“需求側回應”方式運行，在電力部門的統一協調下，通過互聯網技術統一調度，參與電力調峰。在農村採用這種方式運行，可以使安裝在農村的巨量的空氣源熱泵成為巨量的電力峰穀差調節裝置。這在實現農村清潔取暖，改善生活狀況的同時，也為破解電力系統的難題、緩解棄風棄光現象找到一條新的途徑。由於參與電力削峰填谷，農民也可以獲得低價電費的回報，這就又為減輕清潔取暖改造的經濟壓力找到一條新的出路。
作者簡介:江億，中國工程院院士，清華大學教授，清華大學建築節能研究中心主任。目前主要從事建築節能領域的研究工作，是國務院能源諮詢專家委員會成員，國家氣候變化專家委員會成員，建設部科技委委員；主持編寫每年的《中國建築節能發展研究年度報告》，並獲得二項國家級科技發明二等獎，二項國家科技進步二等獎等獎項。