引言北方地区人口基数大，土地面积约占全国总土地面积的20%，居住人口数量占全国40%左右，冬季采用热源以燃煤为主的区域锅炉采暖方式，大气污染随着冬季取暖需求增加而加重。根据《北方地区冬季清洁取暖规划（2017~2021年）》，截至2016年底，我国北方地区城乡建筑取暖总面积约206亿m2，传统能源取暖占83%、清洁能源取暖占17%，取暖用煤年消耗约4亿吨标准煤，排放大量CO2、粉尘、SO2和NOx[1]。大量使用燃煤取暖造成大气污染已成为迫切需要解决的环境问题，提升清洁取暖改造工程实施率、解决大气污染迫在眉睫。清洁供暖是使用清洁能源，如太阳能、风能等可再生能源，经过用能系统转换成清洁排放的一种供暖方式[2]。清洁供暖从能源供应侧降低传统能源煤炭使用率，开发清洁能源以减少大气污染颗粒物排放，推动北方地区冬季取暖工程可持续发展[3-4]。在农村实施清洁供暖有助于改善空气质量，推动北方农村生活方式变革，加速推广清洁取暖是改善农村公共服务设施的重要举措。1陕西省农村清洁取暖现状2018年6月12日，陕西省发展改革委、省财政厅等10部门联合印发《陕西省冬季清洁取暖实施方案（2017~2021年）》[5]，旨在加快推进陕西省冬季清洁取暖工作，促进大气污染物减排。规划到2021年，全省清洁取暖率达到70%以上。实现城镇地区以热电、燃气锅炉等集中供暖为主，分散式天然气、电、可再生能源等利用为辅的清洁取暖格局；农村地区综合采用天然气、电、可再生能源等取暖方式，加快替代散烧煤取暖。1.1清洁取暖发展陕西省处于我国南北方分界区域，陕南地区被划分到传统非供暖地区。截至2016年底，全省（关中和陕北）城乡建筑取暖总面积约9.2亿m2。其中，城镇建筑取暖面积7.3亿m2，农村建筑取暖面积1.9亿m2。关中和陕北地区取暖总面积分别为7.7亿m2和1.5亿m2。城镇地区主要以燃气锅炉集中供暖为主，城乡接合部、农村等地区主要以散烧煤取暖为主，2016年全省清洁取暖率约50%。1.2清洁取暖因地制宜关中地区因地形条件和气象条件综合作用导致冬季大气污染较为严重，需要率先开展清洁取暖工程改造，积极发展天然气、地热能供暖，35蒸吨/h以下燃煤锅炉全部拆除。陕北地区的太阳能、风能等可再生资源丰富，可以大力发展“太阳能+”清洁取暖模式，降低农村用户冬季取暖运行成本。陕南地区需遵循市场化、自主化原则，热源侧不得再使用燃煤取暖，要求清洁化排放。陕西各城市清洁取暖改造面积如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.025.T001表1陕西各城市清洁供暖改造面积城市热源侧改造面积既有建筑节能改造面积西安21 1811 765.0宝鸡4 324372.0咸阳9 6101 254.0渭南10 291240.0铜川730131.0杨凌97.8延安2 854587.0榆林2 6191 181.0万m21.3榆林市清洁取暖发展1.3.1榆林市清洁取暖实施规划2021年4月，财政部自然资源和生态环境局、住房城乡建设部标准定额司、生态环境部大气环境司和国家能源局电力司四部门发布《2021年北方地区冬季清洁取暖项目竞争性评审结果公示》，榆林被纳入试点范围，补贴3亿/a，周期为3年。2021年8月，榆林市人民政府印发《榆林市冬季清洁取暖实施方案（2021~2023年）》，文件指出清洁取暖改造工程坚持“宜热则热、宜气则气、宜电则电、多能互补”原则，在保障能源供应的前提下，加快构建以集中供热、天然气供热为主，以电、光热、风热等清洁能源利用为辅的清洁取暖体系。1.3.2榆林市区域优势榆林日照强烈，晴朗天气较多、辐射强度高，太阳能资源开发利用具有得天独厚的优势条件。榆林当地年太阳辐射高达5 000 MJ/m2，且近年来呈增加趋势。榆林农村大部分位于偏远地区，冬季集中供暖、天然气供暖管道设施建设难度较大且成本高昂，不具备经济性，利用可再生能源太阳能制备“液态阳光”甲醇取暖安装简单、经济性好。2“液态阳光”甲醇清洁取暖技术2.1“液态阳光”原理“液态阳光”指利用太阳能、风能等可再生能源发电，将水电解为氢气和氧气，再由氢气和工厂中捕获的二氧化碳反应生产甲醇[6]。以甲醇为载体实现太阳能等清洁能源的储存、运输及利用。传统煤制甲醇工艺生产1 t甲醇约排放2~3 t二氧化碳，“液态阳光”技术为国家完成“双碳”目标作出重要贡献。“液态阳光”甲醇合成工业化技术路线如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.025.F001图1“液态阳光”甲醇合成工业化技术路线2.2“液态阳光”甲醇燃料清洁取暖市场“液态阳光”甲醇燃料是绿色、环保的液态燃料，在汽车、船舶、锅窑炉、民用灶具等领域应用广泛。根据《中国甲醇燃料行业调研报告（2020年）》，甲醇在供热锅炉与家用采暖炉、工业窑炉、灶具等热力燃烧领域的应用提速势头迅猛，2019年我国甲醇燃料消耗分布如图2所示。我国甲醇燃料消费量达569.8万t，热力燃烧领域消耗的甲醇占比为87.8%，锅炉、家用采暖炉、窑炉的甲醇总计消耗量为210.6万t，市场需求较大。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.025.F002图22019年我国甲醇燃料消耗分布2.3“液态阳光”甲醇清洁取暖技术目前，市场主流甲醇清洁取暖技术为双相自雾化燃烧新技术[7]，技术将进入燃烧机的甲醇液体燃料分为两路，极少量的一路甲醇液体进入专用恒温气化器，相变为甲醇气体，甲醇气体在燃烧器雾化喷嘴内对另一路大量的甲醇液体燃料进行介质雾化，无须另设雾化介质和设备，由于雾化介质是高温甲醇燃料气体，雾化效果好，简化了传统介质雾化的辅助设备，雾化介质就是燃料，燃烧效果更好。3“液态阳光”甲醇清洁取暖应用3.1采暖系统家用甲醇采暖炉系统适用于100~280 m2采暖面积建筑，采暖炉具备一键启动、定时开启、火焰检测、报警预处理等功能，配置散热片自动温控阀，更节能舒适。系统配置压差旁通阀，确保运行更可靠。采用甲醇采暖炉采暖的同时也能提供生活热水，可用于日常洗漱、卫浴。家用采暖炉系统如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.025.F003图3家用采暖炉系统3.2试验示范2021年基于榆林当地实际情况，探索农村清洁取暖方式，解决管道天然气无法到达地区的清洁供暖问题；在榆林市小纪汗安装一台24 kW甲醇采暖炉，采暖面积200 m2，经过一个取暖季运行，系统运行效果良好，费用总计3 633.7元。榆林地区甲醇采暖炉运行数据如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.025.T002表2不同取暖模式优缺点采暖方式优点缺点空气源热泵适用范围广、运行成本低、无污染、无燃烧产物排放结霜问题，对外界环境温度依赖过大；压缩机容易烧坏；换热器和套管换热器容易结垢断裂。天然气壁挂炉热效率高、烟尘及SO2的排放量低、经济性较好天然气管道铺设成本高、难度大；供应保障能力较弱.电制热供暖布置灵活、无污染物排放、种类繁多、选择性多电网改造难度大、供暖成本高燃煤取暖经济性较好、使用习惯不完全燃烧容易发生CO中毒甲醇采暖炉热效率高、液体燃料储运安全、经济性较好市场区域影响大、从业企业规模较小10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.025.F004图4榆林地区甲醇采暖炉运行数据3.3不同取暖模式经济性分析针对不同取暖热源，分析甲醇采暖炉、空气源热泵、天然气、电、清洁型煤取暖方式的初装成本、运行成本。不同取暖方式的初装、运行成本如表3所示。甲醇清洁取暖模式可行，初装成本居民可承受，运行成本较低，居民使用反响较好，具有一定的市场竞争力。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.025.F005图5不同取暖方式的初装、运行成本3.4不同取暖模式分析随着北方地区冬季清洁取暖工程稳步推进中，散煤治理也在全力推进，重点需要考虑农村居民的可承受性，不同取暖模式优缺点如表2所示。各地区资源不同，经济水平不一致，居民接受程度也不同，因此各地选择清洁取暖路线时不可盲目复制他人路线，需要因地制宜。4结语（1）清洁取暖改造工程需因地制宜，陕北地区的太阳能、风能等可再生资源非常丰富，可大力发展“太阳能+”清洁取暖模式。（2）清洁取暖改造工程需从初装成本、运行成本两个方面考虑，确保居民用得起、用得久，综合考虑“液态阳光”甲醇清洁取暖模式非常适合。