【城市区域能源系列】什么是区域能源？

区域能源是一种经过验证的能源解决方案，已在全球越来越多的城市中部署多年。 它代表了多种技术，旨在发展冷，热，生活热水和电力的生产和供应之间的协同作用。城市正在采用区域能源系统来实现重要的功用，包括：保障能源供应;减少对能源进口和化石燃料的依赖;社区经济发展和社区对能源供应的控制;当地空气质量改善;减少二氧化碳排放量;增加可再生能源在能源结构中的占比等等。

全球范围内区域能源应用现状

区域能源的贡献是巨大的，并在全球范围内增长。区域供暖满足了欧洲12% (Connolly，2012)和中国30%(亚洲开发银行，2014)的热需求，中国在2005年至2011年间的供热网长度翻了一番(IEA，2014a)。 在俄罗斯，区域供暖可以满足建筑物热量需求的50%。 在几个欧洲城市，几乎所有需要的供暖和制冷都是通过地区冷热网提供的。 全球最大的区域制冷能力在美国，功率为16千兆瓦热，其次是阿联酋(10 千兆瓦)和日本(4千兆瓦)(Euroheat&Power，2014)。 2009年至2011年间，韩国区域降温增加了两倍多(Euroheat&Power，2014)。

然而，现代区域能源系统的全部潜力仍未得到充分利用。 增长，翻新和新发展存在重大机遇。 例如，俄罗斯60%的网络需要维修或更换(IEA，2009); 中国主要是燃煤锅炉正在进行现代化改造;据预测，到2030年，在海湾国家，区域制冷可以提供30%的预测制冷需求，每天节省20千瓦的新电力容量和20万桶石油当量(Booz&Company，2012)。 在欧盟(EU)，414个垃圾焚烧发电厂焚烧的垃圾热值中，不到一半目前作为电力或热量被回收，并且近1亿吨非再生垃圾被存放在垃圾填埋场(Connolly，2012)。

在印度，主要城市空调制冷的需求给电力系统带来巨大压力，特别是在需求高峰时期，制冷成为了造成某些城市定期停电的主要原因。应对这种压力需要额外投资大量电力容量才能满足峰值需求。预计到2050年将有近4亿人迁往印度的城市中心(联合国，2014年)，预计到2030年将有15%的人口无法获得电力，该国电力系统的压力将会一直增加(IEA，2013))。 在孟买，估计该市40%的电力需求用于制冷，目前只有16%的商业和住宅建筑使用空调(Tembhekar，2009)。

为了解决这些差距，目前许多国家和地区包括欧盟，美国，中国和日本都设定了目标和规定，以挖掘现代区域能源的潜力(IEA，2014b)。 区域能源正在经历现代化，这有助于实现这种能源解决方案的全部潜力 - 不仅在经济和环境方面，而且在其与电力，卫生，污水处理，运输和废物等众多系统的整合能力方面。

区域供冷系统

区域供冷系统通过管道与冷藏相结合来供应冷水。冷水可以通过使用蒸汽轮机驱动或吸收式制冷机产生，吸收式制冷剂的热量通常来自发电或工业废热；抑或来自湖泊，河流或海洋等自由冷却源；或通过电动冷却器产冷。区域制冷的效率可以是传统分散式制冷机(如空调机组)的两倍以上，并且可以通过降低功耗和使用蓄热器显着降低高峰需求时期的用电量。

区域供冷在赫尔辛基和路易港等许多类型的城市都有重要的应用。对空调的较高需求使得电力系统经常处于超负荷状态，尤其是发展中国家的城市，越来越多的人口迁移到城市，冷却需求也在增长，区域供冷确实有效的解决了电力系统的长期紧张。另一方面，区域制冷减少了对环境有害的制冷剂的消耗，例如氢氯氟烃(HCFCs)和氢氟碳化合物(HFCs)。氟氯烃消耗臭氧层，而用氢氟碳化合物替代臭氧层意味着氢氟碳化合物排放量每年以8%的速度增长，预计到2050年将增加到相当于全球二氧化碳排放量的7%至19%(环境署， 2014)。随着全球制冷需求的激增，区域制冷变得越来越重要。从2000年到2010年，全球空间制冷能耗增长了60%(IEA，2014b)。

区域供暖系统

自19世纪80年代以来，区域供暖一直在使用，并且从那时起已经取得了显着进步。世界上许多区域供热系统需要现代化(即改装)以使它们达到可靠的标准。区域供热可以使用浪费掉的潜在热源以及可再生热源。下图显示了区域供热系统的历史发展，包括其提高的效率和热源的多样化。未来的区域供热标准被称为“第四代系统”，是发达的第三代网络的自然发展。与前几代相比，第四代系统在较低温度下运行，导致热损失减少，并且它们可以连接到具有低能量密度的区域(例如，具有许多低能耗建筑物的区域)。该系统可以使用各种热源，包括低等级的废热，还可以允许消费者提供热量。通过热量存储，智能系统和灵活供应，该系统可以提供成本很低的解决方案，可以创建将高水平可变可再生能源集成到电网中所需的灵活性。与传统的中心站生成工厂相比，第四代系统更靠近负载中心和发电机，这些系统的分布性和规模链接更多节点和类似网络的框架，通过多个点增强对网格的可访问性，使网络更加灵活。

(图：区域供热系统的历史发展，来源：District Energy in Cities)