【城市区域能源系列】什么是区域能源？

2018-08-21 10:22:02 交能网　点击量：评论 (0)

城市区域能源是一种冷、热、水、电协同作用的区域能源解决方案，其应用早在一百多年前就已经开始，但到目前仍有巨大潜力。

在上期中我们了解了区域能源的概念。那么为什么越来越多的城市开始重视区域能源供应的建设?对比在遥远地区发电后千里迢迢输送到城市能源消费者身边，我们为什么又要在自己的身边解决能源生产的问题?这样会增加成本、让城市的污染更为严重吗?在这期区域能源系列中，您能了解它的诸多优点，也能够找到之前问题的答案。

国际能源组织(IEA)与华尔街日报在2011年针对能源转型问题，对全球范围内45个城市的能源供应现状进行了调查。调查报告的结论中高度肯定了区域能源对于接入可再生能源、提高能源效率方面的作用，认为其是可持续能源转型的“基石”，实现减排目标的“良方”。除了从国家能源政策的角度出发外，以城市尺度考虑，甚至从能源终端消费者的利益出发，利用区域能源技术都能获得良好的收益。这体现在以下几个方面：

减少温室气体排放

在区域能源系统中可以使用非化石能源，这就是一种直接有效的减少一次能源消耗和二氧化碳排放的方法，通常能够减低30%以上，并且保持能源系统的经济性。

改善空气污染

通过减少化石燃料消耗，减少二氧化硫、氮氧化物、颗粒物排放，从而减少室内和室外空气污染以及对周围人群健康产生的负面影响，从长远看来甚至能够减少空气净化设备支出和大众医疗支出。

提升能源效率

通过合适的技术手段，特别在用热需求和用电需求同时存在的地区，综合能源效率能够得到很大提高，甚至达到90%(芬兰赫尔辛基热电能源站的效率在运行中达到了93%)。区域能源系统在低品位能源利用和能源互联方面，对于提升能源效率，有自身独有的优势。

1. 低品位能源利用

高品位能源指的是那些能够达到较高工作温度、较高熵的能源形式，比如燃气轮机或者燃煤机组，都能产生超过300度的高温蒸汽。这样的能源如果直接利用在生活热水、房屋供暖方面，就如同是“杀鸡用牛刀”，将其高品位的温度区间统统浪费。这类的低品位能源需求完全可以用其它的技术形式来替代。

空调就是利用高品位能源(电力)驱动来获得低品位热能的典型例子。在某些气候条件下(比如在迪拜)，空调能够在城市电力消耗中占到70%的比例，对当地电网也造成了巨大的负荷，这在发展中国家尤为突出。发展区域能源网络是让低品位能源发挥用武之地的唯一途径，这样才能避免直接使用电力或者化石燃料来满足低品位供热供冷需求，利用区域网络引入工业废热、热电联供、水源供冷等，实现低品位能源的利用。

2. 能源互联优势

建设区域网络除了能够创造低品位能源的利用途径外，也能充分发挥连入区域的能源设备，提高整体的能源利用效率。例如利用大容量储热设备，供冷/热需求可以以小时、日甚至月为跨度转移，使是生产侧负荷曲线更为平缓，减低供冷/热成本。热电联产机组在有大容量储热设备的支持下，可以根据电力市场的价格，灵活调整发电计划，同样能保障供暖，这比建设电池储能实现调峰更具成本优势。同时临近的能源站借助区域网络也能互相平衡负荷，从而减少对主干网络的依赖和冲击。

提高本地可再生能源利用效率

通过区域能源系统，不同消费者的热量需求可以汇总，达到可以利用可再生能源的规模。在这之前，在家庭或建筑层面不具有经济可行性。这种社区规模的方法使得能够使用所有者合作，需求聚合，创造新的服务模式。目前欧盟范围内至少有20%的区域热量来自可再生能源。在发展中国家，也可以利用现成的可再生能源，如垃圾填埋气，用于区域能源用途。

在电力供过于求时，一些国家已经开始使用区域供热系统来利用多余的可再生电力(特别是来自风能和太阳能)，无论是通过热泵还是直接使用电加热。在丹麦将可再生电力与热电联产和区域供热相结合，现已成为该国能源政策的基石。当可再生能源输出较低时，即使没有足够的供热需求，热电联产电厂也可以提供电力，而将产热储存起来。

图：丹麦风电场

与丹麦类似的风电利用也在我国内蒙展开了试点。内蒙作为风电大省，受制于外送通道，弃风的情况常年存在。特别是在冬季供热需求增大时，热电厂负荷增大，更阻碍了风电上网消纳。自2013年开始试点的风电供暖，就是以风电为电源，以电锅炉替代燃煤锅炉供暖，或者住户直接安装电暖气采暖。目前，蒙东地区已有7家风电企业参与风电供暖试点，发电装机为58万千瓦，总供热面积已经增加到92.9万平方米，一年可消纳风电约5000万千瓦时。

保障能源供应安全

随着可再生技术变得更具成本竞争力，区域能源网络能够推动未开发的废热源、地热和太阳能热等技术分阶段开发和利用。这样也不会将城市置于单一燃料来源的控制下，有助于保护当地经济免受全球市场上化石燃料价格波动的影响。例如瑞典哥德堡在上世纪70年代石油危机后就开始建设区域供热网络，目前已经达到1300km、覆盖60%城市居民的规模。大规模的供热网络建设使得多种替代能源供热成为可能，通过废热利用，哥德堡已经能满足70%的供热需求，而石油等化石燃料在其中的比例，已经低至10%的水平。在原油价格频繁波动的形势下，替代能源能够保障国家能源供应安全，规避风险。