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編者按：分布式供能在我國的發(fā)展是從世紀之交開始的。最早的成功案例是1995-1997年上海浦東新機場的冷熱電聯(lián)供能源站。我國政府機構(gòu)開始介入分布式供能領(lǐng)域始于2011年的四部委聯(lián)合通知——《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》(發(fā)改能源[2011]2196號)，隨后中國城市燃氣協(xié)會等行業(yè)組織先后設(shè)立了“分布式能源專業(yè)委員會”。

而區(qū)域能源概念在中國的提出和組織機構(gòu)的成立則晚于此。首次有中國人參加的國際區(qū)域能源協(xié)會是2015年6月28日在美國波士頓召開的第106屆年會。2016年中國建筑節(jié)能協(xié)會成立了區(qū)域能源專業(yè)委員會，直到不久前才開始與政府有關(guān)機構(gòu)建立聯(lián)系。人們一般認為這是兩個不同的領(lǐng)域和不同的概念，其實不然，要理解這一點還須從歷史的回顧說起。
二者不同發(fā)展歷史和共同點

1、區(qū)域能源具有悠久的歷史

區(qū)域能源(District Energy)概念是在20世紀初、第一次工業(yè)革命中期工業(yè)由“小而分散”向“大而集中”時代發(fā)展起來的，其旨在高效滿足區(qū)域內(nèi)所有用能需求 。“區(qū)域”可以是一個城市、一個工業(yè)區(qū)或大型住區(qū)，也可以是一個小區(qū)或建筑群，涵蓋從熱電聯(lián)產(chǎn)，到集中供暖、區(qū)域供冷、供電等各種技術(shù)措施，100多年來其內(nèi)涵在不斷進化。紐約市最近提出“能源區(qū)塊鏈”的概念，以實時和公開記錄的能源交易大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)鄰近區(qū)域內(nèi)各種能源終端利用的優(yōu)化耦合，這是區(qū)域能源概念的新進展。

區(qū)域能源包括政策、商業(yè)模式、市場成熟度、技術(shù)積累和本地資源。服務(wù)商包括設(shè)備廠商、運營商、能源服務(wù)公司、電力企業(yè)以及相關(guān)機構(gòu)，尤其是能源站運營管理服務(wù)商作用很大。重點從前期的單純規(guī)劃向建設(shè)、后期運營偏重。

國際區(qū)域能源協(xié)會成立于20世紀初。100多年來隨著工業(yè)化進程推進，美國建立了大批百兆瓦級的工業(yè)或社區(qū)區(qū)域能源系統(tǒng)。 50年前日本完成第二次工業(yè)革命時興建了許多多種終端用能總體優(yōu)化匹配的工業(yè)園區(qū)，能效大幅度提高。以丹麥和瑞典為代表的較小國家也發(fā)展了另一類區(qū)域能源模式。中國近30年才開始經(jīng)濟騰飛，第一次工業(yè)革命所標志的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化還在進行中，是其區(qū)域能源發(fā)展較晚的歷史原因。

2、分布式供能的由來

分布式供能譯自英文Distributed Energy System(下稱DES)。最早按字面直譯為“分布式能源系統(tǒng)”，其實質(zhì)是一種先進的供能系統(tǒng)。DES產(chǎn)生于第二次工業(yè)革命中后期、工業(yè)和建筑物燃料用一次能源由煤和石油向天然氣轉(zhuǎn)換的歷史階段，在美國是1970年代，其他國家稍晚。

DES由兩個不同角度催生：其一是電力生產(chǎn)的集中和分散。100多年來，盡可能提高效率、降低成本的目標促使電力生產(chǎn)越來越集中和大型化，電站規(guī)模達到幾個吉瓦。大電網(wǎng)覆蓋上百萬平方公里范圍。 但因上世紀末以來發(fā)生了多起大面積停電事故，而促使人們重新考慮分散式供電。 2003年北美大停電后紐約、墨西哥各自在負荷中心新建了數(shù)個幾十兆瓦級的較小型天然氣發(fā)電設(shè)施。除了保障供電和協(xié)助大電網(wǎng)黑啟動之外，就地直供也能節(jié)省絕大部分輸變電費用;其二是提高能效。按照熱力學第二定律，化學能轉(zhuǎn)換為電力的效率不可能為100%，必定有一部分以較低溫位的熱量形式排放到環(huán)境。按“高熱高用、低熱低用”的高效用能原理，這些原來排棄的低品位能量在分散式供電下可以通過冷、暖、熱水、蒸汽等形式供給用戶，可使能效達到70%以上。但對集中的吉瓦級大電廠并不經(jīng)濟。

迄今為止，國際上并沒有給DES下“定義”。國際分布式能源聯(lián)盟的解釋是：“設(shè)在負荷中心，向用戶就地聯(lián)供冷熱電蒸汽終端用能的高效系統(tǒng)”，即DES/CCHP。“就地、高效”實際上已經(jīng)界定了其最大規(guī)模：即冷熱電蒸汽供應都在經(jīng)濟輸送距離內(nèi)。蒸汽和采暖熱水的經(jīng)濟輸送距離原來認為是8-10 km，近年來由于隔熱和降低輸送功耗技術(shù)突破，已經(jīng)可達20km以上。10kV電力經(jīng)濟輸送距離1-2 km, 110kV以上遠得多。在我國，住建部規(guī)范的區(qū)域供冷系統(tǒng)(DCS)的5-12°C冷水輸送距離在1.5km之內(nèi)。但在一個能源站DES可帶動幾個DCS的情況下，多個DCS可覆蓋的范圍就是幾十平方千米了。通常被稱作區(qū)域型DES/CCHP。例如，2011年規(guī)劃建設(shè)的珠海橫琴新區(qū)冷熱電聯(lián)供能源站就是有2臺9F機組的一個能源站、11個區(qū)域供冷站，以及多個熱水供應站組成。

為什么發(fā)達國家90%以上的DES項目都是小的“用戶型”甚至“樓宇型”呢?回顧歷史便知，在DES發(fā)展的1970年代左右，發(fā)達國家第二次工業(yè)革命都已完成，城鎮(zhèn)建設(shè)更已定型。在已建成和定型的城市中建設(shè)區(qū)域型DES受到三方面的限制：

一是既有建筑物和市政設(shè)施使供、熱、蒸汽管道的敷設(shè)或不可能(特別是在土地私有的國家)，或者投資倍增;二是各個用戶原來已經(jīng)投資自建了供應冷、熱、蒸汽的設(shè)施，如果沒有達到經(jīng)濟壽命，會使新規(guī)劃的CCHP系統(tǒng)投資大大增加;三是商業(yè)運作比新建區(qū)大，合作投資建設(shè)受眾多用戶觀念各異制約。外部的投資主體面臨說服所有用戶、協(xié)調(diào)利益關(guān)系等問題。所以既有城區(qū)的大部分項目只能因地制宜在有限空間內(nèi)建設(shè)小型的，才能夠取得經(jīng)濟效益。

3、區(qū)域能源與分布式供能的異同

總的來說，兩者都是以提高能效，從而能更經(jīng)濟和碳減排為目標。具體來說：

共同點之一：都不涵蓋全部能源利用系統(tǒng)，而限于能源轉(zhuǎn)換傳輸子系統(tǒng)。整個能源系統(tǒng)包括終端利用、轉(zhuǎn)換傳輸、回收再利用三個子系統(tǒng)(環(huán)節(jié))。由于各不同用戶的能量利用和能量回收兩個環(huán)節(jié)的內(nèi)涵各自不同，宏觀規(guī)劃都只涵蓋由一次能源轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)嚼錈犭娬羝h(huán)節(jié)，不可能過細深入。以建筑物為例，暖通空調(diào)只決定一次能源轉(zhuǎn)換傳輸?shù)嚼錈徇^程的效率，而單位面積供能需求則由圍護結(jié)構(gòu)和余熱回收所決定。對此方面要求極為嚴格的歐洲供暖負荷標準是20-25 W/m2。同緯度我國是50 W/m2，即使轉(zhuǎn)換能效100%能耗也不可能低于50 W/m2?？梢娹D(zhuǎn)換傳輸效率提高并不是能耗降低的全部內(nèi)涵。

共同點之二：都是以冷熱電聯(lián)供作為提高轉(zhuǎn)換傳輸效率的最主要手段。

工業(yè)和建筑物能源終端利用形式可以歸納為電、熱(包括冷、暖、蒸汽)兩種。冶金、化工、醫(yī)藥等過程工業(yè)，電/熱約為2/8，“熱”包括高、中溫工業(yè)爐供熱、蒸汽和冷。機械、電子、輕工等離散制造業(yè)，電/熱大約為8/2，“熱”主要是廠房供冷暖，建筑物包括住宅和三產(chǎn)，主要終端耗能是供冷暖和熱水，電/熱目前為2/8，未來有可能趨向3/7。所以工業(yè)和建筑物合起來大致是電/熱各半。所以在以節(jié)能為第一要義的未來可再生能源為主的時代，必走通過冷熱電聯(lián)供提高能效之路。區(qū)域能源的范圍是從人口聚居，產(chǎn)業(yè)集聚或行政區(qū)劃角度考慮的。一個大的、覆蓋上百平方千米的區(qū)域，可以設(shè)置幾個DES/CCHP。這就是區(qū)域能源與DES的關(guān)系。例如，面積163平方千米、遠期人口53萬人的西安市副中心和信息產(chǎn)業(yè)基地的陜西西咸新區(qū)灃西新城,在2013年制訂的區(qū)域能源規(guī)劃中，就包括了兩個DES/CCHP，6-8個DC(W)S，還采用了遠程CHP電廠低溫余熱為主、包括熱泵、地熱等復合的供暖系統(tǒng)。

共同點之三：都面臨化石能源替代的歷史轉(zhuǎn)折。2015年的巴黎協(xié)議、2016年杭州會議提出的G20 能源宣言都指出了這個發(fā)展方向。非化石能源到世紀中占比可達40-50%，到本世紀末將達80%。可再生能源本質(zhì)上是低能量密度、有利于分散就地利用的，當然也可在地廣人稀地區(qū)搞集中大規(guī)模水電、風電、光伏發(fā)電，但須付出超遠程輸送的代價。分散和集中也是相對的。百MW級太陽能熱發(fā)電和第四代小型百MW級核電也都可以用作區(qū)域型DES/CCHP的一次能源。

區(qū)別：除了規(guī)模大小和區(qū)域能源對DES的包容性之外，區(qū)域能源規(guī)劃還應該包括交通運輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的用能。規(guī)劃考慮的時間段更長，牽涉的生產(chǎn)關(guān)系和上層建筑的內(nèi)容更深。

走出熱電聯(lián)產(chǎn)的思維局限

——明確系統(tǒng)的主體

1、熱電聯(lián)產(chǎn)CHP是是第一次工業(yè)革命產(chǎn)生的技術(shù)。

基于將被排棄的熱用起來的思維，把發(fā)電燃料(當時是煤)作為主體和基數(shù)來計算能源利用效率。以“熱電比”為指標是因為產(chǎn)熱越多總效率越高。熱電聯(lián)產(chǎn)是相較于“熱電分產(chǎn)”的進步，但它只管“產(chǎn)”而不管蒸汽“供”和“用”是否合理。最典型案例是流行了幾十年的用1Mpa、160°C的蒸汽供20°C室內(nèi)溫度供暖，這是典型的“高能低用”?，F(xiàn)在已可把汽輪機復水器25-30°C的冷凝潛熱，藉吸收式熱泵升溫供暖了。

2、冷熱電聯(lián)供是第二次工業(yè)革命后期產(chǎn)生的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)。

冷熱電聯(lián)供DES/CCHP是第二次工業(yè)革命后期，天然氣為終端燃料時從CHP發(fā)展來的，主體是用戶。計算能效是以全區(qū)域全年8650 h/a累計的供能總量為分子，總一次能源消耗為分母。目前流行的“CCHP=CHP+蒸汽吸收制冷”觀點是過于簡單化的理解。如果要簡單表達應是“CCHP=CHP+科學用能、系統(tǒng)優(yōu)化”。DES/CCHP建模優(yōu)化的本質(zhì)是：選擇最優(yōu)化的拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)，使之能夠就近利用各種一次能源，經(jīng)轉(zhuǎn)換傳輸和儲存，滿足用戶對電力和冷、暖、蒸汽、熱水等各種終端用能源的、負荷實時變化的需求，達到最高能效、最經(jīng)濟、最少碳排放的目標。充分利用計算機和信息技術(shù)，進行系統(tǒng)建模優(yōu)化，才能求得最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)施組合和運營方案。

3、主體不同，系統(tǒng)規(guī)劃和效率計算完全不一樣。

首先，按“以熱定電”作的CCHP項目，為保夜間供熱也要運行，所產(chǎn)生的低谷時段電力強制上網(wǎng)，不僅沒有價值，而且增加電網(wǎng)調(diào)峰難度; 其次，按最大供冷、熱工況設(shè)計。實際運行時絕大多數(shù)均非設(shè)計工況，實際負荷率常常很低。以設(shè)計工況主機燃料為基數(shù)核算系統(tǒng)能效嚴重夸大; 第三，“聯(lián)產(chǎn)”思維局限導致“必須采用蒸汽吸收制冷”的不合理限制。不僅降低制冷效率，而且只要供冷就必須開啟主機，不問電力是否過剩，同時制約系統(tǒng)優(yōu)化運營; 第四，無供冷、暖季節(jié)時段大量余熱不能利用，或低效率運行、或停運，使全年運行時數(shù)減少，設(shè)備折舊費成倍增加; 第五，“并網(wǎng)不上網(wǎng)”催生“以電定熱”。為追求機組“高效”，只能提供用戶需求的冷熱的很少部分，而不考慮全局絕大部分用戶能效如何;第六，沒有把非24h/d連續(xù)運行的、特別是區(qū)域型的DES/CCHP協(xié)同電網(wǎng)調(diào)峰作為互利雙贏的普遍規(guī)律性的準則，把目前違背市場規(guī)律的電網(wǎng)壟斷視為不可改變的約束條件。