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【中心动态】国际能源署《中国区域清洁供暖发展研究报告》阅读摘要

Time : 2018-03-14 17:22:20

1月25日,国际能源署(IEA)在清华大学发布了《中国区域清洁供暖发展研究报告》,对中国的供热布局及技术现状、面临问题及发展趋势进行了分析。APSEC组织人员学习,整理出了报告阅读摘要。

随着中国城镇化快速发展和热舒适需求不断增加,未来几十年供暖和供冷系统的能源消费必将大幅增加,这会给能源供应和环境造成重大压力。

中国具有世界上最大的区域供暖系统,管网长度超过20万公里,供暖面积将近90亿平方米。煤炭依然是热力生产的主要燃料,但正在快速向其他燃料转变,例如,天然气、地热或余热。释放清洁集中供暖系统的潜力是中国城市发展战略的关键所在。现代区域能源系统在提高能源效率和减少温室气体排放的同时,可以提供可靠的供暖和供冷服务,是实现能源行业转型的灵活、高效的媒介。

本报告以中国的城镇化和政策框架为背景,重点介绍了能够实现区域能源供应系统低碳化、效率最大化的各种经济有效的可选方案和商业模式。清洁高效的区域集中能源供应系统是缓解气候变化和空气污染的重要途径,摆脱煤炭,同时又可以降低家庭和企业的成本,改善舒适度。

本报告分为四个主要部分:

• 当前形势和政策框架评价

• 建设更加清洁的集中能源供应系统的发展机遇和解决方案

• 商业模式和定价方案

• 中国国情下的政策建议

一、当前形势和政策框架评价

快速发展的城镇化推动了较寒冷的北方采暖地区的室内采暖能源需求和能源消费。城镇供暖方式主要为集中供暖,人口较少的城镇和村庄已经开始出现规模较小的集中供暖系统。

通过改善城区规划,增加管网密度,提高分布式能源潜力,包括升级改造北方采暖地区现有集中供暖管网,可以大幅提升中国的集中供暖管网。目前集中供暖覆盖建筑面积的官方数据,清华大学建筑节能研究中心的估算表明,到2030年时,集中供暖面积可能达到200亿平方米。

政策支持方面,中国的几个五年计划都提到了集中能源供应系统的发展,特别是集中供暖。2017年12月,国家发改委、国家能源局、环保部、住建部等十部委共同编制了《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》,该规划将系统组织北方地区实施未来五年的清洁供暖改造工作,三年以后实现替代散煤7400万吨,五年之后替代散煤1.5亿吨,集中供暖和清洁供暖比例达到50%以上。

二、建设更加清洁的集中能源供应系统的发展机遇和解决方案

1. 提高能效

最干净通常也是最便宜的能源是通过提高能效节约出来的能源。三类能源效率能够改善集中能源供应系统:

(1)能源需求效率

在建筑层面,提高建筑围护结构和热力输配系统能源效率的措施以及通过供暖管理措施减少室内采暖需求。也通过使用更高效的水龙头、淋浴喷头和其他更高效的设备,通过采取能源管理措施减少热水需求。

(2)能源输配效率

主要通过采用保温、传感器和控制系统,以及改善能源管理来提高能源输配效率。影响总体能源输配效率的关键因素有两个:输配管线的长度和输配热力的温度。中国目前的热网损失是热力生产的3%到5%(清华大学建筑节能研究中心,2017)。

(3)能源供应效率

一方面可以通过利用更好的技术或燃料类型、提高技术效率。另一方面,“免费”热能和冷能,例如工业或污水余热回收,一般来说在单体建筑层面是不可行的。也可以包括更好的利用现场热力,例如,利用热电联产技术回收电力生产中的热力。太阳热通常具有较低的温度,这可能要求采用热泵进行增温,用于高温输配管网。

2. 余热利用

对于不会额外增加热力生产的集中供暖系统而言,通过热力管网提供余热可能会是宝贵的能源利用机会。

(1)利用热电联产进行余热回收

先进的燃煤发电技术能够使发电效率提高45%,剩余55%能量通过余热排出。这为利用余热满足区域供暖需求提供了极佳的机遇,例如使用热电联产技术供暖。热电联产机组最常用的技术是在进入低压涡轮机之前抽取蒸汽,用蒸汽-水热交换器将热量传递给区域供暖。

(2)工业余热利用

在水泥工业中,在窑炉中把石灰石煅烧成石灰用于制备熟料是能耗最多的生产环节,为工业余热回收提供了巨大的潜力。最先进的干法窑炉系统已经包括工业余热回收利用技术。在利用工业余热回收进行供暖和供冷方面,还存在其他机会。例如,铝业中高温工业余热回收机会巨大(IEA,2017a),回收低温余热也是可能的。集中供暖系统的另一余热回收方案是核能热电联产,这在中国尚未进行充分探索。

3. 可再生能源的利用

目前,全球范围内可再生能源在供暖行业的作用依然很小,只占到2015年全球热力消费的9%。集中供暖管网可以促进可再生能源的部署,因为其规模经济效益可以凸显由于建筑规模而受局限的可再生热力装机的成本优势,因为并入网络比将可再生能源技术并入单个建筑更加容易。

生物质能:瑞典、立陶宛、丹麦的集中供暖系统在生物质利用上取得很好的应用。中国拥有丰富的生物质资源,并且已经建立了各种形式的固体生物质供暖燃料的市场。中国固体生物质用于供暖的最佳机会初期会在工业部门和附近具有生物质资源的乡镇和农村的集中供暖系统。

太阳光伏:可再生供冷解决方案也包括利用可再生能源电力,特别是太阳能光伏系统—高辐射水平与峰值制冷需求正好契合,以及使用太阳热能或其他可再生热源的热泵和吸收式制冷机。许多集中能源供应系统会把供暖、供冷和发电结合起来,通常使用三联供。

经济性:一般而言,在集中供暖系统中的应用比单体建筑中的应用要便宜很多。地热集中供暖系统与化石燃料相比通常很有竞争力,成本范围在45美元/热兆瓦时到85美元/热兆瓦时之间。用于集中供暖的大型太阳热能系统比小型屋顶系统要便宜很多。带季节性存储的大型系统平均成本是54美元/热兆瓦时,但是典型的小型家用系统成本是134美元到205美元/热兆瓦时。与单体建筑中容量较低的装机相比,用于集中供暖的生物质供暖和生物质热电联产机组的投资成本会从规模经济效益中获益。

三、集中能源供应商业模式

区域集中能源供应系统商业模式包括能源服务产业链上一系列的所有权、融资和收入选择,从生产到输送、输配和消费。可以通过分析改变产品、服务和定价对满足客户需求所产生的影响,实现集中能源供应系统商业模式的创新。能源生产竞争商业模式为区域集中能源供应网络中的供暖和供冷创造了充分的市场竞争。

多个能源供应企业充分竞争的好处之一是可以通过创新和提高效率降低能源市场定价。建立充分的市场竞争有助于确保以经济有效的方式实现向可持续性更强、效率更高的集中能源供应系统的转型。

四、中国国情下的建议

1.以灵活的地方解决方案为先,需要因地制宜、有针对性的解决方案实现区域集中供暖管网的优化和多元化。

2. 在政府支持下,确保市场环境促进透明公平的价格,反映电力和热力生产的实际成本,为余热和其他燃料投入提供公平竞争的机会。

3. 基于需求评估制定完善方案,建设新的集中能源供应系统应以需求为基础(首先评估需求),实现系统平衡。

4. 逐步发展更清洁的能源,以本地可用热源和集中供暖管网的规模为基础。

综上所述,在政策的支持和现实需求下,集中供能网络将不断扩大。集中供暖将有利于地热、生物质能、工业余热、太阳能、风能、天然气等多种清洁能源的有效利用,更经济合理。集中能源供应的商业模式创新也促进更高效率的能源系统的转型。但集中供能系统的建立并不是一概而论,应中国国情出发,因地制宜,以本地可用能源和供暖管网模式为基础,有针对性的制定供能方案以及集中供能系统。