區域能源利用

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　　區域能源利用有別於註重單體設備和用戶效率提升的“點狀節能”方案，它是將城市或區域作為一個整體進行統籌協調，通過構建區域能源網路達成能源利用的系統化，高效化。

　　1.集中能源中心方式

　　集中能源中心方式是一種基於樹型(或星型)拓撲結構的能源利用體系，將集中能源設備(電源或熱源)所產生的電力、蒸汽、熱水、冷水等，通過區域微網(微電網、微熱網)供應給區域內各能源用戶。根據供給能源種類和範疇的不同，該方式又可分為區域供熱(供冷)和區域(冷)熱電聯供兩種類型，分別見圖1中的模式A和模式B。

　　集中能源中心方式是區域能源利用最早、也是最經典的模式，而且仍然是當前區域能源利用的最主要形式。該方式最早可以追溯到中世紀和文藝復興時期的歐洲，法國在14世紀首次出現了區域供熱系統。世界上第一個取得商業成功的區域能源系統，是1877年建成於美國紐約的基於區域鍋爐房的區域供熱系統。從上世紀60年代開始，歐美等發達國家開始發展區域供冷，同時推進熱電聯產。經過100多年的發展，基於集中能源中心的區域能源系統在發達國家已得到較為廣泛的應用，是發達國家/地區的重要標誌之一。

　　基於集中能源中心的區域能源利用模式的基本特征是集中供給、分散消費。山於其需要設置專用能源中心並實施集中管理，因此比較適合於新建城區。在區域規劃的起步階段，為促進科學、合理用能，提高區域能源綜合利用效率，將能源系統的合理配置融入區域整體規划過程中，構建區域能源利用體系無疑是最佳選擇。山於不同類型能源用戶的能量需求具有顯著差異，其負荷種類、用能規律、負荷變化曲線均呈現多樣化，因此可實現負荷平均化效果，而且可以充分利用同時使用繫數降低設備容量，合理設計併進行優化整合配置囚。從運營模式看，可以引入專業能源服務公司(ESCO)進行集中管理，實現規劃、設計、施工、運行、維護全過程的一體化能源服務。

　　2.區域能源融通方式

　　與集中能源中心方式相比，區域能源融通方式是一種無中心的能源供給模式。它以區域微網為紐帶，將兩個或兩個以上相鄰的個體用戶進行互聯，用戶間實現能量互補與融通。該供能模式的特點是各用戶擁有自己獨立的供能(電源或熱源)設備，每個用戶都可以稱之為能源產消者(Proconsumer),即既是能源生產者，又是能源消費者，它們藉助區域能源網路進行融通，相互間可以互為補充、互為備份。對於單個用戶而言，即使沒有與區域微網互聯，其用能需求也可以得到滿足。該供能模式體現了能源供給山自助體系向互助體系的轉變，用戶間的互補與融通是該供能方式的立足點。根據用戶間融通能源種類的不同.區域能源融通系統又可分為熱融通和熱電融通兩種類型，分別如圖1中模式C和模式D所不。

　　以熱融通為例，山於用戶的熱源設備一般都是按照需求峰值(一年中的少數時段)來選定的，所以大部分時間都在額定容量的50%以下運行。此外，熱源設備的種類多種多樣，安裝時間千差萬別，所以效率差異也很大。通過熱融通，可以讓高效設備優先運行，縮減低效設備的運行時間。同時，熱源設備(如冷凍機)運行時還需要水泵等輔助設備，其運行動力與負荷無關，一般山熱源設備的台數決定。通過熱融通，當負荷較小時，可以只運行部分用戶的熱源設備，這樣就可以降低輔機能耗。此外，通過實施熱融通還可以整合應用地熱、太陽能等多種熱源，構建多源多匯型區域供熱網路。

　　關於該模式，同濟大學龍惟定教授引入電腦科學中常見的“匯流排”概念，創新性地提出了“集散式能源匯流排系統”理念，將來自於可再生能源或未利用能源的熱源/熱匯水在區域層面通過一個能源樞紐集成，然後經山作為基礎設施的管網輸送給用戶取熱或排熱[}s}。該理念其實就是本文所提出的區域熱融通模式(圖1中模式C)的一個特例，只是將熱源、熱匯進行了區分。在“能源匯流排”概念的基礎上，藉助電腦科學中的互聯網概念，龍惟定教授又提出了“能源互聯網”的理念，將區域內分散佈置的分散式能源所生產的電和熱，通過連接各用戶的微電網和微熱網實現電力和熱力的互聯互通，也就是本文所提出的熱電融通模式(圖1中模式D)}

　　區域能源融通系統的提出為區域能源利用提供了一種新的科學、合理用能的機遇和形式。它強調系統的互補和平衡功能，可以充分利用現有獨立供能系統冗餘的設備資源，以較低的初期投資實現可觀的節能效益。其實，該模式不僅適用於既有設備的更新與改造，對新開發區域能源系統的規劃與設計同樣具有適用性。在新區開發過程中，可以突破傳統能源供給的“集中主義”思維，以“互聯網”理念為導向，將分散式能源(包括樓宇冷熱電聯產、分散式光伏等)所產生的電能和熱能，通過連接各終端用戶的微電網和微熱網實現電力和熱力的互聯互通。這樣，各獨立用戶的設備配置可以更靈活，產能過剩或用能不足可以通過區域微網予以調度和平衡，從而有效降低設備投資與運行費用。

　　利用區域內用能負荷的集約效果，採用高效用能設備，通過適當的設備控制達成高效的部分負荷運行效果，加之對系統的構成、配置及運行進行集成優化，區域能源系統有望突破傳統單體節能方案的瓶頸，使系統能效發揮至最佳。

　　區域能源系統除了具有優異的節能效果外，還兼具保護城市環境(大氣環境、熱環境等)、充實城市機能等功能。例如，熱源系統的集約效果可以有效控制空調排熱而且各獨立能源用戶無需設置獨立的冷卻塔，從而可實施屋頂綠化，以應對城市熱島效應。此外，蓄熱槽的水在火災時可以用來救火，其他自然災害時可以用作應急生活用水，對城市防災也具有很大貢獻。表1總結了區域能源利用的節能效果和非節能效果。

　　雖然構建區域能源利用體系可以獲得節能、環保等多方面的效益，但為了促進其進一步推廣與應用還有以下問題亟待解決:

　　①用於區域供熱的區域微熱網不可避免地會產生熱損失，熱媒的輸送也要消耗一定的動力，區域微熱網的建設費用也會導致初期投資增加。針對此問題，一方面，構建區域能源系統的用戶間距離不能太遠(最好是相鄰建築);另一方面，可以通過優化計算確定最佳供能範圍與管網佈局。

　　②一旦加入區域能源系統(特別是集中能源中心方式)後，用戶如果想變更為獨立供能方式，需要對供能設備進行較大調整。為此，政府應該發揮主觀能動性，加強對相關能源服務公司的監管，促使其與用戶簽訂長期、穩定的能源供應合同。

　　③用戶側的用能行為可能對區域能源系統整體的能源利用效率產生負面影響，而某單個用戶的節能行為很難體現為整個系統的節能效果，個體利益與集體利益的矛盾和平衡是區域能源利用體系函待解決的一個重要問題。針對此問題，可以藉助博弈論等經濟、管理科學理論方法輔助決策。

　　④對於住宅用戶，隨著高性能且價格低廉的小型供暖和熱水系統的實用化，區域能源系統在性能和費用方面的競爭力被逐漸削弱;對於大型公共或商業建築用戶，山於近年來中央空調系統的技術革新和成本降低，普及率逐漸提高，這對於區域能源的推廣應用也是一個挑戰。為此，除了節省能源費用外，有必要進一步挖掘區域能源的非節能效果(見表1)，並評估其經濟效用。

　　⑤區域能源系統一般涵蓋多個終端用能部門，還可能涉及多個行政主管部門及不同行業，因此需要進行有效的頂層設計，構建跨行業、跨部門的綜合管理體制，出台相應的政策和法規。

　　⑥對於區域能源融通系統而言，山於系統內部分用戶將承擔一部分“能源中心”功能，通過提高自身的能源供給量，滿足其他用戶的能源需求，產生費用增益。但對該個體用戶而言，如果超額產能所導致的費用增量得不到合理補償，加入系統的經濟誘因喪失，那它就會脫離系統，阻礙高效能源融通系統的構建。因此，公平合理的利益分配機制是區域能源融通系統得以存在的重要基礎，是其穩定發展的關鍵。針對此問題，一方面要設定具有彈性的、合理的區域能源價格(如熱水價格)體系;另一方面，以能源服務公司為媒介確立互利、公平的合作關係不失為一個有效的解決方案。