绿色转型白皮书 城市地区的绿色供热和供冷 区域能源 本白皮书内容 区域能源核心 燃料灵活性与供应保障 规划和管理先决条件 监管流程、职责与要求 燃料的灵活性保证了区域供热的可持续性 能源使用智能化的关键 储热的必要性 节约资金和保障供应 区域能源的未来 实现强大的全球潜力 区域能源 城市地区的绿色供热和供冷 版本 3.1 2020 年 5 月 首页图片 封面图片为 Sor Fjernvarme 图片来源 :AffaldPlus 图片 :Steen Knarberg 主编 绿色国度 编委会 Danish Energy Agency 丹麦能源署 Niels Frederik Malskr, nfmens.dk DBDH 丹麦区域供热协会 Morten Jordt Duedahl, mddbdh.dk Danish Energy Industries Federation 丹麦能源工业联合会 Hans Peter Slente, hpsdi.dk 攥稿人 奥尔堡大学 Dr. Brian Vad Mathiesen, bvmplan.aau.dk ABB 丹麦公司 Martin B. Petersen, 多宁隆德区域供热公司 Casper Christiansen, casperdrlund-fjernvarme.dk COWI 咨询公司 Theodor Mller Moos, tmmcowi.dk Danfoss 丹佛斯公司 Jonna Senger, 菲英岛区域供热公司 Jan Strmvig, jsfjernvarmefyn.dk 菲英岛区域供热公司 Kim Winther, kwifjernvarmefyn.dk Grundfos 格兰富公司 Anders Nielsen, HOFOR 公司 Jakob Thanning, jakthofor.dk 霍耶 - 措斯楚普自治市区域供热公司 Uffe Schleiss, uffe.schleisshtf.dk 伊斯灵顿管委会 Stephen Mirkovic, stephen.mirkovicislington.gov.uk Kamstrup 卡姆鲁普公司 Kristian Rdbro, Kamstrup 卡姆鲁普公司 Steen Schelle Jensen, Logstor 公司 Peter Jorsal, Logstor 公司 Jrgen gidius, Ramboll 咨询公司 Anders Dyrelund, Ramboll 咨询公司 Flemming Ulbjerg, 锡尔克堡区域供热公司 Jens stergaard Jrgensen, jjsilkeborgforsyning.dk 更多信息 如需获取本白皮书副本及相关出版物，请通过 联络绿色国度 绿色国度 版权所有 2020 2 区域能源是实现巴黎协定的主要解 决方案 要实现巴黎协定的目标，将全球气 温上升控制在 2以内，并努力将温度 上升限制在 1.5以内，需要世界各个 国家 / 地区实施成熟的绿色技术。区域 能源作为其中一项解决方案，有助于实 现具有竞争优势的绿色经济，即以最具 成本效益的方式利用有限的资源。 丹麦在全球起到了示范作用 丹麦示范了区域能源如何在城市地区提 供具有成本效益的、高效节能的气候友 好型供热和供冷。在丹麦，几乎三分之 二家庭的供热和热水需求是通过区域能 源来满足的。热电联产的整体效率要远 高于单独产热和发电。通过这种方式， 区域能源在丹麦的绿色转型中发挥了十 分关键的作用。 实现跨越式发展的机会 今天，丹麦与乌克兰、英国、土耳其、 德国和中国等世界各国合作，共同开发 强大清洁的区域能源系统。 丹麦与中国政府在能源效率和区域供热 方面的合作已超过五年，为全球合作起 到了示范作用。合作针对能源规划和区 域供热领域的地方决策者和技术人员进 行能力建设。区域能源有潜力满足中国 约百分之五十的供热需求。随着人们对 热舒适性的关注不断增加，技术的不断 进步，人们会逐渐摆脱化石燃料。同时， 供热领域会为其他领域带来更大的灵活 性，促进能源整合，提高可再生能源占 比，从而减少温室气体排放。 本白皮书描述了区域能源的政策框架， 以项目案例为例，对关键要素提出了见 解，并通过讨论低温供热与区域供冷等 领域的发展，描绘了区域能源的未来图 景。 我希望你们可以受到启发。 64.5% 的丹麦家庭已接入区域能源网， 在丹麦前四大城市，95% 以上的供热 需求由区域供热来满足。 60% 以上的丹麦区域供热由以下 可再生能源产出：生物质、沼气、 太阳能、地热能和电力。 丹麦区域供热管网长达 6 万公里， 含有十亿公升热水。 区域能源强大绿色经济的根本 区域能源是一项支持绿色经济增长的前沿技术。 Dan Jrgensen，丹麦气候能源和公用事业部长 区域能源强大绿色经济的根本 3 关于本白皮书 区域能源是通过集中代替单体供热或供冷进行价值创造的，有助于我们实现气候目标。将热量 （或冷量）从零价值或价值较低的地区转移到价值较高的地区，在这一过程中，热水或冷水被 作为一种能量运输工具来使用，而区域能源就是关乎到这个价值关系的系统。简单而言，区域 能源是将具有一定价值温度的水从供能端输送到耗能端的过程。 在对供热和供冷需求较为集中的地区，例如工业区或人口密集地区，无论城市规模大小，使用 区域能源都是切实可行的。区域能源很大一部分的初始投资用于管道基础设施建设。因此，使 用高质量的预保温管道能够确保这项投资可维持几十年，并随着时间的推移，该部分成本会成 为区域能源系统运行总成本的一小部分。在能耗终端采用合理的安装、计量和热管理方式，可 以减化使用和付费的复杂性，并有效改善室内环境。 本白皮书借鉴了近一个世纪以来，丹麦和世界各地在区域能源领域所获得的经验。其中强调了 扩大区域能源使用时值得考虑的一些方面，如制度体系、监管框架、规划、能源效率和灵活性、 储能和未来前景等，并囊括了来自世界各地的相关案例。 4 关于本白皮书 目录 区域能源强大绿色经济的根本 . 3 区域能源是一项支持绿色经济增长的前沿技术 区域能源核心 . 7 燃料灵活性与供应保障 现代区域供热管道系统最有效的节能途径 . 8 数字化带来可衡量的结果 . 9 丹麦区域能源的历史概况 . 10 区域能源成功的关键 . 11 丹麦的供热分布地图 . 12 规划和管理先决条件 . 13 丹麦区域供热项目审批中的监管流程、职责和要求 哥本哈根大区区域供热系统 . 14 全球最大的太阳能供热厂与热电联产厂之间的共生关系 . 15 汉堡港城的区域供热 . 16 拜希地区的供暖和供电 . 17 提高香格里拉的能源效率 . 18-19 燃料的灵活性保证了区域供热的可持续性 . 20-21 能源使用智能化的关键 获奖的太阳能区域供热项目 . 22-23 将余热转化为可利用的热能 . 24 将数据中心产生的余热用作区域供热 . 25 储热的必要性 . 26-27 节约资金和保障供应 从大规模储热中发掘新机会 . 2829 区域能源的未来 . 3031 实现强大的全球潜力 全球可再生能源和供热领域的能源供应安全 . 32 哥本哈根自由市场 . 33 城市向低温区域供热转型 . 34-35 哥本哈根区域供冷降低二氧化碳排放 . 36-37 城市新区的智能能源解决方案 .38 本白皮书涉及的相关机构 . 39 绿色国度、丹麦能源署、丹麦区域供热协会与丹麦能源工业联合会 目录 5 区域供热系统概述 区域供热系统概述 热能可直接生产，或从许多来源，如余热等收集得来（上图底部），通过高效的区域供热管道输送到最终用户。借助储热设施，热 能可进行短期或长期（甚至几个月）的储存。 随着生产设施的完善，区域供热系统的经济性将不断优化。终端用户将从最佳的可用能源处获得热能，而并非只有一种燃料选择。 6 区域供热系统概述 区域供热系统主要利用集中机房产生的 热能，通过管道输送给大量的终端用户。 通过这种方式，在某一个地方没有价值 或价值很低的热能可以转化为高价值热 能，输送到热能需求较高的地方，例如 小城镇和大城市的社区。 区域能源与单体解决方案的对比 单体供热方案只采用一个特定类型的燃 料，例如煤、石油或天然气。对于终端 用户而言，这意味着供暖价格完全受限 于特定燃料价格的变动。区域供热可以 通过借助自由市场的力量，推动不同类 型的燃料价格发生变化，同时也能够满 足其他社会需求和政治目标，例如摆脱 化石燃料的进口和实现二氧化碳排放目 标。简而言之，在一个集中的地方更换 燃料类型（例如天然气），比更换几千 个单体住宅里的锅炉更简单。今天，当 电价由于产能过剩（如风机发电过剩） 而几乎为零时，电甚至也可用来产热。 灵活性是一大关键优势 能源厂可以使用多种燃料制冷或制热， 这增加了区域能源的灵活性。反过来也 提高了供应的安全性和生产效率。如 果一个单元出现问题，还会有其他选 择区域能源公司可在任何特定的时 间选择最具价格优势的燃料。建立区域 供热网还可以对品质较低的热能加以利 用。例如工业余热和垃圾焚烧余热，以 及热电联产（CHP）产生的热能。 百年技术，活力依旧 全球应加倍重视并优化利用所有可利用 的可持续能源。这意味着以下几点：充 分利用各种类型的余热、利用太阳能和 生物能等可再生能源代替化石燃料、确 保热电系统的整合。 未来还有可能利用大型季节性蓄能的形 式，实现在冬季提取夏季时储存的热能。 区域供热为解决这一系列挑战提供了解 决方案，并被视为未来的城市社区和智 慧城市的支柱。区域供热的建立可以从 一个较小的规模开始，随着时间的推移 逐步覆盖到整个城市社区。哥本哈根 就是一个很好的例子： 1903 年从当地 的一个小系统开始，到如今这座城市 98% 的供热都来自区域能源。 区域能源核心 燃料灵活性与供应保障 区域供热具有很高的灵活性，其使用史可以追溯到 100多年前。现如今，区域供热是建设可持续城市的重要部分。 Jan Strmvig， Fjernvarme Fyn董事总经理兼丹麦区域供热协会主席 区域能源核心 7 财务业绩和环境效益都受到输配系统的 影响 区域供热的输配管网系统是全社会和区 域供热公司的资本。管道系统为客户提 供热能，从而进一步提供舒适和便利。 区域供热管网的功能性对于区域供热公 司在能源效率、二氧化碳排放以及经营 和成本维护方面有很大的影响。现如今 的预制保温管系统的技术寿命已经达 到 30 年以上。因此，审查和优化长期 总体拥有成本（ TCO）十分重要。除了 确保功能性外，还需要随着时间的推移 提高管网系统和区域能源运行的能源效 率。现代化的管道系统可以通过这种方 式，为大量与区域供热配送相关的投资 提供保障。 总体拥有成本是选择最佳管道系统的 关键 管道系统的技术使用寿命很长，这意味 着选择一个高质量的解决方案要远远重 要于只关注初始成本的高低。计算、测 试和实践证明，总体拥有成本 (TCO) 大部分源于管道系统的热损失。这意味 着最大限度地减少系统运行期间的热损 失能够显著提高热效率，并降低管网的 运行成本。下方的丹麦希勒勒（Hillerd） 城市案例很好地说明了这一点。 管道系统优化中的关键问题 总体拥有成本受以下几个参数的影响： 管道系统的设计必须基于对实际运行情 况的假设，并确保至少 30 年以上的最 短预期寿命。这一点能够通过使用欧洲 现代区域供热管道系统 最有效的节能途径 总体拥有成本是未来区域供热项目的关键 区域供热管网的设计和系统选择对能源效率、二氧化碳排放量和运营成本有很大的影响。 Jrgen gidius， LOGSTOR区域能源销售总监 Peter Jorsal， LOGSTOR产品经理 希勒勒城市案例：较低的总体拥有成本 在为丹麦希勒勒市选择预制隔热管道系统时，对总体拥有成本进行了评估。 项目详情： 缩径接头主要为 DN80-DN150 的 14 千米长的管道沟槽 供水温度 / 回水温度 / 室外温度： 80/40/8。 费用： 27 欧元 / 兆瓦时 要求：双管系统 LOGSTOR 提供的不同解决方案： 双管道保温系列 1、2 或 3 选中的解决方案： 对投标书进行评估的依据包括直接资本成本，以及 30 年间输配过程中的热损失所 造成的运行成本，后者约占总资本成本的 40%。评估中也包含所提出的产品和解 决方案的技术价值。 项目负责方决定安装由 LOGSTOR 提供的基于双管道保温系列 2 的管网系统。 在考虑了投资成本和 30 年间的热损失成本后，该系统提供的总体拥有成本最低。 效益： 该高效节能系统和基于双管系列 1 的解决方案相比，节能量约为 20%，和传统的 单管道保温系列 2 相比，热损失节约 40%。 标准 EN 13941 得到保证，并因此简化 了系统，减少了补偿器和 U 型管圈等部 件的使用数量。 必须选择能够满足管道系统功能要求的 部件。比如管道、 T 型接头、阀门等， 尤其是连接系统，它们的使用寿命不仅 由产品本身决定，还取决于安装是否 正确。 总体拥有成本的最大影响因素是管道系 统的热损失。因此，选择具有最佳隔热 性能的管道系统至关重要。此外，还可 以通过以下方法减少热损失：使用双管 系统来替代单管系统；使用厚度更高的 保温层；选择在 PE 外壳和 PUR 泡沫之 间添加了扩散阻挡层的管道系统。扩散 阻挡层能够确保在管道使用寿命期内， 一直保持初始的低热损失。 为了在整个管道系统使用寿命期间对其 进行持续监控，在进行系统设计时应配 备监视系统，以时时监测系统缺陷和泡 沫的潮湿度。如果监测到异样，系统就 会立即发出警报并及时安排维修，确保 使用寿命达到预期。 8 现代区域供热管道系统 最有效的节能途径 当阿森斯区域供热公司在 2013 年决定 投资智能热量表和远程读表网络解决方 案时，数字化对于许多人来说还只是一 个流行词，其真正的潜力并不被太多人 所知。尽管如此，该公用事业公司仍坚 持自己的明确预期，即电表数据的读取 越频繁，优化的机会就越多。 数据驱动型运营优化 对大量数据进行利用的第一阶段是优化 输配管网。具体而言，该公用事业公司 大幅度降低了输送温度。此前，输送温 度由距离最远的终端用户来确定，这导 致输送温度高于必要的温度范围。如今， 输送温度能够根据输配管网的实际情况 来进行优化。 当所有的热表都投入使用并运行之后， 该公用事业公司就会获得大量数据。 卡姆鲁普公司的这些工具能够提供输配 管网每小时的确切温度。基于运营情况 的持续数字化，该公司已成功将输送温 度降低了 6 至 8。此外还移除了输配 网中 100 多个旁路系统。 数字化帮助节省大量成本 通过优化输配管网的运营，在过去几年 里，阿森斯区域供热公司已经节省了约 2.5%，即 2500 到 3000 兆瓦小时的 电力，并降低了 12% 的管道热损失。 该公司通过数据了解到数百公里管道的 实际情况，例如输送温度的降低状况。 此前，即使是经验丰富的工作人员，也 很难全面掌握此类变化。 该公司不久将会开始下一阶段，并有望 从中获得更多益处。到目前为止，该公 司的节能目标是通过查看泵出的水量和 水温得以实现的。如今，公司开始进一 步重视单体建筑，以及能源使用状况不 佳且安装效率较低的终端用户。 高频数据也可用于评估是否需要对区域 供热管道进行翻新。此前，输配管网的 状况根据使用年限或失水量等因素进行 估计。如今，结合从输配网收集的热表 数据和创新分析功能，能够持续监控输 配网的容量和负载，从而进一步优化对 输配网维护的投资。 数字化带来可衡量的结果 卡姆鲁普公司生产的工具帮助本地公用事业公司优化了公司运营 远程读表、高频数据和针对性分析帮助阿森斯区域供热公司将供热网温度降低了 6至 8。到目前为止，该公用事业 公司的热年产量减少了 2.5，管道热损失减少了 12。 Steen Schelle Jensen，卡姆鲁普产品管理（解决方案）主管 图片： Kamstrup卡姆鲁普公司 数字化带来可衡量的结果 9 1973-74. 国际能源危机造成能源价 格居高不下，促使丹麦关注起燃料 的独立性，也是丹麦决定提高能源 效率的主要动机。 关注能源效率和供应安全 提高对国产燃料的关注 从国家规划到项目方法的转变 1984. 丹麦北海开始生产天然气。 能源部对发电厂建立天然气发电装 置进行了规划。 1990. 修订供热法，提出新的规划 系统，向所有地方政府和当局提供 了燃料选择与热电联产方面的规划 指令与方针。 1976-79. 丹麦出台首个全面能源 计划，为制定长期能源政策奠定了 基础。成立丹麦能源署。出台第一 部关于供热的法律，开启了公共供 热规划的新时代，并一直持续至今。 1985-86. 议会否决了发展核电的 提议，并将煤炭排除在热规划外。 由于油价下跌，造成了能源税的增 加。热电联产协议强调了小型热电 联产厂在主要能源政策中的重要地 位。 1992. 出台了一系列的补贴 方针以支持节能、热电联产和可再 生能源。 1981-82. 国家供热规划在全国 各地展开。供热规划中“分区”的 目的是建立高能效和低排放的能源 系统。 1990. 就加强利用天然气热电联产 厂和生物质区域供热达成政治协议。 此外，该协议对安装更多风力发电 装置进行了规划。 1993-2000. 就利用生物质发电达 成政治协议。修订供热法。丹麦议 会以多数票通过决定，对位于郊区 的 250 家中小型热电联产厂进行优 化。 丹麦区域能源的历史概况 10 丹麦区域能源的历史概况 关注气候，可再生能源和能源效率 2012. 关于 2012-2020 年丹麦能 源政策的广泛政治协议。该协议包 括针对能源效率、可再生能源和能 源系统方面的举措。协议于 2018 年 续签，于 2020 年至 2030 年实施。 2030. 树立了宏大政治目标：相 较于 1990 年，到 2030 年二氧化 碳排放将降低 70%。预计到 2030 年，丹麦所有区域能源都将由绿色 能源提供。 2050.2012 年的政治协议定下了丹麦 到 2050 年完全摆脱化石燃料的目标。 区域供热丹麦绿色转型的基石 丹麦最早的热电联产电厂是一个垃圾焚烧 厂，建成于 1903 年。在处理垃圾的同时， 它可为附近的医院供电和供热。 20 年代至 30 年代期间，区域供热系统 在当地电力生产余热的基础上发展了起 来。在此之后，来自热电联产（ CHP） 的区域供热开始扩大。到 70 年代，区 域供热足以覆盖丹麦 30% 左右的家庭 供热。 减少对进口能源的依赖和降低消费者成 本 1973/1974 年发生的能源危机证明， 节能是减少对进口燃料的依赖，并降低 消费者成本的关键。丹麦由此作出了一 个决定：在全丹麦扩大节能高效的热点 联产系统。 1979 年的首部供热法 直到 1979 年，丹麦还没有任何专门针 对供热的法律规范。大多数热消费者通 过小型燃油锅炉或者其他私人形式实 现采暖。为了实现政策目标，丹麦在 1979 年通过了首部供热法，包含了丹 麦供热计划、形式和内容的管理条例。 该法律标志着丹麦公共供热新时代的开 始，并一直延续至今。 高能效是长期规划的成果之一 今天， 63% 的丹麦住户与区域供热息息 相关，他们的供暖与生活热水都来自区 域供热。当使用热电联产产热和产电时， 其整体能源效率要远高于单体产热与产 电。热电联产厂的总体效率（热电结合） 可高达 85-90%，与单体产热和产电相 比，可节省约 30% 的燃料。区域供热 和热电联产已经成为并将继续成为丹麦 绿色转型的一个关键因素。 灵活开发并持续支持多项政策目标 区域供热能够确保供热的稳定性和可靠 性，也为丹麦发展可持续能源和实现长 期能源政策目标提供了极大的支持。未 来，区域能源将仍是丹麦能源系统的一 个关键要素。预计到 2030 年，丹麦的 用电将全部由风电提供。而将风能整合 至能源系统离不开灵活的区域能源系统。 如此看来，区域能源不仅有助于实现丹 麦的气候目标，而且在平衡未来能源系 统方面发挥着重要作用。 区域能源成功的关键 探究丹麦四十年的经验教训 区域供热是丹麦绿色转型中的关键因素。区域供热提高了灵活性，降低了温室气体排放量，支持风能整合 - 这些特质 对于中国也很宝贵。 Kristoffer Bttzauw，丹麦能源署总监 区域能源成功的关键 11 0 25 50 100 km 家庭安装的供热方式 区域供热 64.5% 热泵和其他11.5% 燃油锅炉9% 天然气锅炉15% 锅炉和其他34% 热电联产66% 可再生能源（包括废物）70% 天然气 19% 煤炭9% 电1% 石油1% 区域供热产热 区域供热所用能源 供应区域 区域供热 单体供热天然气 单体供热其他能源 丹麦的供热分布地图 来源：丹麦能源署 2018年年度能源统计数据和丹麦商业局（ Danish Business Authority）的 PlansystemDK 2017 12 丹麦的供热分布地图 明确的角色与责任 1979 年的供热法案制定了丹麦区域供 热法，用于管理供热部门并授权地方政 府（如市政府）进行地方热规划、制定 能源基础设施决策和资源优先次序。地 方决策者可以全权决定当地供热系统的 设计，但必须以国家级政策和技术框架 作为指导，以确保区域供热项目符合国 家整体供热目标。丹麦能源署（ DEA） 优化了法规和相关指南，但单个供热项 目可由地方主管部门在详细了解当地城 市发展、供热需求和任何其他相关注意 事项之后，来进行评估和做出决策。 1979 年丹麦首个供热法案的主要内容： 地方主管部门负责审批新的供热项目 地方当局必须确保选用的供热项目有 最高的社会经济效益 在 情况允许的条件下由热电联产 厂供热 集体供热价格必须根据“必要成本” 提供消费价格，这意味着热价不能高 于或低于实际生产成本 丹麦供热法案在全国建立了特定供热管 网类型，每个类型通过制定供热法规进 行推广。 类型列举如下： 单体供热 天然气 分散供热 集中供热 根据社会经济成本效益分析选择供热 供热的选择必须以社会经济效益分析为 基础。为了帮助地方政府完成相关经济 分析，丹麦能源署（ DEA）提供了以社 会经济学假设为依据的方针和原则。这 些假设包括燃料价格、电力价格、排放 的外部成本、税率等。 DEA 同时也提供 技术数据作为参考。上述这些形成了一 个统一基准，方便丹麦全国各地政府评 估供热可行性。 消费热价调控法规 热价在丹麦的各个供热地区不尽相同， 但确定热价的原则是一致的。 设定热价的方法由法律规定。法律规定 用户支付的热费应覆盖所有供热相关的 必要成本。然而，丹麦法律规定，供热 公司必须保证其非盈利性。 供热厂收取的费用不能超过向消费者供 热输热的成本费用。当然，需要强调的 是这些成本包括资产折旧与融资成本， 如此，供热公司能够维持短期和长期的 财政可持续性。用户热力成本主要受以 下因素影响： 生产设备投资 区域供热管网投资 生产设备的运行和维护 供热管网的运行和维护 燃料价格 设备效率 供热管网中的热损失 税收和增值税 财政支持 / 资助 电力价格（与使用或生产电力的区域 供热设施相关） 投资成本与运行成本 与单体供热相比，建立区域供热系统在 基础设施上需要大量的投资。但在许多 情况下，区域供热减少了运营成本和对 环境的影响。尤其是高效的热电联产供 热，或是来自钢铁厂、水泥厂的工业余 热供热。 平准化能源成本 丹麦的经验表明，评估一个区域供热系 统的可行性时，需要着重考虑该系统的 完整生命周期成本（通常被称作“平准 化能源成本”或 LCOE）。很多情况下， 区域供热是完整生命周期分析下最可行 的解决方案。大型基础设施投资可以通 过较低的年度成本，在若干年后收回。 当然，它的可行性取决于一些因素，包 括热量的需求和特定区域的热密度。 使用高品质的组件，虽然会增加初始投 资，但更低的维护成本和更长的使用寿 命降低了终身成本，这也意味着用户所 缴纳的年度暖费相对更低。高质量的区 域供热管网的技术寿命通常在 40-50 年，将这一点纳入考虑非常重要。 自然垄断 区域供热系统的成本在很大程度上取决 于供热厂和供热管网成本这二者的规模 经济。建立并行供热网为个别消费者供 热的做法并不具成本效益。因此，需要 制定周密且详尽的计划，在保护消费者 并且为社会带来福利的同时，为在绿色 转型中发挥重要作用的技术创造可靠的 投资条件。 规划和管理先决条件 丹麦区域供热项目审批中的监管流程、职责和要求 明确的区域供热法规（自 1979年供热法案后不断改进）已成为区域供热和热电联产广泛应用的决定性因素。 Kristoffer Bttzauw，丹麦能源署总监 规划和管理先决条件 13 历史 从 1903 年到 1979 年，通过对发电厂， 垃圾焚烧厂和重油锅炉的余热进行回 收，区域供热稳步发展，逐步取代了单 体锅炉供热。自 1979 年以来，该系统 在供热法案的指导下显著增长，并与电 力和废物领域共生。天然气供热也逐渐 被区域供热所取代。考虑到二氧化碳排 放成本，区域供热不断扩张，以实现高 能效比的供热目标。 所有权 在哥本哈根大区，热力输送和废物管理 公司由市政当局所有，而 20 个供热公 司则由市政府或消费者所有。在这种模 式下，公司的合作意愿十分强烈，旨在 共同为哥本哈根大区用户寻找最具成本 效益的解决方案。 区域供热系统 输配系统、储热罐、热负荷调配装置对 资源的优化利用和提高供热价格的竞争 性至关重要。该系统的供热面积为 7500 万平方公里，全年产能为 10000GWh， 销售 8500GWh。系统的主要组成部分 是 160 千米长、 25 杆的输配系统（最 高温度 110）和三个 24000 立方米的 储热罐。该系统通过热交换器连接到配 送系统。由传输公司运营的热市场单元 负责供热优化（精确到每天甚至每小时）， 热能产自热电联产厂、垃圾焚烧厂、 50 多个锅炉厂和其他小型热厂。 未来发展 该系统正在向第四代区域供热系统过 渡： 热电联产厂逐步将燃料由煤炭天然气 向以秸秆和木材为主的燃料转变。 设置大型储热罐和储热坑，增加储热 容量。 区域供冷系统将从 5 个增加至 20 个以 上。主要为冷水储存、热电联产和季节 性存储（ ATES），并与区域供热系统共 生。 超过 1000GWh 的用户耗热有望从单 体燃气锅炉转变为区域供热。 热输配系统将扩展到附近两个城市的 输配公司。 安装更多的大型热泵和电动锅炉，以 与具有波动性的风能相结合。 原蒸汽系统的其余部分将在 2020 年 后被热水系统完全取代。 唯一的超热管网（ 165C）将部分转 移至温度较低的管网，来自热电联产 厂的超热水将只提供给工业工序能耗 所使用。 更新用户端的供热系统，以降低回水 温度和对供水温度的需求。 相应的，管网温度和热损失将减少。 哥本哈根大区区域供热系统 以经济低碳的方式为 22 个城市的 100 多万居民供热 为市政府和消费者所有的区域供热公司已经建立起了一个集成的区域供热系统。热能由垃圾焚烧炉（ 25%）和发电厂 （ 70%）生产，锅炉厂供热只占 5%。该系统正在向第四代区域供热系统过渡。 Anders Dyrelund， Ramboll高级市场经理 由 CTR 和 VEKS 所有的供热输配系统 与两个热电联产厂及三个大型垃圾焚 烧厂相连接，并由 20 个输配公司进行 最优的运行与生产。 HOFOR 是其中最 大的输配公司，该公司还运营着一个 正在逐步被热水系统取代的蒸汽系统。 Vestforbrnding 公司将热能输送至用 户，并在夏天将余热输送至 20 公里外 的西兰岛北部城市希勒勒。 14 哥本哈根大区区域供热系统 第一阶段：高效的热电联产厂 锡尔克堡区域供热公司是一家市属公用 事业公司，为 21000 栋建筑物供热， 并满足约 95% 的锡尔克堡市民（锡尔 克堡市总人口为 45000 人）的供热需 求。二十年前，为了实现国家制定的能 源政策目标，该公司投资建设了丹麦最 大的以天然气为燃料的分散式热电联产 厂（108MW 电力和 85MW 热力）。得 益于热电联产，其燃料消耗量低于单体 燃气锅炉的燃料消耗量。 第二阶段：太阳能和风能的备用能源 由于电价降低，热电联产厂的竞争力下 降，产量也随之降低。加之，政府和市 议会决定更进一步减少化石燃料的使 用。与其选择关闭热电联产厂，不如在 风力资源不足的时候，将它作为一种备 用选择，以确保安全的能源供应，从而 保证了较高的电力价格。 在 2015 年安装电动锅炉（ 30 MW）是 采取的第一步措施。该锅炉使用过剩的 风电，对平衡电力市场的供需起到了巨 大帮助。 太阳能供热与热电联产之间的互利共生 第二步措施是升级热电联产厂，并新增了 一套大型太阳能供热设施、更大的储能设 施和大型热泵。在这种共生模式中，太阳 能供热与热电联产都会受益于该大型的储 能设施和热泵。热泵（吸收式）通过降低 废气的温度（从 65 C 降到 23 C）来提 高热电联产厂的产热（多产出 30 MW 热 能）。由于工作温度降低，太阳能的产能 提高。该太阳能发电厂在 2017 年投入运 营，是当时世界上最大的太阳能发电厂。 将容量从 2 个 16000 立方米的储热罐， 扩大两倍至 4 个 16000 立方米储热罐， 能够适应对太阳能供热的产能波动。将 热量储存起来还可以提高对热电联产厂 的利用率。 该吸收式热泵拥有 25 MW 的制冷产能， 将太阳能供热的产量提高了 15，并 通过烟气冷凝将热电联产厂的总效率从 87提高至 102（基于较低的热值）。 全球最大的太阳能供热厂与热电联产 厂之间的共生关系 太阳能供热和热电联产厂共享大型储热设施和热泵 由于风力资源具有波动性，因此用热电联产厂作为补充是一种极具效率的方式。热电联产厂与新型太阳能供热厂共生， 这得益于对储热设施和热泵的投资的扩大。 Jens Jrgensen，锡尔克堡区域供热公司经理 位于锡尔克堡郊区的世界最大的太阳能供热厂对整个区域供热系统起到了优化作用。两个板块之间的绿色区域留出未用，目的是为 未来建设公路留出空间。 太阳能产热 70 GWh 太阳能热泵 10 GWh 热电联产产热 280 GWh 热泵冷凝 40 GWh 供热锅炉 3.5 GWh 供热电动锅炉 2.5 GWh 废热 9 GWh （来自于服务器冷却、超市等） 全球最大的太阳能供热厂与热电联产厂之间的共生关系 15 卓越的城市发展 在德国，大约有 14% 的家庭已经接入 区域供热系统。汉堡市是区域供热的领 先者，拥有庞大的供热管网，覆盖全 市 19% 的家庭。政府部门宣布，将持 续扩建区域供热基础设施。目标是到 2020 年，将另外 50000 户家庭接入 至区域供热系统。 汉堡市建立了一个全新的城区汉堡 港城。该城区占地 155 公顷，是一个集 住宅楼、写字楼、娱乐设施、商业零售 与文化为一体的区域。城市规划者为该 地区选择了最具可持续性的和最具经济 效益的长期供热解决方案：采用区域供 热为所有建筑物供暖。 这样做的目的是发展一个能源供应的概 念，以满足最严格的经济和环境要求。 本质上，这个概念是在现有的、成熟的 汉堡区域供热系统与分散式地区供热单 元的结合上建立起来的。所使用的燃料 主要是煤、家庭和工业垃圾、天然气和 非常少量的轻质燃料油。 为了进一步降低二氧化碳的排放量， 现有的汉堡港城供热方案配备有蒸汽 轮机和燃料电池。此外，还计划在 berseequartier 区和邮轮码头区建立 两个新的热电联产厂。该区域大部分的 建筑为住宅楼，这些建筑都配备有太阳 热能电池板，为中央生活热水供能。 汉堡港城确立了城市可持续发展的新标准 热电联产确保了电厂余热被用于港城区 域的建筑物供热，而不是被白白浪费掉。 这样，90% 的一级能源都得到利用， 而这个概念可以很容易地扩展到其它住 宅区和城市。与传统的化石能源相比， 如此每年可节省约 370 万欧元的燃料成 本，并减少 14000 吨的二氧化碳排放。 汉堡港城的区域供热 在新城区实行可持续的、有经济效益的区域供热 汉堡港城是德国汉堡中心建造的全新城区。它是目前欧洲最大的城市开发项目，为城市发展制订了新标准。 Jonna Senger，丹佛斯供热企业传播顾问 在汉堡港城，区域供热通过丹佛斯变电站和生活热水系统输送到各个建筑，确保每千瓦的能源都尽可能得到有效利用，造福 房主、租户和能源供应商。这些建筑还配备了其它的丹佛斯技术，可控制加热和冷却系统的能源消耗，从而营造一个舒适的 室内气候。 16 汉堡港城的区域供热 伊斯灵顿管委会建立了一个公共的供热 管网，该管网分两期开发完成。一期 项目于 2012 年启动，管道长度为 1.4 公里，服务于 820 所住宅、两个休闲 中心和四栋办公大楼。该项目由一座 1.95MWe 的热电联产厂供热，配备有 115 立方米的储热设施。通过一期项目， 每年减少了 2000 吨的二氧化碳排放。 二期项目正在进行 1 公里的重要扩建， 扩建的管网将连接 450 个现有社会住房 单元、150 座新建房屋和一所小学。 扩建项目中包括一座 50 立方米的储热 设施，和一座围绕 1MW 热泵建造的能 源中心，用于提取来自伦敦地铁的废热。 该热泵的二级高温系统与一台双向鼓风 机协同合作，鼓风机既可以从伦敦地铁 的隧道中吸取热空气，也可以向隧道提 供已加入了热量的空气。 与热泵位于同一位置的是两台低氮氧化 物的 237kWe 热电联产燃气发动机，它 们为热泵（实际上是“以燃气为燃料的” 热泵）供电，并向电网输出电力。 两个能源中心将由一套新型智能控制系 统来进行控制，让热网能够通过以下方 式响应国家电网的需求： 直接用电（仅热泵运行） 在国家电网上没有用电负荷的情况下 运行（热泵和热电联产厂均处于运行 状态） 向国家电网输出电力（仅热电联产厂 运行） 区域热网管道系统的扩建是英国最大的 系列三绝缘管道安装项目。二期项目将 会帮助该地区每年减少 500 吨的二氧化 碳排放。 该管网提供了一种以客户为中心的能源 解决方案。其中包括不受限的联系时间， 以及对易受损客户提供四小时响应服务。 与政府为“燃料贫困”家庭设定的标 准相比，该供暖定额费用至少降低了 33%。邦希地区的供暖和供电公司的 业绩在过去一年超出了所有预期，为住 房部门节省了 98450 欧元的开支。通 过降低天然气批发价格升高所带来的 影响，以及降低租户接入热网的服务 费，让节省惠及租户。与上一年相比， 2016/2017 年度租户的收费成本降低 了 18，并在 2017/2018 年度保持不 变。 邦希地区的供暖和供电 利用创新造福公众 伊斯灵顿管委会提供了世界一流的城市供热管网，为社区提供低成本、低碳、可持续发展的热能。 Stephen Mirkovic，伊斯灵顿管委会能源项目官员 邦希能源中心 1，此中心包含一座 115 立方米的储热设施和 一座 1.95MW的热电联产厂。 邦希能源中心 2 完工后的效果图。 邦希地区的供暖和供电 17 香格里拉曾经因许多煤锅炉而被覆盖 在厚厚的空气污染中。今天，能源高 效的区域供热让市民可以再次享受这 天堂般的美景。 18 提高香格里拉的能源效率 区域供热减少空气污染，改善当地环境 在香格里拉地区，约 5 万名居民使用以 化石燃料和木材作为主要燃料的单体锅 炉进行供热，这给当地的空气质量带来 了巨大的压力。而区域供热的引入充分 缓解了大气的污染状况，促进了当地生 态环境的保护。香格里拉位于中国云南 省西北部，海拔 3300 米以上，该地区 的供热需求非常大。当地的日常温度很 低，冬季温度从 -27C 变化到 1C，温 差较大。 实施整体区域供热系统 全新的综合区域供热系统为香格里拉的 五个区进行供热。 ABB 集团为该系统 提供了设备，从蒸汽到锅炉房的水热交 换器，再到终端用户安装。这其中包括 了为市民提供足够热量的电气和机电设 备。自动化和电气互连的解决方案对新 供热厂实施监测，以达到其最高效率， 为 5 万名居民提供安全可靠的热源。 此外，空气源热泵的安装