区域能源系统可以提高一个城市的能源供给弹性,降低能源价格,促进能源安全,并最终助力经济的绿色转型。从长远来看,建设区域能源系统是划算的。

  来自世界自然基金会(WWF)的报告显示,我们目前消耗了1.6个地球所能供给的资源,这说明,我们正在透支自然生态系统。尤其是在能源方面,传统的能源供给方式显然是不可持续的。解决之道,唯有从改变当前对能源资源的消耗模式入手。对于中国等仍处于发展中阶段的经济体来说,最重要的是提高资源和能源的利用效率。特别是优化城市的能源利用,来自国际能源署的调查表明,城市能耗占到了全球总能耗的70%。而且随着城镇化的不断发展,越来越多的人向城市移居,城市能源需求还在不断增加。

  中国国务院在2016年11月份发布的《“十三五”控制温室气体排放工作方案》,也重点关注到了城市节能减排问题,提出要“优化城市功能和空间布局,科学划定城市开发边界,探索集约、智能、绿色、低碳的新型城镇化模式”。

  提高城市能效的途径有很多,比如降低家电设备能耗、开展建筑节能、提高车辆燃料能效等。其中,建立区域能源系统,优化配置城市里的各种高、低品位能源,达到提高能源利用效率的目的,是一个值得尝试的节能途径。2016年,中国国家发改委和国家能源局出台了有关政策文件,支持余热利用和多能互补的能源集成优化系统,本质上与区域能源系统的概念是一致的。

  高对高,低对低

  所谓区域能源系统,是指根据某一区域内的能源结构和能源禀赋,优化配置传统化石能源与各种新能源,同时结合余热利用、热泵、储能等先进技术,充分利用高、低品位能源,为城市终端用户提供冷、热、电产品,以实现节能减排目标的一套能源解决方案。它超越了冷热电联产概念,要在整个城市范围内建立一个能源网络,同时整合垃圾焚烧、污水处理等多种市政服务设施以及可再生能源多点入网系统,用多种能源协同互补地生产热、冷、电、家庭热水等。它是从能源需求侧发出,将不同用途的能源需求进行量化,匹配到其周围最适合的能源供给,与传统的能源供应系统具有极大的区别。

  通俗地讲,就是用高品位的能源满足高品位的能源需求,用低品位能源满足低品位的能源需求。在城市生活中,能源一般被用于做饭、照明、家电、热水、供暖、供冷等,这些用途对能源供给的要求是不同的,与之相对应,能源也有品位高低之分。化石能源或核能的温度高、机械效能转换率高,属于高品位能源,适合于驱动机械设备,如果用来供暖或供冷,从某种程度上来说属于浪费资源。供热和供冷,完全可以采用低品味能源,比如回收后的工业余热或发电厂余热,以及地下土壤、地下水和污水余热,还有江河湖泊中的天然冷源,将某些地方产生的没有价值或价值很低的热量,转化为其他地方高附加值的热量。

  在城市能源消费中,供热、供冷及家庭热水供应占比很大,占建筑能耗的一半左右,随着夏季高温天气持续增加和空调的普及,这一比例还在上升。如果能够使用余热、新能源等低品位能源解决这部分能源供给问题,可以从整体上减少城市的能源消费量。

  近年来,区域能源系统作为一个成熟的能源解决方案,在全球越来越多的城市中获得了应用。在瑞典的城市区域供热系统中,石油使用份额已经从1980年的90%下降到了2014年的10%以下。法国巴黎正在采用塞纳河河水供冷,与离散的供冷系统相比,可以减少50%的二氧化碳排放。中国也有类似的尝试,在辽宁省鞍山市,利用鞍钢的余热供给当地热网,每年可减少120万吨的煤炭使用量。据初步测算,中国北方地区供暖季产生的工业余热量与这些地区的城市供热量大体相当,如果能够利用区域能源系统进行供暖能源替代,具有很大的能效提升潜力。

  付出大于回报

  区域能源系统有很多优势,但对于目前的大部分城市来说,实施起来有很大的挑战。因为建立区域能源系统,需要将其纳入整体的城市规划当中。地方政府要更加详细地了解当下及未来一段时间内城市各街区、建筑物的能源需求、能源资产的分布情况及分配结构。到具体实施阶段,障碍也不少,比如存在着很多影响区域能源系统大规模推广的价格和市场壁垒;缺乏完善的基础设施和土地利用规划,以及建筑能效等级划分、标识的标准;区域能源系统需要量化能源需求,但很多数据隐藏在建筑物的电力消耗中,难以计量,目前中国北方城镇有110亿平方米的区域供热面积,但只有8.05亿平方米采用了符合条件的计量方式。

  短期内投入过大,是很多城市踌躇不前的原因所在。不过从长远来讲,建设区域能源系统是划算的。

  首先来说,区域能源系统的应用,可为提高一个城市的能源供给弹性,降低能源价格,为燃料短缺地区的城市居民提供更为廉价的多种能源供应。比如对供冷需求较大的城市,该系统可显著地减少空调对电力的需求强度,降低电力的尖峰负荷;更廉价的供热费用,能让更多的人有能力利用集中供热系统,改善生活条件与生活品质。

  其次,区域能源系统对于提高能源安全也具有价值。在国家层面,它可以通过减少一次能源使用量,降低对进口燃料的依赖。在城市层面,它可以降低对电力基础设施安全可靠性的需求压力,当发生突发性停电事故时,区域能源系统配备的储能系统可以作为应急措施,为医院等重要公共设施继续供热、供冷,维持其基本设备的正常运转。

  再次,除了降低能源消费成本,区域能源系统还具有其他的经济效益。一是减少针对高峰负荷容量设计建设的基础设施,达到节约成本的目的;二是对于当地政府而言,可以通过持有区域能源系统所有权获得大量股息,同时减少垃圾处理成本,一方面增加财政收入,另一方面降低财政支出;三是区域能源系统的设计施工、设备制造、操作维护都需要大量人力参与,从而创造出就业机会,并最终实现经济的绿色转型。在挪威的卑尔根市,电力企业支持区域供热项目的主要原因就在于它可以降低电网维护成本,同时能够提供额外利润,创造了1300多个全职就业岗位。在加拿大的多伦多市,利用抽取湖水作为冷源的区域供冷模式,降低了90%的制冷用电量,该市每年由此减少了8900万美元的支出,可用于支持开发其他的可持续基础设施。(作者:蒋南青,供职于联合国环境规划署)

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