四通八達(dá) 丹麥區(qū)域供熱啟示錄

　　提到丹麥，很多在能源領(lǐng)域扎根的人第一反應(yīng)想必不是“童話王國(guó)”，而是“風(fēng)電王國(guó)”。綿延七千多公里的海岸線，四面環(huán)海，造就了丹麥豐富的風(fēng)力資源，這為丹麥風(fēng)電行業(yè)的興起奠定了堅(jiān)實(shí)的地理基礎(chǔ)。在丹麥隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)的白色風(fēng)車隨處可見(jiàn)，向人們展示著丹麥在風(fēng)能領(lǐng)域已位居世界領(lǐng)導(dǎo)地位。作為全球風(fēng)力發(fā)電的標(biāo)桿，丹麥目前百分之四十多的電力消耗來(lái)自風(fēng)能，目標(biāo)是到2020年風(fēng)電使用占比達(dá)到50%，到2050年實(shí)現(xiàn)100％非傳統(tǒng)能源供應(yīng)。但是眾所周知，風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)性，往往會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷增加，消納困難。那么這樣一個(gè)風(fēng)能王國(guó)，又是怎么使得風(fēng)力發(fā)電占比達(dá)到如此之高呢？

　　丹麥風(fēng)力發(fā)電取得的成就，給大家留下了深刻的影響。其中多能耦合的區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)，不僅僅是能解決風(fēng)能消納，也是能改善區(qū)域供熱經(jīng)濟(jì)效益。在丹麥，區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模地取代了獨(dú)立供熱設(shè)備，已經(jīng)覆蓋了64%的全國(guó)人口。

大哥本哈根區(qū)域供熱網(wǎng)示意圖

　　大哥本哈根地區(qū)中有3家區(qū)域供熱輸送公司和20家本地供熱運(yùn)營(yíng)公司的區(qū)域供熱。這些公司共同使用著大哥本哈根地區(qū)供熱網(wǎng)，供熱面積達(dá)到7500萬(wàn)平方米。年供熱量8500GWh,主干網(wǎng)絡(luò)為25bar熱水管網(wǎng)，總計(jì)鋪設(shè)約160千米。目前，供熱網(wǎng)的熱源組成為垃圾焚燒供熱廠（25%），生物質(zhì)熱電連產(chǎn)機(jī)組（70%）和電加熱（5%）。此外供熱網(wǎng)中還連接著大型熱泵，大型電加熱鍋爐以及大容量蓄熱器（3個(gè)，每個(gè)24000立方）。

　　整個(gè)區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)起源于二十世紀(jì)初哥本哈根市內(nèi)熱網(wǎng)，在七十年代石油危機(jī)發(fā)生后，區(qū)域熱網(wǎng)的建設(shè)得到了政府層面的大力支撐，八九十年代在丹麥北海天然氣田開(kāi)發(fā)和海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)后，更是得到了深入的發(fā)展。目前的熱網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到了第四代，其特點(diǎn)是：

　　·熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組從燃煤燃?xì)鈾C(jī)組轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)機(jī)組

　　·集成大容量蓄熱器

　　·冷熱電三聯(lián)供機(jī)組和季節(jié)性蓄熱器投入應(yīng)用

　　·區(qū)域供冷比例持續(xù)增加

　　·年需熱量超過(guò)100萬(wàn)千瓦時(shí)的大用戶將加入?yún)^(qū)域熱網(wǎng)，摒棄燃?xì)庾怨岱绞?/p>

　　·熱網(wǎng)中電能轉(zhuǎn)化設(shè)備比例增加，以消納風(fēng)電余量

　　·165℃以上的供熱網(wǎng)比例下降，供熱配網(wǎng)供回水溫度下降

　　實(shí)現(xiàn)向第四代熱網(wǎng)的升級(jí)過(guò)程中，供熱網(wǎng)絡(luò)將分步實(shí)現(xiàn)自我升級(jí)更新，包括提高熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組(CHP)效率，增加電加熱設(shè)備以消納風(fēng)電余量，CHP低溫供熱改造等。熱泵和電加熱產(chǎn)生的低溫?zé)崴cCHP能夠優(yōu)化協(xié)調(diào)調(diào)配控制，同時(shí)增加系統(tǒng)蓄熱容量等。

　　除了哥本哈根，在如錫爾克堡這樣人口不超過(guò)5萬(wàn)的地區(qū)，區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)也經(jīng)歷了類似的過(guò)程。當(dāng)?shù)毓峁驹扰渲玫娜細(xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組（105MW發(fā)電功率+85MW熱功率）在風(fēng)電過(guò)剩接入的現(xiàn)狀下，難以取得經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)勢(shì)。在2015年，系統(tǒng)增加了30MW電加熱鍋爐，以在電價(jià)較低時(shí)降低供熱成本，同時(shí)保留可再生能源出力不足時(shí)的供應(yīng)能力。此外，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組還采取了其它的改造措施，如增加煙氣余熱回收，大型熱泵與光熱聯(lián)合系統(tǒng)，2座16000立方蓄熱容量，綜合提升能源利用效率，減低供熱、供電成本。

錫爾克堡供熱公司建設(shè)的大型光熱廠，驅(qū)動(dòng)大型熱泵

　　在技術(shù)裝備上，精細(xì)化的計(jì)量手段解決了丹麥供暖優(yōu)化時(shí)急需的數(shù)據(jù)來(lái)源問(wèn)題。例如在丹麥第二大城市阿莫斯，區(qū)域供暖公司AddaldVarme Aarhus(AVA)將終端用戶的所有計(jì)量熱力表全部換成了智能熱表，56000個(gè)智能熱量表能夠?qū)崿F(xiàn)小時(shí)抄表報(bào)文功能?；陬w粒度細(xì)化，用戶分類準(zhǔn)確的熱力消耗數(shù)據(jù)，AVA能夠快速精確地定位區(qū)域熱網(wǎng)中的異常消耗，采集到的數(shù)據(jù)也是優(yōu)化其供應(yīng)側(cè)熱源設(shè)備組合和啟停策略的基礎(chǔ)。同時(shí)，智能熱量表的安裝也減少了區(qū)域供熱公司抄表的人力成本，以及因?yàn)槌礤e(cuò)誤缺少導(dǎo)致的結(jié)算問(wèn)題。智能熱量表的實(shí)時(shí)讀數(shù)也能夠通過(guò)手機(jī)APP和Web界面及時(shí)直觀地展示給用戶，并基于數(shù)據(jù)添加一些用能小建議，引導(dǎo)用戶合理用能，提高了客戶滿意度。

　　上述的建設(shè)和管網(wǎng)改造環(huán)節(jié)，在實(shí)施中的一大困難是系統(tǒng)較高的投資。相較于傳統(tǒng)的每戶或者每組用戶獨(dú)立供熱供冷方式，區(qū)域供熱/冷網(wǎng)絡(luò)中的管網(wǎng)鋪設(shè)、建設(shè)成本相比之下遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出，但它的運(yùn)行成本和環(huán)境影響收益，隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大逐步顯現(xiàn)，因此系統(tǒng)綜合成本，從整個(gè)系統(tǒng)的生命周期來(lái)看要低于獨(dú)立供熱系統(tǒng)。尤其是當(dāng)區(qū)域供暖熱源是熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、垃圾燃燒機(jī)組或者工業(yè)廢熱時(shí)，無(wú)論是運(yùn)行成本還是能源利用效率都能夠上升至一個(gè)更優(yōu)的水平。多元化的生產(chǎn)側(cè)熱源選擇還為整個(gè)系統(tǒng)提供了更大的靈活性。當(dāng)一個(gè)熱源發(fā)生故障時(shí)，其它設(shè)備也能夠彌補(bǔ)供熱上的空缺。由于電價(jià)的市場(chǎng)化波動(dòng)和余熱供應(yīng)的不穩(wěn)定性，供熱成本也在不斷變化。區(qū)域供熱公司可以通過(guò)不同類型熱源的組合，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)行成本。

　　我國(guó)北方地區(qū)自2017年起，在黨中央國(guó)務(wù)院關(guān)于能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命精神的指示下，陸續(xù)開(kāi)展了煤改電的供暖方式轉(zhuǎn)變。這在空氣污染較為嚴(yán)重的京津冀地區(qū)對(duì)改善大氣質(zhì)量有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。筆者認(rèn)為，丹麥在區(qū)域供熱實(shí)踐中的部分經(jīng)驗(yàn)，也值得國(guó)內(nèi)借鑒。丹麥實(shí)踐中出現(xiàn)的終端設(shè)備，如空氣源熱泵、蓄熱式電熱器，這些在國(guó)內(nèi)均有運(yùn)用，但在多網(wǎng)融合方面，卻存在著差距。不可否認(rèn)的是，在終端配電網(wǎng)的建設(shè)力度和人口、用能密度方面，我國(guó)情況與北歐還是存在不小的區(qū)別，同時(shí)丹麥風(fēng)電的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，使其電能供暖中獲得了相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)采用電價(jià)補(bǔ)貼來(lái)增強(qiáng)電能供暖的吸引力，并且配套了如張北特高壓之類有助于清潔能源消納的電網(wǎng)建設(shè)措施。在不同的條件和基礎(chǔ)下，走出了一條國(guó)外不同的清潔供暖方式。但在煤改電和農(nóng)網(wǎng)改造中，加強(qiáng)配電網(wǎng)末端智能化水平，加強(qiáng)綜合能源服務(wù)條件和水平，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益的均衡最優(yōu)，應(yīng)當(dāng)是可以向吸取國(guó)外經(jīng)驗(yàn)、增強(qiáng)提高的方向。（作者：莊弘）