【深度】分布式供能與區(qū)域能源的異與同

分布式供能在我國(guó)的發(fā)展是從世紀(jì)之交開(kāi)始的。最早的成功案例是1995-1997年上海浦東新機(jī)場(chǎng)的冷熱電聯(lián)供能源站。我國(guó)政府機(jī)構(gòu)開(kāi)始介入分布式供能領(lǐng)域始于2011年的四部委聯(lián)合通知——《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》（發(fā)改能源[2011]2196號(hào)），隨后中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)等行業(yè)組織先后設(shè)立了“分布式能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì)”。而區(qū)域能源概念在中國(guó)的提出和組織機(jī)構(gòu)的成立則晚于此。首次有中國(guó)人參加的國(guó)際區(qū)域能源協(xié)會(huì)是2015年6月28日在美國(guó)波士頓召開(kāi)的第106屆年會(huì)。2016年中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)成立了區(qū)域能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，直到不久前才開(kāi)始與政府有關(guān)機(jī)構(gòu)建立聯(lián)系。人們一般認(rèn)為這是兩個(gè)不同的領(lǐng)域和不同的概念，其實(shí)不然，要理解這一點(diǎn)還須從歷史的回顧說(shuō)起。

二者不同發(fā)展歷史和共同點(diǎn)

1、區(qū)域能源具有悠久的歷史

區(qū)域能源(DistrictEnergy)概念是在20世紀(jì)初、第一次工業(yè)革命中期工業(yè)由“小而分散”向“大而集中”時(shí)代發(fā)展起來(lái)的，其旨在高效滿足區(qū)域內(nèi)所有用能需求?！皡^(qū)域”可以是一個(gè)城市、一個(gè)工業(yè)區(qū)或大型住區(qū)，也可以是一個(gè)小區(qū)或建筑群，涵蓋從熱電聯(lián)產(chǎn)，到集中供暖、區(qū)域供冷、供電等各種技術(shù)措施，100多年來(lái)其內(nèi)涵在不斷進(jìn)化。紐約市最近提出“能源區(qū)塊鏈”的概念，以實(shí)時(shí)和公開(kāi)記錄的能源交易大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)鄰近區(qū)域內(nèi)各種能源終端利用的優(yōu)化耦合，這是區(qū)域能源概念的新進(jìn)展。

區(qū)域能源包括政策、商業(yè)模式、市場(chǎng)成熟度、技術(shù)積累和本地資源。服務(wù)商包括設(shè)備廠商、運(yùn)營(yíng)商、能源服務(wù)公司、電力企業(yè)以及相關(guān)機(jī)構(gòu)，尤其是能源站運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)商作用很大。重點(diǎn)從前期的單純規(guī)劃向建設(shè)、后期運(yùn)營(yíng)偏重。

國(guó)際區(qū)域能源協(xié)會(huì)成立于20世紀(jì)初。100多年來(lái)隨著工業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)，美國(guó)建立了大批百兆瓦級(jí)的工業(yè)或社區(qū)區(qū)域能源系統(tǒng)。50年前日本完成第二次工業(yè)革命時(shí)興建了許多多種終端用能總體優(yōu)化匹配的工業(yè)園區(qū)，能效大幅度提高。以丹麥和瑞典為代表的較小國(guó)家也發(fā)展了另一類(lèi)區(qū)域能源模式。中國(guó)近30年才開(kāi)始經(jīng)濟(jì)騰飛，第一次工業(yè)革命所標(biāo)志的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化還在進(jìn)行中，是其區(qū)域能源發(fā)展較晚的歷史原因。

2、分布式供能的由來(lái)

分布式供能譯自英文DistributedEnergySystem（下稱DES）。最早按字面直譯為“分布式能源系統(tǒng)”，其實(shí)質(zhì)是一種先進(jìn)的供能系統(tǒng)。DES產(chǎn)生于第二次工業(yè)革命中后期、工業(yè)和建筑物燃料用一次能源由煤和石油向天然氣轉(zhuǎn)換的歷史階段，在美國(guó)是1970年代，其他國(guó)家稍晚。

DES由兩個(gè)不同角度催生其一是電力生產(chǎn)的集中和分散。100多年來(lái)，盡可能提高效率、降低成本的目標(biāo)促使電力生產(chǎn)越來(lái)越集中和大型化，電站規(guī)模達(dá)到幾個(gè)吉瓦。大電網(wǎng)覆蓋上百萬(wàn)平方公里范圍。但因上世紀(jì)末以來(lái)發(fā)生了多起大面積停電事故，而促使人們重新考慮分散式供電。2003年北美大停電后紐約、墨西哥各自在負(fù)荷中心新建了數(shù)個(gè)幾十兆瓦級(jí)的較小型天然氣發(fā)電設(shè)施。除了保障供電和協(xié)助大電網(wǎng)黑啟動(dòng)之外，就地直供也能節(jié)省絕大部分輸變電費(fèi)用；其二是提高能效。按照熱力學(xué)第二定律，化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電力的效率不可能為100%，必定有一部分以較低溫位的熱量形式排放到環(huán)境。按“高熱高用、低熱低用”的高效用能原理，這些原來(lái)排棄的低品位能量在分散式供電下可以通過(guò)冷、暖、熱水、蒸汽等形式供給用戶，可使能效達(dá)到70%以上。但對(duì)集中的吉瓦級(jí)大電廠并不經(jīng)濟(jì)。

迄今為止，國(guó)際上并沒(méi)有給DES下“定義”。國(guó)際分布式能源聯(lián)盟的解釋是“設(shè)在負(fù)荷中心，向用戶就地聯(lián)供冷熱電蒸汽終端用能的高效系統(tǒng)”，即DES/CCHP?！熬偷?、高效”實(shí)際上已經(jīng)界定了其最大規(guī)模即冷熱電蒸汽供應(yīng)都在經(jīng)濟(jì)輸送距離內(nèi)。蒸汽和采暖熱水的經(jīng)濟(jì)輸送距離原來(lái)認(rèn)為是8-10km，近年來(lái)由于隔熱和降低輸送功耗技術(shù)突破，已經(jīng)可達(dá)20km以上。10kV電力經(jīng)濟(jì)輸送距離1-2km,110kV以上遠(yuǎn)得多。在我國(guó)，住建部規(guī)范的區(qū)域供冷系統(tǒng)（DCS）的5-12°C冷水輸送距離在1.5km之內(nèi)。但在一個(gè)能源站DES可帶動(dòng)幾個(gè)DCS的情況下，多個(gè)DCS可覆蓋的范圍就是幾十平方千米了。通常被稱作區(qū)域型DES/CCHP。例如，2011年規(guī)劃建設(shè)的珠海橫琴新區(qū)冷熱電聯(lián)供能源站就是有2臺(tái)9F機(jī)組的一個(gè)能源站、11個(gè)區(qū)域供冷站，以及多個(gè)熱水供應(yīng)站組成。

為什么發(fā)達(dá)國(guó)家90%以上的DES項(xiàng)目都是小的“用戶型”甚至“樓宇型”呢？回顧歷史便知，在DES發(fā)展的1970年代左右，發(fā)達(dá)國(guó)家第二次工業(yè)革命都已完成，城鎮(zhèn)建設(shè)更已定型。在已建成和定型的城市中建設(shè)區(qū)域型DES受到三方面的限制

一是既有建筑物和市政設(shè)施使供、熱、蒸汽管道的敷設(shè)或不可能（特別是在土地私有的國(guó)家），或者投資倍增；二是各個(gè)用戶原來(lái)已經(jīng)投資自建了供應(yīng)冷、熱、蒸汽的設(shè)施，如果沒(méi)有達(dá)到經(jīng)濟(jì)壽命，會(huì)使新規(guī)劃的CCHP系統(tǒng)投資大大增加；三是商業(yè)運(yùn)作比新建區(qū)大，合作投資建設(shè)受眾多用戶觀念各異制約。外部的投資主體面臨說(shuō)服所有用戶、協(xié)調(diào)利益關(guān)系等問(wèn)題。所以既有城區(qū)的大部分項(xiàng)目只能因地制宜在有限空間內(nèi)建設(shè)小型的，才能夠取得經(jīng)濟(jì)效益。