區(qū)域供熱可以提升能源系統(tǒng)的韌性、效率和靈活性

區(qū)域供熱已有近150年的歷史。自1877年紐約安裝第一套商業(yè)系統(tǒng)以來(lái)，區(qū)域供熱系統(tǒng)一直使用絕緣的供暖和回風(fēng)管道將熱量分配到多棟建筑。第一代采用中央化石燃料鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，現(xiàn)代系統(tǒng)已發(fā)展成為靈活的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠連接多種能源和儲(chǔ)能解決方案，同時(shí)提供供暖和制冷。通過(guò)這種方式，它們能夠跟上并積極維持快速變化的全球能源系統(tǒng)，這一系統(tǒng)以電力需求上升和可再生能源占比的增長(zhǎng)為標(biāo)志。

如今，區(qū)域供熱約占全球建筑供熱需求的10%，在北歐、東歐及中國(guó)的使用份額更高，加拿大和愛(ài)爾蘭等新興市場(chǎng)的部署也在增長(zhǎng)。目前，全球約90%的區(qū)域供熱供應(yīng)來(lái)自化石燃料。該基礎(chǔ)設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源及其他低排放能源的大規(guī)模整合，如生物能源、太陽(yáng)能熱能和地?zé)崮芤约昂四?。雖然只有一小部分網(wǎng)絡(luò)已在低溫水平運(yùn)行，使可再生能源集成變得簡(jiǎn)單，但管道、變電站和控制系統(tǒng)的持續(xù)升級(jí)將是釋放更大靈活性和效率的關(guān)鍵。

區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)在密集的城市地區(qū)尤為重要，其益處不僅體現(xiàn)在可再生和儲(chǔ)能的整合之外，還包括更便捷的基礎(chǔ)設(shè)施管理、高效利用空間、廢熱回收以及降低本地空氣污染。

本評(píng)論探討了能夠增強(qiáng)區(qū)域供熱在不斷變化的能源格局中作用的關(guān)鍵新機(jī)遇，擴(kuò)大熱能回收并促進(jìn)系統(tǒng)靈活性。

區(qū)域供熱系統(tǒng)可選熱源的示意圖

從新熱源和未開(kāi)發(fā)熱源回收更多廢熱流，可以釋放效率提升

區(qū)域供熱是回收本應(yīng)廢棄熱流的最高效技術(shù)，有時(shí)也是唯一。因此，它們?cè)谔嵘到y(tǒng)能效方面發(fā)揮重要作用。雖然高溫廢熱通常已被工業(yè)回收或用于發(fā)電，但大量低于100°C的廢熱仍會(huì)排放到環(huán)境中?，F(xiàn)代區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)可在較低溫度下運(yùn)行，整合多種熱源，同時(shí)最大限度減少配電損失。未來(lái)能源系統(tǒng)中日益增長(zhǎng)的用電用戶(hù)，如數(shù)據(jù)中心或氫電解槽，會(huì)產(chǎn)生低溫廢熱，如果靠近城市區(qū)域，則增加回收機(jī)會(huì)。利用熱泵將低溫廢熱升級(jí)至適合區(qū)域供熱的高溫，進(jìn)一步使得原本無(wú)法使用的熱源（如廢水或退役煤礦的礦水）得到有效利用。

人工智能的發(fā)展和日益廣泛應(yīng)用推動(dòng)了數(shù)據(jù)中心電力需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)。雖然目前它們約占全球電力需求的1.5%，但到2030年，需求將翻一番。數(shù)據(jù)中心幾乎所有的用電都轉(zhuǎn)化為可用熱能，其中約70%-80%可通過(guò)熱泵回收。數(shù)據(jù)中心通常靠近城市中心，是利用廢熱進(jìn)入?yún)^(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)的理想機(jī)會(huì)。例如，在斯德哥爾摩，已有20多個(gè)數(shù)據(jù)中心滿(mǎn)足了1.5%的區(qū)域供暖需求;而在芬蘭埃斯波，一組新建的數(shù)據(jù)中心將為約10萬(wàn)戶(hù)家庭提供足夠的廢熱。尤其是在歐洲，未來(lái)熱量回收潛力巨大。如果完全集成到區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)中心的再利用熱量到2030年可為5公里范圍內(nèi)的建筑提供高達(dá)300太瓦時(shí)的空間供暖。這大約足夠歐洲10%的家庭使用。雖然已有數(shù)據(jù)中心廢熱回收技術(shù)，但將其整合到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中存在挑戰(zhàn)，如需要明確的商業(yè)模式和資費(fèi)結(jié)構(gòu)。

在附近，數(shù)據(jù)中心提供了相對(duì)較高的廢熱溫度，具有高度高效的區(qū)域供熱潛力。相比之下，污水系統(tǒng)產(chǎn)生的污水溫度較低，這在溫帶地區(qū)具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵谳^暖的月份，它也可用于區(qū)域制冷，從而實(shí)現(xiàn)全年設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的更高利用率。污水隨處可見(jiàn)，污水系統(tǒng)和污水處理廠通常位于人們居住的地方，也就是說(shuō)，正好與需要空間供暖和制冷的地方重合。熱能可以通過(guò)熱泵回收，熱能可以分散式地直接從位于城市的網(wǎng)絡(luò)回收，也可以從污水處理廠集中回收。因此，廢水作為供暖和制冷來(lái)源的高效利用關(guān)鍵在于對(duì)溫度和流量流進(jìn)行地理分布，以識(shí)別最高的潛能。例如，新西蘭基督城應(yīng)用能源規(guī)劃公司的一項(xiàng)地圖研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于約40萬(wàn)居民的城市，廢水可回收約80兆瓦的熱能，足以為全市約1萬(wàn)戶(hù)家庭供暖。污水處理廠的熱回收越來(lái)越被利用。例如，中國(guó)青島市正在擴(kuò)建和加裝其區(qū)域供熱系統(tǒng)。污水熱泵預(yù)計(jì)將為城市提供49兆瓦供暖和45兆瓦制冷能力。而在德國(guó)，漢堡市正在一座污水處理廠建設(shè)四臺(tái)大型熱泵，該廠可產(chǎn)生60兆瓦的熱能，足以供近4萬(wàn)戶(hù)家庭使用。

通過(guò)部門(mén)整合，區(qū)域供熱為電力系統(tǒng)提供更多靈活性

數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車(chē)、熱泵、空調(diào)、氫電解器和電氣化工業(yè)流程等新型電力用戶(hù)推動(dòng)了電力需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)。大部分需求增長(zhǎng)由新的可變可再生能源滿(mǎn)足，這需要系統(tǒng)的更大靈活性。區(qū)域供熱可以在高發(fā)電時(shí)間利用風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的低成本可再生電力，為電鍋爐和大型熱泵發(fā)熱。在丹麥奧胡斯，區(qū)域供熱系統(tǒng)利用大型電鍋爐在低價(jià)期吸收多余的風(fēng)電，既減少了熱量排放，也提升了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。編譯 陳講運(yùn)

區(qū)域供熱可以通過(guò)減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)來(lái)支持電氣化。如今，聯(lián)合發(fā)電廠（既發(fā)電又發(fā)熱）在維持地方電網(wǎng)平衡方面發(fā)揮著尤為重要的作用，因?yàn)檫@些電廠通常將熱量輸送到區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)，因此比其他電力來(lái)源更靠近人口中心。此外，如果以靈活方式部署，管理電力高峰期或吸收過(guò)剩的可再生能源，區(qū)域供熱還能幫助釋放電網(wǎng)容量，用于電氣化其他終端使用部門(mén)。通過(guò)使用熱儲(chǔ)能，區(qū)域供熱系統(tǒng)可以吸收更多多余電力，產(chǎn)生熱量以備后續(xù)使用。在芬蘭赫爾辛基，正在建設(shè)世界上最大的地下熱儲(chǔ)存設(shè)施之一，用于儲(chǔ)存夏季產(chǎn)生的熱能或多余的電力來(lái)源熱能，以供冬季供暖需求，支持季節(jié)性平衡。同樣，在德國(guó)漢堡，一個(gè)200萬(wàn)升的水箱內(nèi)置于能源儲(chǔ)能艙內(nèi)，作為熱儲(chǔ)單元，平衡供需與區(qū)域供熱，幫助緩解電網(wǎng)擁堵。

數(shù)字化提升了區(qū)域供熱系統(tǒng)的響應(yīng)性和靈活性。智能熱量表和先進(jìn)控制使區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)能夠更精準(zhǔn)地調(diào)整供需，優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括天氣、用電模式和電力市場(chǎng)信號(hào)。在大哥本哈根地區(qū)，智能熱量計(jì)量的廣泛部署提升了負(fù)荷預(yù)測(cè)、需求響應(yīng)和運(yùn)營(yíng)效率。在荷蘭，采用供熱網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生優(yōu)化區(qū)域供熱運(yùn)營(yíng)，基于實(shí)時(shí)天氣預(yù)報(bào)、智能電表數(shù)據(jù)和供暖系統(tǒng)傳感器顯示溫度、水流量和壓力。

量身定制且設(shè)計(jì)良好的政策支持對(duì)于新興的區(qū)域供熱機(jī)會(huì)至關(guān)重要

沒(méi)有任何供暖和制冷系統(tǒng)能成為融入和支持不斷變化的能源格局的“靈丹妙藥”。正是對(duì)當(dāng)前和未來(lái)供暖和制冷需求、其空間和時(shí)間動(dòng)態(tài)以及本地資源可用性的理解，使城市和政府能夠設(shè)計(jì)出連貫的策略，最大化效率并最小化排放和成本。

有三個(gè)關(guān)鍵因素可以指導(dǎo)前進(jìn)。

1.熱成像和綜合規(guī)劃是識(shí)別最具成本效益和可持續(xù)解決方案的關(guān)鍵工具——從熱泵等單項(xiàng)技術(shù)到現(xiàn)代區(qū)域供熱和制冷網(wǎng)絡(luò)等共享基礎(chǔ)設(shè)施。像Heat Roadmap Europe、ReUseHeat以及聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署哥本哈根氣候中心在區(qū)域能源領(lǐng)域的工作，支持城市和政府推進(jìn)這一系統(tǒng)層面的方法。德國(guó)的《熱能規(guī)劃法》為協(xié)調(diào)國(guó)家熱量圖繪制和規(guī)劃提供了有力的政策范例，這一點(diǎn)在2025年IEA能源政策審查中有所強(qiáng)調(diào)。同樣，修訂后的歐盟能源效率指令要求成員國(guó)根據(jù)地理位置、溫度和可用時(shí)間等因素繪制未來(lái)需求圖譜，并評(píng)估廢熱潛力。將此類(lèi)系統(tǒng)范圍規(guī)劃納入政策框架，有助于克服基礎(chǔ)設(shè)施解決方案（如區(qū)域能源）的障礙，并確保成本效益分析優(yōu)先利用現(xiàn)有廢熱和可再生資源，再投資新容量。

2.框架條件，如電力和化石燃料價(jià)格，在決策中起著重要作用。像芬蘭那樣降低熱能生產(chǎn)的電稅，可以使電力解決方案更具競(jìng)爭(zhēng)力，并支持一個(gè)高度整合的能源系統(tǒng)。

3. 包含明確分區(qū)框架的有針對(duì)性支持政策，可以利用綜合熱量規(guī)劃和地圖的成果，激勵(lì)在最適合區(qū)域的區(qū)域供熱基礎(chǔ)設(shè)施投資。

區(qū)域供熱基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)施需要精心規(guī)劃，但只要條件合適，技術(shù)在提升效率、減少排放和增強(qiáng)能源系統(tǒng)的韌性方面可以發(fā)揮更重要的作用。要實(shí)現(xiàn)成功，需要政府與產(chǎn)業(yè)的協(xié)調(diào)努力，以及支持政策框架。IEA可以通過(guò)提供知識(shí)和最佳實(shí)踐分享平臺(tái)來(lái)提供幫助，包括區(qū)域供熱與制冷技術(shù)協(xié)作計(jì)劃、數(shù)字需求驅(qū)動(dòng)電力網(wǎng)絡(luò)（3DEN）倡議、國(guó)家能源政策審查以及具體會(huì)議，如IEA每年舉辦的全球能源效率會(huì)議。

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