區(qū)域能源是一種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的能源解決方案，已在全球越來(lái)越多的城市中部署多年。 它代表了多種技術(shù)，旨在發(fā)展冷，熱，生活熱水和電力的生產(chǎn)和供應(yīng)之間的協(xié)同作用。城市正在采用區(qū)域能源系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)重要的功用，包括：保障能源供應(yīng);減少對(duì)能源進(jìn)口和化石燃料的依賴(lài);社區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社區(qū)對(duì)能源供應(yīng)的控制;當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量改善;減少二氧化碳排放量;增加可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比等等。

全球范圍內(nèi)區(qū)域能源應(yīng)用現(xiàn)狀

區(qū)域能源的貢獻(xiàn)是巨大的，并在全球范圍內(nèi)增長(zhǎng)。區(qū)域供暖滿(mǎn)足了歐洲12% (Connolly，2012)和中國(guó)30%(亞洲開(kāi)發(fā)銀行，2014)的熱需求，中國(guó)在2005年至2011年間的供熱網(wǎng)長(zhǎng)度翻了一番(IEA，2014a)。 在俄羅斯，區(qū)域供暖可以滿(mǎn)足建筑物熱量需求的50%。 在幾個(gè)歐洲城市，幾乎所有需要的供暖和制冷都是通過(guò)地區(qū)冷熱網(wǎng)提供的。 全球最大的區(qū)域制冷能力在美國(guó)，功率為16千兆瓦熱，其次是阿聯(lián)酋(10 千兆瓦)和日本(4千兆瓦)(Euroheat&Power，2014)。 2009年至2011年間，韓國(guó)區(qū)域降溫增加了兩倍多(Euroheat&Power，2014)。

然而，現(xiàn)代區(qū)域能源系統(tǒng)的全部潛力仍未得到充分利用。 增長(zhǎng)，翻新和新發(fā)展存在重大機(jī)遇。 例如，俄羅斯60%的網(wǎng)絡(luò)需要維修或更換(IEA，2009); 中國(guó)主要是燃煤鍋爐正在進(jìn)行現(xiàn)代化改造;據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年，在海灣國(guó)家，區(qū)域制冷可以提供30%的預(yù)測(cè)制冷需求，每天節(jié)省20千瓦的新電力容量和20萬(wàn)桶石油當(dāng)量(Booz&Company，2012)。 在歐盟(EU)，414個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)焚燒的垃圾熱值中，不到一半目前作為電力或熱量被回收，并且近1億噸非再生垃圾被存放在垃圾填埋場(chǎng)(Connolly，2012)。

在印度，主要城市空調(diào)制冷的需求給電力系統(tǒng)帶來(lái)巨大壓力，特別是在需求高峰時(shí)期，制冷成為了造成某些城市定期停電的主要原因。應(yīng)對(duì)這種壓力需要額外投資大量電力容量才能滿(mǎn)足峰值需求。預(yù)計(jì)到2050年將有近4億人遷往印度的城市中心(聯(lián)合國(guó)，2014年)，預(yù)計(jì)到2030年將有15%的人口無(wú)法獲得電力，該國(guó)電力系統(tǒng)的壓力將會(huì)一直增加(IEA，2013))。 在孟買(mǎi)，估計(jì)該市40%的電力需求用于制冷，目前只有16%的商業(yè)和住宅建筑使用空調(diào)(Tembhekar，2009)。

為了解決這些差距，目前許多國(guó)家和地區(qū)包括歐盟，美國(guó)，中國(guó)和日本都設(shè)定了目標(biāo)和規(guī)定，以挖掘現(xiàn)代區(qū)域能源的潛力(IEA，2014b)。 區(qū)域能源正在經(jīng)歷現(xiàn)代化，這有助于實(shí)現(xiàn)這種能源解決方案的全部潛力 - 不僅在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面，而且在其與電力，衛(wèi)生，污水處理，運(yùn)輸和廢物等眾多系統(tǒng)的整合能力方面。

區(qū)域供冷系統(tǒng)

區(qū)域供冷系統(tǒng)通過(guò)管道與冷藏相結(jié)合來(lái)供應(yīng)冷水。冷水可以通過(guò)使用蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)或吸收式制冷機(jī)產(chǎn)生，吸收式制冷劑的熱量通常來(lái)自發(fā)電或工業(yè)廢熱；抑或來(lái)自湖泊，河流或海洋等自由冷卻源；或通過(guò)電動(dòng)冷卻器產(chǎn)冷。區(qū)域制冷的效率可以是傳統(tǒng)分散式制冷機(jī)(如空調(diào)機(jī)組)的兩倍以上，并且可以通過(guò)降低功耗和使用蓄熱器顯著降低高峰需求時(shí)期的用電量。

區(qū)域供冷在赫爾辛基和路易港等許多類(lèi)型的城市都有重要的應(yīng)用。對(duì)空調(diào)的較高需求使得電力系統(tǒng)經(jīng)常處于超負(fù)荷狀態(tài)，尤其是發(fā)展中國(guó)家的城市，越來(lái)越多的人口遷移到城市，冷卻需求也在增長(zhǎng)，區(qū)域供冷確實(shí)有效的解決了電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期緊張。另一方面，區(qū)域制冷減少了對(duì)環(huán)境有害的制冷劑的消耗，例如氫氯氟烴(HCFCs)和氫氟碳化合物(HFCs)。氟氯烴消耗臭氧層，而用氫氟碳化合物替代臭氧層意味著氫氟碳化合物排放量每年以8%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2050年將增加到相當(dāng)于全球二氧化碳排放量的7%至19%(環(huán)境署， 2014)。隨著全球制冷需求的激增，區(qū)域制冷變得越來(lái)越重要。從2000年到2010年，全球空間制冷能耗增長(zhǎng)了60%(IEA，2014b)。

區(qū)域供暖系統(tǒng)

自19世紀(jì)80年代以來(lái)，區(qū)域供暖一直在使用，并且從那時(shí)起已經(jīng)取得了顯著進(jìn)步。世界上許多區(qū)域供熱系統(tǒng)需要現(xiàn)代化(即改裝)以使它們達(dá)到可靠的標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)域供熱可以使用浪費(fèi)掉的潛在熱源以及可再生熱源。下圖顯示了區(qū)域供熱系統(tǒng)的歷史發(fā)展，包括其提高的效率和熱源的多樣化。未來(lái)的區(qū)域供熱標(biāo)準(zhǔn)被稱(chēng)為“第四代系統(tǒng)”，是發(fā)達(dá)的第三代網(wǎng)絡(luò)的自然發(fā)展。與前幾代相比，第四代系統(tǒng)在較低溫度下運(yùn)行，導(dǎo)致熱損失減少，并且它們可以連接到具有低能量密度的區(qū)域(例如，具有許多低能耗建筑物的區(qū)域)。該系統(tǒng)可以使用各種熱源，包括低等級(jí)的廢熱，還可以允許消費(fèi)者提供熱量。通過(guò)熱量存儲(chǔ)，智能系統(tǒng)和靈活供應(yīng)，該系統(tǒng)可以提供成本很低的解決方案，可以創(chuàng)建將高水平可變可再生能源集成到電網(wǎng)中所需的靈活性。與傳統(tǒng)的中心站生成工廠(chǎng)相比，第四代系統(tǒng)更靠近負(fù)載中心和發(fā)電機(jī)，這些系統(tǒng)的分布性和規(guī)模鏈接更多節(jié)點(diǎn)和類(lèi)似網(wǎng)絡(luò)的框架，通過(guò)多個(gè)點(diǎn)增強(qiáng)對(duì)網(wǎng)格的可訪(fǎng)問(wèn)性，使網(wǎng)絡(luò)更加靈活。

(圖：區(qū)域供熱系統(tǒng)的歷史發(fā)展，來(lái)源：District Energy in Cities)