區(qū)域能源是一種經(jīng)過驗證的能源解決方案，已在全球越來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)來實現(xiàn)重要的功用，包括：保障能源供應(yīng);減少對能源進口和化石燃料的依賴;社區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和社區(qū)對能源供應(yīng)的控制;當?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)域能源的貢獻是巨大的，并在全球范圍內(nèi)增長。區(qū)域供暖滿足了歐洲12% (Connolly，2012)和中國30%(亞洲開發(fā)銀行，2014)的熱需求，中國在2005年至2011年間的供熱網(wǎng)長度翻了一番(IEA，2014a)。 在俄羅斯，區(qū)域供暖可以滿足建筑物熱量需求的50%。 在幾個歐洲城市，幾乎所有需要的供暖和制冷都是通過地區(qū)冷熱網(wǎng)提供的。 全球最大的區(qū)域制冷能力在美國，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，翻新和新發(fā)展存在重大機遇。 例如，俄羅斯60%的網(wǎng)絡(luò)需要維修或更換(IEA，2009); 中國主要是燃煤鍋爐正在進行現(xiàn)代化改造;據(jù)預(yù)測，到2030年，在海灣國家，區(qū)域制冷可以提供30%的預(yù)測制冷需求，每天節(jié)省20千瓦的新電力容量和20萬桶石油當量(Booz&Company，2012)。 在歐盟(EU)，414個垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒的垃圾熱值中，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(Connolly，2012)。

在印度，主要城市空調(diào)制冷的需求給電力系統(tǒng)帶來巨大壓力，特別是在需求高峰時期，制冷成為了造成某些城市定期停電的主要原因。應(yīng)對這種壓力需要額外投資大量電力容量才能滿足峰值需求。預(yù)計到2050年將有近4億人遷往印度的城市中心(聯(lián)合國，2014年)，預(yù)計到2030年將有15%的人口無法獲得電力，該國電力系統(tǒng)的壓力將會一直增加(IEA，2013))。 在孟買，估計該市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，目前許多國家和地區(qū)包括歐盟，美國，中國和日本都設(shè)定了目標和規(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，這有助于實現(xiàn)這種能源解決方案的全部潛力 - 不僅在經(jīng)濟和環(huán)境方面，而且在其與電力，衛(wèi)生，污水處理，運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)通過管道與冷藏相結(jié)合來供應(yīng)冷水。冷水可以通過使用蒸汽輪機驅(qū)動或吸收式制冷機產(chǎn)生，吸收式制冷劑的熱量通常來自發(fā)電或工業(yè)廢熱；抑或來自湖泊，河流或海洋等自由冷卻源；或通過電動冷卻器產(chǎn)冷。區(qū)域制冷的效率可以是傳統(tǒng)分散式制冷機(如空調(diào)機組)的兩倍以上，并且可以通過降低功耗和使用蓄熱器顯著降低高峰需求時期的用電量。

區(qū)域供冷在赫爾辛基和路易港等許多類型的城市都有重要的應(yīng)用。對空調(diào)的較高需求使得電力系統(tǒng)經(jīng)常處于超負荷狀態(tài)，尤其是發(fā)展中國家的城市，越來越多的人口遷移到城市，冷卻需求也在增長，區(qū)域供冷確實有效的解決了電力系統(tǒng)的長期緊張。另一方面，區(qū)域制冷減少了對環(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，預(yù)計到2050年將增加到相當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)域制冷變得越來越重要。從2000年到2010年，全球空間制冷能耗增長了60%(IEA，2014b)。

區(qū)域供暖系統(tǒng)

自19世紀80年代以來，區(qū)域供暖一直在使用，并且從那時起已經(jīng)取得了顯著進步。世界上許多區(qū)域供熱系統(tǒng)需要現(xiàn)代化(即改裝)以使它們達到可靠的標準。區(qū)域供熱可以使用浪費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。未來的區(qū)域供熱標準被稱為“第四代系統(tǒng)”，是發(fā)達的第三代網(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，包括低等級的廢熱，還可以允許消費者提供熱量。通過熱量存儲，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)的中心站生成工廠相比，第四代系統(tǒng)更靠近負載中心和發(fā)電機，這些系統(tǒng)的分布性和規(guī)模鏈接更多節(jié)點和類似網(wǎng)絡(luò)的框架，通過多個點增強對網(wǎng)格的可訪問性，使網(wǎng)絡(luò)更加靈活。

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