四通八达 丹麦区域供热启示录

　　提到丹麦，很多在能源领域扎根的人第一反应想必不是“童话王国”，而是“风电王国”。绵延七千多公里的海岸线，四面环海，造就了丹麦丰富的风力资源，这为丹麦风电行业的兴起奠定了坚实的地理基础。在丹麦随风转动的白色风车随处可见，向人们展示着丹麦在风能领域已位居世界领导地位。作为全球风力发电的标杆，丹麦目前百分之四十多的电力消耗来自风能，目标是到2020年风电使用占比达到50%，到2050年实现100％非传统能源供应。但是众所周知，风力发电的波动性，往往会导致电网负荷增加，消纳困难。那么这样一个风能王国，又是怎么使得风力发电占比达到如此之高呢？

　　丹麦风力发电取得的成就，给大家留下了深刻的影响。其中多能耦合的区域供热网络，不仅仅是能解决风能消纳，也是能改善区域供热经济效益。在丹麦，区域供热网络大规模地取代了独立供热设备，已经覆盖了64%的全国人口。

大哥本哈根区域供热网示意图

　　大哥本哈根地区中有3家区域供热输送公司和20家本地供热运营公司的区域供热。这些公司共同使用着大哥本哈根地区供热网，供热面积达到7500万平方米。年供热量8500GWh,主干网络为25bar热水管网，总计铺设约160千米。目前，供热网的热源组成为垃圾焚烧供热厂（25%），生物质热电连产机组（70%）和电加热（5%）。此外供热网中还连接着大型热泵，大型电加热锅炉以及大容量蓄热器（3个，每个24000立方）。

　　整个区域供热网络起源于二十世纪初哥本哈根市内热网，在七十年代石油危机发生后，区域热网的建设得到了政府层面的大力支撑，八九十年代在丹麦北海天然气田开发和海上风电场建设后，更是得到了深入的发展。目前的热网已经发展到了第四代，其特点是：

　　·热电联产机组从燃煤燃气机组转变为生物质机组

　　·集成大容量蓄热器

　　·冷热电三联供机组和季节性蓄热器投入应用

　　·区域供冷比例持续增加

　　·年需热量超过100万千瓦时的大用户将加入区域热网，摒弃燃气自供热方式

　　·热网中电能转化设备比例增加，以消纳风电余量

　　·165℃以上的供热网比例下降，供热配网供回水温度下降

　　实现向第四代热网的升级过程中，供热网络将分步实现自我升级更新，包括提高热电联产机组(CHP)效率，增加电加热设备以消纳风电余量，CHP低温供热改造等。热泵和电加热产生的低温热水与CHP能够优化协调调配控制，同时增加系统蓄热容量等。

　　除了哥本哈根，在如锡尔克堡这样人口不超过5万的地区，区域供热网络的升级也经历了类似的过程。当地供热公司原先配置的燃气热电联产机组（105MW发电功率+85MW热功率）在风电过剩接入的现状下，难以取得经济性上的优势。在2015年，系统增加了30MW电加热锅炉，以在电价较低时降低供热成本，同时保留可再生能源出力不足时的供应能力。此外，热电联产机组还采取了其它的改造措施，如增加烟气余热回收，大型热泵与光热联合系统，2座16000立方蓄热容量，综合提升能源利用效率，减低供热、供电成本。

锡尔克堡供热公司建设的大型光热厂，驱动大型热泵

　　在技术装备上，精细化的计量手段解决了丹麦供暖优化时急需的数据来源问题。例如在丹麦第二大城市阿莫斯，区域供暖公司AddaldVarme Aarhus(AVA)将终端用户的所有计量热力表全部换成了智能热表，56000个智能热量表能够实现小时抄表报文功能。基于颗粒度细化，用户分类准确的热力消耗数据，AVA能够快速精确地定位区域热网中的异常消耗，采集到的数据也是优化其供应侧热源设备组合和启停策略的基础。同时，智能热量表的安装也减少了区域供热公司抄表的人力成本，以及因为抄表错误缺少导致的结算问题。智能热量表的实时读数也能够通过手机APP和Web界面及时直观地展示给用户，并基于数据添加一些用能小建议，引导用户合理用能，提高了客户满意度。

　　上述的建设和管网改造环节，在实施中的一大困难是系统较高的投资。相较于传统的每户或者每组用户独立供热供冷方式，区域供热/冷网络中的管网铺设、建设成本相比之下远远超出，但它的运行成本和环境影响收益，随着系统规模的扩大逐步显现，因此系统综合成本，从整个系统的生命周期来看要低于独立供热系统。尤其是当区域供暖热源是热电联产机组、垃圾燃烧机组或者工业废热时，无论是运行成本还是能源利用效率都能够上升至一个更优的水平。多元化的生产侧热源选择还为整个系统提供了更大的灵活性。当一个热源发生故障时，其它设备也能够弥补供热上的空缺。由于电价的市场化波动和余热供应的不稳定性，供热成本也在不断变化。区域供热公司可以通过不同类型热源的组合，实现更优的经济性，降低运行成本。

　　我国北方地区自2017年起，在党中央国务院关于能源生产和消费革命精神的指示下，陆续开展了煤改电的供暖方式转变。这在空气污染较为严重的京津冀地区对改善大气质量有很强的现实意义。笔者认为，丹麦在区域供热实践中的部分经验，也值得国内借鉴。丹麦实践中出现的终端设备，如空气源热泵、蓄热式电热器，这些在国内均有运用，但在多网融合方面，却存在着差距。不可否认的是，在终端配电网的建设力度和人口、用能密度方面，我国情况与北欧还是存在不小的区别，同时丹麦风电的价格优势，使其电能供暖中获得了相当大的经济性优势。目前国内采用电价补贴来增强电能供暖的吸引力，并且配套了如张北特高压之类有助于清洁能源消纳的电网建设措施。在不同的条件和基础下，走出了一条国外不同的清洁供暖方式。但在煤改电和农网改造中，加强配电网末端智能化水平，加强综合能源服务条件和水平，实现环境效益、经济效益的均衡最优，应当是可以向吸取国外经验、增强提高的方向。（作者：庄弘）