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區(qū)域供暖在未來(lái)可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)中的角色
關(guān)鍵字：區(qū)域供熱，公共供熱，能源系統(tǒng)分析報(bào)告，可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)。
摘要
介于丹麥的實(shí)情，材料分析了區(qū)域供暖在未來(lái)可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)中扮演的角色。目前，可持續(xù)發(fā)展能源的比重將接近20%。從這個(gè)事實(shí)的觀點(diǎn)來(lái)看，材料定義了這樣一個(gè)方案結(jié)構(gòu)：丹尼斯系統(tǒng)將在2060年100%的覆蓋可持續(xù)發(fā)展能源資源，并且空間加熱需要縮減至75%。利用完全國(guó)有能源系統(tǒng)的詳細(xì)分析報(bào)告，關(guān)系到燃料需求、二氧化碳排放量以及消耗的重要性，可以做出有計(jì)劃的供暖選擇，包括區(qū)域供熱和單獨(dú)的熱泵以及微型熱電聯(lián)供。研究包含了丹尼斯將近25%的建筑消耗，那些建筑在當(dāng)今有單獨(dú)的天然氣或者燒油的鍋爐而且能夠被區(qū)域供暖或一個(gè)更有效的個(gè)別的熱源所代替。在這樣一個(gè)全面的觀察下，最好的解決方法將是逐步擴(kuò)大的區(qū)域供暖與單獨(dú)熱泵的使用的相結(jié)合。這樣的結(jié)果，在當(dāng)今基于化石燃料的系統(tǒng)是有充分根據(jù)的，基于在未來(lái)潛在的能夠100%的可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)也是有充分根據(jù)的。
1引言
在世界上許多國(guó)家，供暖和供應(yīng)熱水給建筑物的能力是必不可少的。當(dāng)今，正被集中爭(zhēng)論的話題是如何將最好的方法應(yīng)用在未來(lái)的能源系統(tǒng)中，使得化石燃料的燃燒應(yīng)當(dāng)被減少或者是完全的被避免。在最近的爭(zhēng)論中，一個(gè)能至少等同于兩個(gè)不同的觀點(diǎn)來(lái)解釋未來(lái)。一種觀點(diǎn)陳述了低能耗建筑能完全不再需要供熱甚至是不再有太陽(yáng)能的利用，正能源的房子能產(chǎn)生比他們需求的更多的熱量。其他的觀點(diǎn)陳述的是來(lái)自工業(yè)、廢物燃燒和電站的過(guò)多熱的產(chǎn)生可以和地?zé)?、大?guī)模的太陽(yáng)能和大規(guī)模的熱泵結(jié)合起來(lái)一起被利用于房屋供熱。第一種情況，區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)可能不再被需要，然而，后一種情況，區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)將成為基本設(shè)施。
在最近很多材料上，低能耗建筑的設(shè)計(jì)和觀察在被分析和描述，這也就是零排放和正能源的房屋的概念。然而，這份材料主要的解決對(duì)象是未來(lái)建筑，不包括現(xiàn)存的所有建筑，這歸于建筑物壽命的長(zhǎng)久，它們被猜想仍需幾十年才能夠達(dá)到。還有一些材料講述如何減少熱量在現(xiàn)存建筑物中的需求，以及逐步形成這樣一個(gè)結(jié)論：這樣的努力是需要一個(gè)重大的投資損失而不是經(jīng)營(yíng)的節(jié)省。然而，在丹麥當(dāng)今現(xiàn)存的建筑中份額被猜想還要高出很多年，這樣建筑的份額被猜想到2030年能達(dá)到85%至90%。而且沒(méi)有研究發(fā)現(xiàn)哪一個(gè)支持能夠如何完全避免在現(xiàn)存建筑物中熱量的合理消耗需求以及解決問(wèn)題切關(guān)的時(shí)間期限。
另一方面，通過(guò)熱電聯(lián)供的利用，燃料燃燒效率在系統(tǒng)中有所改善和提高，推薦和擴(kuò)大熱電聯(lián)供的利用是減少化石燃料燃燒的措施；這些措施還包括熱泵，利用工業(yè)的廢熱余熱，或者是用像廢棄物或各種各樣的生物能源這樣的殘余的資代替化石燃料資源。這樣的策略使區(qū)域供熱系統(tǒng)的需要成為必要條件。為滿足住宅建筑的熱量需求，區(qū)域供熱和單獨(dú)供熱已經(jīng)被分析過(guò)了，在挪威，區(qū)域供熱相對(duì)單獨(dú)用電供熱有更低的二氧化碳的排放量。然而，這份分析報(bào)告偏偏沒(méi)有被只有少量甚至是沒(méi)有化石燃料的未來(lái)能源系統(tǒng)所應(yīng)用。由于各種各樣的原因，包括能源危機(jī)和氣候改變，世界各地的許多國(guó)家都愿意把精力集中在能源效率的能源政策上，以及可持續(xù)發(fā)展能源的源頭份額的增長(zhǎng)上。在丹麥，官方長(zhǎng)期的政治目標(biāo)是100%的覆蓋可持續(xù)發(fā)展能源，這個(gè)目標(biāo)的貫徹執(zhí)行將必然包含整個(gè)能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。能源政策將導(dǎo)致電力供應(yīng)和需求平衡的改變。隨著風(fēng)能的產(chǎn)生和熱電聯(lián)供份額達(dá)到電力需求20%和50%，尤其丹麥?zhǔn)鞘紫让鎸?duì)這樣問(wèn)題的幾個(gè)國(guó)家之一。到目前為止，丹麥已經(jīng)遭遇了超負(fù)荷的電力供應(yīng)問(wèn)題。各方面的技術(shù)都已經(jīng)被分析，而且?guī)讉€(gè)措施也已被執(zhí)行，其中包括被散的熱電聯(lián)供機(jī)械設(shè)備的管理的改變。不同的技術(shù)問(wèn)題包括為區(qū)域供熱服務(wù)的電鍋爐和熱泵的熱量貯存、靈活需求和運(yùn)輸用電，以及各種不同的能量?jī)?chǔ)存選擇。
是否被看作是區(qū)域供熱的一個(gè)策略要比其他的未來(lái)可持續(xù)可再生能源系統(tǒng)的貫徹執(zhí)行更好，很難從一個(gè)完全的房屋供熱前景得出結(jié)論。一種策略不得不包括倆方面，一是： 為了評(píng)估如何用最好的方法在整個(gè)系統(tǒng)中使用可利用的能源的能源系統(tǒng)的剩余；二是：如何使能源的節(jié)省和有效的措施與可持續(xù)能源的結(jié)合來(lái)滿足以最低社會(huì)消耗結(jié)束化石燃料的使用。這份材料試圖執(zhí)行一個(gè)先進(jìn)的能源系統(tǒng)分析報(bào)告，這個(gè)分析報(bào)告是整個(gè)國(guó)家的能源系統(tǒng)通過(guò)對(duì)目前不同房屋供熱的選擇的對(duì)比，來(lái)評(píng)估不同供熱形式的選擇對(duì)總能耗需求和二氧化碳排放量的影響。
2 方法論
通過(guò)利用地理學(xué)的系統(tǒng)工具，實(shí)用的方法論已經(jīng)被首先用來(lái)鑒別可行性的方案和擴(kuò)大區(qū)域供熱的代價(jià)；其次用能源系統(tǒng)分析工具來(lái)制作當(dāng)前的模型，也就是未來(lái)丹尼斯?jié)撛诘哪茉聪到y(tǒng)；最后，用來(lái)鑒別各種選擇和為房屋供暖的代價(jià)的問(wèn)題。接下來(lái)方法論和數(shù)據(jù)會(huì)被進(jìn)一步分析描述。
2.1 可行性的區(qū)域供熱方案
現(xiàn)在丹尼斯有46%的供熱需求網(wǎng)絡(luò)被主要靠熱電聯(lián)供的區(qū)域供熱所滿足。剩下的部分主要是利用單獨(dú)的油、天然氣或者生物能的鍋爐供熱。通過(guò)利用先進(jìn)的地理學(xué)系統(tǒng)模型，關(guān)聯(lián)到剩余建筑不同部分的代價(jià)已經(jīng)被鑒定。這份鑒定是由基于丹尼斯建筑登記的地理模型和被丹尼斯能源專家堅(jiān)持的一個(gè)供熱區(qū)域模型的相結(jié)合所制定的。具體的模型和實(shí)際的應(yīng)用將在[43,44]中進(jìn)一步被描述。2006年，總房屋供熱消耗已經(jīng)被確定是60.1 TWh/年，其中的27.9TWh被供應(yīng)區(qū)域供熱，而32.2TWh被應(yīng)用于獨(dú)立的鍋爐和加熱器。根據(jù)地理學(xué)信息系統(tǒng)模型，凈供熱需求已經(jīng)被規(guī)定為被分配到每戶能源的94%-95%，因此，在熱交換器中比較小的損失是被包括在估算當(dāng)中的。
用這種方法計(jì)算熱需求或多或少并不等于丹尼斯能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)凈熱量需求28.4 TWh/年的熱量需求。在接下來(lái)被描述的分析報(bào)告中，數(shù)據(jù)已經(jīng)被校正到與能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相匹配。
與2006年的形勢(shì)相比較以上已經(jīng)描述（以下提到的作為參考的形勢(shì)），接下來(lái)的區(qū)域供熱的潛在擴(kuò)大的形勢(shì)方案被確定為：
方案1：規(guī)定存在或者是計(jì)劃進(jìn)行區(qū)域供熱的區(qū)域內(nèi)所有的建筑都將連接入系統(tǒng)，這將把區(qū)域供熱的需求從27.9TWh/年增加到31.6TWh/年.
方案2：由天然氣加熱獨(dú)立鍋爐供應(yīng)的接近于現(xiàn)存的DH區(qū)域的所有區(qū)域?qū)⒈晦D(zhuǎn)變?yōu)镈H區(qū)域，這將使得份額進(jìn)一步從31.6 TWh/年擴(kuò)大到37.6 TWh/年.
方案3：距離現(xiàn)存的區(qū)域一千米以上的天然氣區(qū)域被轉(zhuǎn)變?yōu)镈H區(qū)域，這將份額從37.6 TWh/年增至42.3 TWh/年。
這三個(gè)方案參考圖表.1。
圖表1的凈熱需求已經(jīng)被轉(zhuǎn)換到區(qū)域供熱，包括輸電網(wǎng)損失和燃料需求，同時(shí)，丹尼斯能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的校正如圖表2所示。
2.2 目前的和未來(lái)潛在的丹尼斯能源系統(tǒng)模型化
區(qū)域供熱對(duì)各種各樣的單獨(dú)供熱的的分析報(bào)告從2006年被當(dāng)做目前能源系統(tǒng)已經(jīng)被得出，也就是未來(lái)潛在能源系統(tǒng)正領(lǐng)導(dǎo)一種可視化的能源供給，它是基于100%的可持續(xù)發(fā)展能源的覆蓋。完整的丹尼斯能源系統(tǒng)的分析報(bào)告已經(jīng)被能源計(jì)劃模型以某種方式得出。被發(fā)展在奧爾堡大學(xué)這個(gè)模型能夠被自由的從網(wǎng)站www. energyplan.edu進(jìn)入。在同一個(gè)網(wǎng)站，能夠發(fā)現(xiàn)程序說(shuō)明書、雜志和一個(gè)培訓(xùn)程序的鏈接。能源計(jì)劃被描述和比喻為其他模型。模型的主要目的是促進(jìn)國(guó)有的或者是區(qū)域的能源計(jì)劃策略的設(shè)計(jì)和圍繞熱與電的整個(gè)能源系統(tǒng)在運(yùn)輸和工業(yè)領(lǐng)域的供應(yīng)。一般的投入是需求，可持續(xù)能源的源頭，能量站的容電能力，成本和大量的不同的非強(qiáng)制性的管理策略，策略的重點(diǎn)是輸入/輸出和超負(fù)荷的電力產(chǎn)品。輸出是能源的平衡和最終一年一次的產(chǎn)品，燃燒消費(fèi)，電力的輸入/輸出以及由電轉(zhuǎn)換來(lái)的收入的總成本。
為了使能源系統(tǒng)模型適應(yīng)丹尼斯能源策略的輸出，從2006年，能源系統(tǒng)模型就被標(biāo)準(zhǔn)化，被丹尼斯能源機(jī)構(gòu)制定的BAU放映室也是如此。相比較目前的情形，包括更多風(fēng)能利用，熱量?jī)?chǔ)蓄，和更好的熱電聯(lián)供及動(dòng)力工廠等等的未來(lái)能源系統(tǒng)，如表1中所闡述的，為了到2060年丹尼斯政府的100%的資源目標(biāo)就能達(dá)到，需要執(zhí)行以下的改變：
1 在丹尼斯的北海，終結(jié)來(lái)自石油和天然氣產(chǎn)品的能源消費(fèi)。
2 熱電聯(lián)供和動(dòng)力工廠中的燃料需求被沼氣和（或）氫所代替。
3 用于加熱鍋爐的燃料需求被類似稻桿和（或）木頭的生物能源代替。
4 工業(yè)的燃料需求降低50%，并且轉(zhuǎn)化成沼氣和（或）生物能源。
5 單獨(dú)供熱生物能源加熱鍋爐所代替。
6 用于運(yùn)輸?shù)牟裼捅黄鸵?:1的比率替換。
7 用于運(yùn)輸?shù)钠捅浑娏σ?:1的比率替換。
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