區(qū)域能源能廣泛接入附近分散的可再生能源，大幅提升能源使用效率，同時滿足區(qū)域內(nèi)多種用戶冷、熱、電等綜合能源需求，是一種城市多能供應(yīng)解決方案，是最典型的綜合能源服務(wù)業(yè)態(tài)，也是最完整的、具有能源自治特點的局部能源互聯(lián)網(wǎng)。理論上，區(qū)域能源具有多方受益的特點，近年來受到投資方、設(shè)備商和地產(chǎn)商的追捧。
由于篇幅關(guān)系，本專題分兩篇發(fā)表，第一篇介紹區(qū)域能源的概念、技術(shù)及發(fā)展趨勢；第二篇從成本控制和商業(yè)模式等角度，探尋用戶側(cè)綜合能源服務(wù)投資的本質(zhì)問題，從而形成現(xiàn)實可行的商業(yè)模式建議。
01
區(qū)域能源的概念與優(yōu)勢
區(qū)域能源（District Energy）是指為了滿足某一特定區(qū)域多個用戶的供熱（含熱水、蒸汽）、供冷、供電等多種能源需求，充分利用多能互補理念，以專門的集中式能源站為核心進行能源轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)，并通過區(qū)域管網(wǎng)進行能源輸送的能源系統(tǒng)（圖1）。需要指出的是，這里所說的區(qū)域，特指處于臨近范圍內(nèi)的開發(fā)區(qū)、園區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民區(qū)和建筑群等功能體。
圖1 區(qū)域能源系統(tǒng)示意圖
只有在用戶密集度比較高的情況下，區(qū)域能源相對于分散式能源供應(yīng)才具有明顯優(yōu)勢，所以區(qū)域能源是一種城市能源生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)國際能源署的相關(guān)報告，城市能源消耗占全球能源消耗的70%，其中供熱、供冷約占60%以上，以區(qū)域能源進行冷熱供應(yīng)的業(yè)務(wù)形態(tài)，在用戶側(cè)綜合能源服務(wù)領(lǐng)域中占據(jù)非常重要的地位。其主要特點包括：
1.是最典型的綜合能源服務(wù)業(yè)態(tài)。區(qū)域能源充分利用區(qū)域內(nèi)風(fēng)、光、水、余熱、生物質(zhì)、污水、城市垃圾等分散式的可再生能源，與市政電力、燃?xì)饣檠a充，通過能源站集中轉(zhuǎn)化，再由管網(wǎng)對區(qū)域內(nèi)不同用戶進行冷、熱、電一體化供應(yīng)。其中，（水）地源熱泵、污水源熱泵、低溫?zé)峄厥?、蓄冷蓄熱等冷熱供?yīng)技術(shù)，分布式光伏、分散式風(fēng)電等分布式發(fā)電方式，生物質(zhì)資源分散式采暖（及熱電聯(lián)產(chǎn)）等技術(shù)得到應(yīng)用，滿足了多能互補、技術(shù)綜合、用戶多元、能源一體化供應(yīng)等“綜合能源服務(wù)”諸多概念，是最接近多能流融合的業(yè)務(wù)形態(tài)。
2.實現(xiàn)就地資源的最大限度利用。城市中污水、城市垃圾、周邊余熱等資源，通常被視為廢棄物，但區(qū)域能源通過分散式接入、集中式轉(zhuǎn)化的方式將其進行能源轉(zhuǎn)化，同時見縫插針地利用城市屋頂、空地、車棚的光資源，實現(xiàn)就地資源的最大限度的利用，提升能源自給程度。
3.實現(xiàn)多重效益。一是節(jié)能環(huán)保，與分散式冷熱供應(yīng)相比，區(qū)域能源可節(jié)約30%-40%的能源。同時，對于減少空調(diào)系統(tǒng)有害的制冷劑的消耗、擴散效果明顯。二是節(jié)約資源，相對分散式的用能，節(jié)約布置空間60%左右；可以降低設(shè)備的備用容量，降低配電容量的需求。三是提升供能品質(zhì)，能充分發(fā)揮冷、熱、熱水、電力的生產(chǎn)和供應(yīng)之間的協(xié)同作用，對于滿足用戶高品質(zhì)的一體化能源供應(yīng)需求具有優(yōu)勢。四是提升城市發(fā)展質(zhì)量，顯著降低建筑周圍的熱島效應(yīng)，降低空調(diào)內(nèi)外機的安裝，提升建筑美觀和使用面積。
02
氣VS電，驅(qū)動能源的選擇
（一）主要技術(shù)路線
區(qū)域能源已經(jīng)在全球得到了普遍應(yīng)用，發(fā)展出了很多成熟的技術(shù)方式，從生成冷熱的主要驅(qū)動能源來劃分，可分為燃?xì)鉃橹骱鸵噪姙橹鲀煞N技術(shù)路線。
（1）燃?xì)庀到y(tǒng)。包括燃?xì)忮仩t、燃?xì)庵比伎照{(diào)、三聯(lián)供等方式，其中最具代表性的是燃?xì)馊?lián)供，利用天然氣能源驅(qū)動發(fā)動機發(fā)電，再通過各種余熱利用設(shè)備（吸收式制冷機、余熱鍋爐等）對余熱進行回收利用，從而同時向用戶提供電力、制冷、采暖等，如圖2所示。
圖2 燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)示意圖
（2）以電為主的系統(tǒng)。以電能為驅(qū)動，供冷為主的場合采用冷水機組，供熱采用地源、水源、污水源、空氣源、電蓄熱鍋爐等，熱泵同時可實現(xiàn)供冷，如圖3。
圖3 電驅(qū)動集中供冷系統(tǒng)示意圖
（二）氣電之爭
在采用區(qū)域能源方式進行冷熱供應(yīng)，需要遵循“宜電則電、宜氣則氣、因地制宜”的原則，但在電力、燃?xì)獾饶茉雌髽I(yè)的主導(dǎo)下，呈現(xiàn)兩種驅(qū)動能源的博弈。似乎兩種方式各有優(yōu)劣：燃?xì)庠诠幔ㄌ貏e是蒸汽）為主的場景具有優(yōu)勢，但電力在制冷為主的場景中優(yōu)勢明顯，隨著各種熱泵技術(shù)的發(fā)展成熟，在民用制熱（非蒸汽）領(lǐng)域用電也逐步取得優(yōu)勢。
1.成本對比
為方便成對比，電價取最新全國各省一般工商業(yè)電價中位數(shù)約為0.62元/kWh，燃?xì)鈨r格取3元/ Nm3，熱值取8300kcal/Nm3（折合9.65kWh），以新建區(qū)域能源項目為例，對比電能、燃?xì)怛?qū)動在供冷、供熱方面的經(jīng)濟性。
國際上利用大型冷水機組的制冷系統(tǒng)COP可達到5以上，此處取4，則制冷電費成本約0.155元/kWh。在制熱方面，對于存在污水源、江水源、地源、海水源的地區(qū)，充分利用熱泵技術(shù)提取自然界的熱、冷，系統(tǒng)制冷性能系數(shù)可達到4.3以上，此處取制冷系統(tǒng)COP取4，制冷電費成本為0.155元/kWh；供熱效率取3.7，制熱電費成本為0.167元/kWh；無法獲取污水源、江水源、地源、海水源的地區(qū)，可采用空氣源熱泵（除高寒地區(qū)），系統(tǒng)制冷制熱性能系數(shù)取2.5，制冷、制熱電費成本為0.248元/kWh。
采用燃?xì)庵比嘉帐綑C組制冷，制冷COP取1.36，制熱取0.93，制冷燃?xì)獬杀緸?.229元/kWh，制熱燃?xì)獬杀緸?.334元/kWh。采用天然氣三聯(lián)供，發(fā)電效率取40%，制冷工況下制冷效率約43%，制熱工況下制熱效率38.5%。1立方天然氣生成3.86kWh電能，3.7kWh熱能（或4.15kWh的冷），銷售電價按照0.59元/kWh（對用戶電價打95折）計算，將燃?xì)獬杀緶p去售電收入作為制冷制熱的能源成本，則制冷能源成本為0.174元/kWh，制熱成本為0.195元/kWh。運行成本對比情況如表1：
表1 不同技術(shù)形式能源運行成本對比（元/kWh）
由表1可知，冷水機組、電熱泵的冷熱供應(yīng)形式，在運行成本方面對于燃?xì)庵比?吸收式熱泵，具有一定的運行成本優(yōu)勢，冷水機組、各類水源熱泵的冷熱供應(yīng)形式的運行成本也低于三聯(lián)供方式。
同時，考慮燃?xì)馊?lián)供投資成本遠(yuǎn)高于電制冷制熱組合，每kWh冷熱的折舊成本高出約0.07-0.11元/kWh（按年利用小時5000，折舊年限15年計算，由于發(fā)電收入與燃?xì)獬杀镜窒?，多出的折舊成本由供冷、供熱量分?jǐn)偅??？紤]資金成本因素，每kWh冷熱的折舊+資金成本總共高出約0.013-0.19元/kWh。所以考慮全成本后，燃?xì)馊?lián)供制冷制熱成本不但遠(yuǎn)高于冷水機組、各類水源熱泵，也高于空氣源熱泵方式。
綜上，以冷水機組、各類型電熱泵進行冷熱供應(yīng)，對比燃?xì)鉃橹饕?qū)動能源的方式，具有明顯的成本優(yōu)勢。
2.能源獲得性
我國“缺油少氣”的實際情況，決定了燃?xì)怆y以成為基礎(chǔ)的冷熱供應(yīng)驅(qū)動能源。到2020年，我國地級市管網(wǎng)覆蓋率90% 以上，但與電能基本全覆蓋相比仍有差距，同時單一項目獲得大量、持久的燃?xì)夤?yīng)難度較大。我國燃?xì)鈱⒔?0%的天然氣供應(yīng)依賴進口，儲氣量僅占消費量3%，季節(jié)性特點明顯，特別是煤改氣導(dǎo)致冬季氣荒問題頻發(fā)，繼續(xù)依靠燃?xì)怛?qū)動的區(qū)域能源業(yè)務(wù)不是一個合理選項。
相對應(yīng)的，我國擁有世界上覆蓋面最大、安全水平最高的電網(wǎng)，為區(qū)域能源持續(xù)穩(wěn)定運行提供了重要的保障。另一方面，發(fā)展區(qū)域能源，替代分散式的供冷供熱方式，能降低制冷機組最大電負(fù)荷需求和備用需求，大幅降低供電容量需求，降低電力基礎(chǔ)投入；同時在區(qū)域能源中配置水蓄熱（冷）裝置，能提升區(qū)域能源項目的收益，也能為電網(wǎng)進行調(diào)峰。
3.能源轉(zhuǎn)型適應(yīng)性
要實現(xiàn)“2060碳中和”目標(biāo)，未來能源轉(zhuǎn)型的核心是可再生能源替代，以及由此帶來的為消納一次電力產(chǎn)生的電能替代，所以發(fā)展以電為中心的能源生產(chǎn)、消費體系，已是不爭的事實，發(fā)展以電為主的區(qū)域能源是其重要內(nèi)容。
（三）以電為主的區(qū)域能源
隨著各類型熱泵技術(shù)逐步成熟以及鼓勵可再生能源電力供暖等電能替代政策的推動，以電為主的供冷供熱項目具有運行成本低、電能易于獲取和有利于可再生能源消納等特點，應(yīng)作為主要的區(qū)域能源技術(shù)形式（如圖4所示），僅使用少量燃?xì)膺M行極端天氣情況下調(diào)峰補熱。特別對于南方地區(qū)，由于電制冷技術(shù)相對制熱技術(shù)更加成熟，在供冷量大于供熱量的場景，更適宜布局以電為主的區(qū)域能源。遵從以熱定冷的原則，即以供熱量確定熱泵機組容量，夏季供冷功率不足的部分通過冷水機組進行補充，供冷獲得基礎(chǔ)收益，而供熱作為提升能源供應(yīng)品質(zhì)的重要手段。
圖4 以電為主的區(qū)域能源示意圖
03
國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
（一）國外發(fā)展現(xiàn)狀
從上世紀(jì)60年代，區(qū)域能源的形態(tài)即開始出現(xiàn)，逐步在全球得到了普遍應(yīng)用。其中，技術(shù)領(lǐng)先、應(yīng)用廣泛的主要國家和地區(qū)有美國、日本和歐洲。近年來，由于東南亞、南亞、中東等地區(qū)天氣炎熱，供冷需求量大，成為發(fā)展較為迅速的地區(qū)。
美國是最早發(fā)展區(qū)域能源的國家，上世紀(jì)60年代，已經(jīng)利用城市蒸汽管網(wǎng)夏季富余能力驅(qū)動吸收式制冷機來供冷，70年代雙效吸收式制冷機的出現(xiàn)，促進余熱制冷更加普遍，九十年代分布式能源系統(tǒng)和冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)日益成熟。近年來，美國區(qū)域能源發(fā)展方向為以電驅(qū)動，充分利用廣泛分布的深水湖泊資源的高效率區(qū)域供冷，同時在整套系統(tǒng)中結(jié)合冰蓄冷、水蓄冷等技術(shù)。
日本區(qū)域能源最早應(yīng)用上世紀(jì)70年代， 80年代后半期開始快速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了利用蓄熱、熱泵和熱電冷聯(lián)供等新技術(shù)的區(qū)域能源項目。20世紀(jì)90年代后，受能源政策的影響，污水源熱泵、水源熱泵在區(qū)域能源中得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，海水源熱泵方式逐步興起。目前，日本已經(jīng)建成大約140個區(qū)域能源項目，年總冷、熱供應(yīng)量約為2500萬GJ，其中冷量占比約為60%。
歐洲最早的區(qū)域供冷系統(tǒng)出現(xiàn)在法國，目前法國大型區(qū)域能源主要以電動制冷為主，瑞典、德國和意大利等也有不同程度應(yīng)用。德國則由熱電聯(lián)產(chǎn)向冷熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展，北歐的挪威、瑞典和丹麥等國普遍采用海上、湖水、地下水、工業(yè)廢水和城市污水作為冷熱源，以及利用生物質(zhì)和垃圾焚燒作為熱源。
東南亞、中東等地區(qū)由于天氣炎熱，適合開展區(qū)域供冷業(yè)務(wù)，是目前區(qū)域供冷發(fā)展較為迅速的地區(qū)。東南亞地區(qū)，新加坡每年制冷用電量達到全社會用電量的30%，為節(jié)約能源成本，政府高度重視區(qū)域供冷的發(fā)展。馬來西亞、印尼等國家也開始啟動大型區(qū)域供冷項目。中東地區(qū)，沙特阿拉伯于1985年建成了亞德國際機場區(qū)域能源項目，近年啟動了麥地那的特大型區(qū)域供冷項目，總功率約20萬冷噸，預(yù)計安裝80臺大型離心式冷水機組。在迪拜，城市發(fā)展步伐加快以及能源成本上漲等因素，促使了建筑開發(fā)商將區(qū)域能源系統(tǒng)納入新的基礎(chǔ)設(shè)施項目，計劃建設(shè)世界上最大的區(qū)域供冷系統(tǒng)，每年可滿足100萬冷噸的供冷需求，僅需要原有空調(diào)供冷耗電量的一半。
（二）發(fā)展趨勢
1.區(qū)域能源市場空間打開。隨著環(huán)保政策趨嚴(yán)，油氣價格及對外依存度上升，采用燃煤或油氣集中采暖的發(fā)展方式已不可行，但中國城鎮(zhèn)化仍有約20%的上升空間，僅北方地區(qū)將有70億平米的供暖增量；隨著碳中和目標(biāo)提出，存量供暖清潔替代的廣度和深度將加大；氣候異常頻發(fā)以及生活水平提高，南方供暖需求的呼聲日高，孕育巨量的冷熱供應(yīng)市場。采用以電為主的區(qū)域能源形式，同時滿足城市高品質(zhì)的供冷供熱需求，是解決清潔冷熱供應(yīng)的重要手段，也是促進電能替代，提升新能源電力消納的重要渠道，是綜合能源服務(wù)千億細(xì)分市場的培育搖籃。
2.電能逐步對燃?xì)膺M行替代。二戰(zhàn)后油氣勘探、開采技術(shù)的進步，帶來了天然氣產(chǎn)業(yè)大發(fā)展，歐美日等發(fā)達國家、地區(qū)采用燃?xì)膺M行區(qū)域供暖，隨著吸收式熱泵技術(shù)的出現(xiàn)，開始利用余熱進行制冷。但隨著石油危機的影響以及電熱泵的發(fā)展成熟，處于減排需要，各國轉(zhuǎn)向以電為主的區(qū)域能源形式，并充分利用水源、地?zé)?、空氣源等可再生能源，蓄冷蓄熱技術(shù)的應(yīng)用也日益得到重視，多能互補特點日益明顯。
3.區(qū)域供冷日益引起重視。全球范圍內(nèi)制冷需求高速增長，通過區(qū)域能源進行集中供冷或冷熱聯(lián)供越來越引起重視，特別在炎熱的城市地區(qū)，將區(qū)域能源系統(tǒng)納入城市基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃日益普遍，對于我國冬冷夏熱地區(qū)采用區(qū)域能源解決冬季采暖、夏季供熱問題尤其具有啟示。
根據(jù)《綠色高效制冷行動方案》，我國制冷用電量占全社會用電量15%以上，年均增速近20%，大中城市空調(diào)用電負(fù)荷約占夏季高峰負(fù)荷的60%。采用區(qū)域供冷的方式，對于降低制冷用電量，同時削減高峰時段用電負(fù)荷，進一步為電網(wǎng)進行調(diào)峰，具有重要的意義。
