龍惟定:提高熱泵能效是城市熱力碳減排關鍵路徑
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12月10日,在第三屆(2020)中國城市能源變革峰會暨第二屆分布式能源生態論壇上,同濟大學教授龍惟定就“能源總線與第5代區域供能系統的發展”做主題演講。

他表示,對熱力行業而言,減少熱泵供熱的碳排量,提高終端熱泵能效是碳減排關鍵路徑。相比前四代供熱系統,能源總線技術(第5代區域供熱供冷系統)增強了分散式能源系統中熱力、電力和燃氣電網的部門耦合,形成城區的智慧能源網,可在城市能源轉型和碳減排中可發揮重要作用。
以下為龍惟定發言摘編:
城市實現零碳電氣化的兩條主要路徑,一是城市交通電氣化,二是城市供熱電氣化。
供熱在經濟復蘇中是重要的民生工程,符合國家經濟復蘇和國際國內“雙循環”發展的思路。疫情凸顯了建筑供暖的重要性,隨著南方集中供熱需求越來越大,許多城市已經開啟了區域供冷/供熱實踐。
2018年我國集中供熱總熱量(包括熱水和蒸汽)為381396萬GJ,折合10595億kWh(熱量單位)。
假設全國集中供熱分別全部采用燃煤、天然氣和電力(熱泵),以2018年供熱水平來看,燃煤供暖的二氧化碳排放量最高,達到4.95億噸;天然氣供暖按系統效率70%計,二氧化碳排放量也要達到2.73億噸;電力驅動熱泵方式二氧化碳排放最少,為2.5億噸(碳排放因子按0.57kg/kWh計)。由于我國發電結構以煤電為主,熱泵供暖與天然氣供暖在碳排放方面相差無幾。
但事實上,目前我國天然氣對外依存度已超過40%。天然氣供暖直接燃燒供暖,會使用氣需求劇增,若大量進口天然氣用于供暖,對我國能源安全將是巨大的威脅。
燃煤排放量最大,但供暖燃煤在總煤耗中占比最小,對我國能源安全、能源穩定供應影響也最小。因此,對熱力行業而言,減少熱泵供熱的碳排量,提高終端熱泵能效是碳減排關鍵路徑。
過去的四代供暖系統分別以蒸汽、高溫壓力熱水、低溫壓力熱水以及低溫水為熱載體。我國于2008年提出能源總線的概念,歐洲于2017年提出第5代區域供熱供冷系統的概念,兩者內涵相同。
所謂“能源總線”,是將來自于可再生能源或低品位熱源的熱源、熱匯水,通過管網匯集起來,給分散式的熱泵作為熱源熱匯,為用戶供冷/供熱,之后再回到源頭。
相比前四代供熱系統,第五代區域供熱供冷系統或者能源總線有六大優勢:
一是采用去中心化的分布式水源熱泵系統,不需要大型冷熱源能源中心;
二是管網水溫低至12—30℃,可以利用更多的低品位可再生能源和余熱廢熱資源;
三是將不同空間分布的分散資源集成聚集到總線中共享,起到能源樞紐或電網聚集器的作用,是典型的能源互聯網;
四是沒有供回水管的概念,只需要一根冷管和一根暖管,可以同時供冷供熱。并通過管網實現建筑間的熱量交換。有些用戶既是使用者又是供應者,即“產消者”;
五是當供冷供熱不平衡時,需要系統有儲熱裝置,生活熱水需要單設増溫熱泵和蓄熱水箱。通過蓄熱,熱水直接送到住宅后,用戶可獨立控制,調節熱泵的運行時段,避免高峰用電,消納可變可再生電力;
六是住宅用戶的能耗完全根據家庭電表計費。能源效率高于空氣源熱泵,供冷供熱品質高于分體空調。非常適合在我國南方地區使用,解決困擾多年的住宅集中供暖問題。
能源總線技術目前在上海崇明長興島御島財富公館住宅項目已經得到了成功應用。該高層住宅采用地源熱泵和能源總線系統,為居民提供生活熱水與采暖熱水。
總之,無論第五代區域供熱供冷系統技術,還是能源總線技術,均增強了分散式能源系統中熱力、電力和燃氣的部門耦合,形成城區的智慧能源網。在城市能源轉型和碳減排中可以發揮重要作用,是前幾代區域供熱(供冷)網所無法比擬的。