國(guó)際大城市采暖制冷低碳化對(duì)上海的啟迪

張麗虹 施明融 王智強(qiáng) 姚珉芳 藍(lán)毓俊

1上海市發(fā)展和改革委員會(huì)2 上海市節(jié)能協(xié)會(huì) 3 申能（集團(tuán)）有限公司

1 國(guó)外大都市采暖和供冷基本情況

隨著我國(guó)城市化步伐的迅猛加速，城市采暖制冷的能源消費(fèi)隨之同步增長(zhǎng)。城市采暖制冷的節(jié)能減碳已越來越引起人們的重視。本文選擇城市規(guī)模、經(jīng)濟(jì)總量及氣溫等與上海相近的國(guó)際大都市作為參照城市。選擇的參照城市是美國(guó)加利福尼亞州的洛杉磯市、日本的東京、大阪、以及法國(guó)的巴黎市（以下簡(jiǎn)稱“四市”）。目的是通過對(duì)這三個(gè)國(guó)家四個(gè)城市在采暖和供冷方面情況的研究，尋找有益于我國(guó)冬暖夏涼的大都市，特別是上海市改進(jìn)和提高采暖制冷能源效率和改善采暖制冷工作的途徑。

1.1 參照城市概況

城市采暖制冷與其經(jīng)濟(jì)狀況和氣候環(huán)境有著密切關(guān)系。四市和上海比較：

經(jīng)濟(jì)狀況：2008年GDP的數(shù)值以上海為最低2330億美元，依次遞增的是大阪、巴黎和洛杉磯，東京地區(qū)最高為14790億美元。

氣候環(huán)境：氣溫與上海相對(duì)比較接近的是東京和大阪市；洛杉磯冬季氣溫較高，而夏季氣溫比上海低；巴黎全年平均最高溫度和最低溫度都比上海低。

四市在地理環(huán)境、人口、氣候、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與上海市的比照簡(jiǎn)況（2009年）見表1。

1.2 四市采暖和供冷基本情況

1)加利福尼亞州和洛杉磯市采暖和供冷能源使用情況：

洛杉磯的居民家庭普遍采暖制冷，其中，采暖家庭戶數(shù)占總戶數(shù)的93.86%,供冷家庭戶數(shù)為94.74%；供冷的能源消耗的量大于采暖的能源消耗量。采暖制冷采用的一次能源為：天然氣、液化天然氣采暖的36.45%，電力采暖的70.56%。采用空調(diào)的分類為：中央空調(diào)占85.65%，窗式或墻式的空調(diào)占14.81%。前者的能源為電力或者天然氣，后者則全部是電力。

表1 四市和上海市的基本情況對(duì)比表

洛杉磯所在的氣候區(qū)每戶家庭2005年采暖消費(fèi)能耗為：用天然氣的每戶家庭為691.2公斤標(biāo)煤,用電力的每戶家庭為144公斤標(biāo)煤,用液化石油氣的每戶家庭1036.8公斤標(biāo)煤。居民全年用于采暖、供冷、供熱水的能量比例為1:2:1.71。

自1978年的美國(guó)國(guó)家能源法中的公用事業(yè)監(jiān)管政策法頒布后，熱電聯(lián)產(chǎn)CHP容量快速發(fā)展，自1980年到1993年增長(zhǎng)了4.4倍，達(dá)到44吉瓦（GWe）。

加利福尼亞支持并獎(jiǎng)勵(lì)分布式能源（包括風(fēng)力透平、燃料電池和相配套的儲(chǔ)能裝置）用于采暖制冷，具體見表2。

2)東京、大阪采暖供冷情況

日本東京地區(qū)采暖制冷主要以電力和天然氣結(jié)合使用為主，大阪地區(qū)采暖制冷主要以電力空調(diào)為主。其能源除了燃?xì)?、電力、石油、煤炭等之外，還廣泛使用海水、廢水排放的熱量和垃圾焚化廠、超高壓地下電纜的排熱等城市中各種各樣的廢棄能源。

表2 加洲對(duì)于分布式裝置的獎(jiǎng)勵(lì)等級(jí)表

表3 東京、大阪地區(qū)能源負(fù)荷預(yù)估值

表4 東京供熱三種方式

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省于2008年（平成20年）預(yù)測(cè)東京、大阪地區(qū)的采暖能源負(fù)荷如表3所示。

按照《京都議定書》的規(guī)定，東京和大阪制定多項(xiàng)能源政策和環(huán)境政策，為減少二氧化碳排放采取的主要政策是促進(jìn)可再生能源的使用和轉(zhuǎn)用天然氣燃料。有關(guān)資料顯示，其廢棄能源主要有：熱能廢物焚燒廠排熱、焚燒污泥和消化污泥余熱、發(fā)電廠余熱等。

東京、大阪的供熱主要采用以下三種方式——區(qū)域性供熱、小區(qū)集中供熱和比鄰建筑物供熱，具體見表4。

采暖制冷用的一次能源，按照用途分，制冷為采暖的155%；按照能源種類分，最多是城市煤氣，其次是廢熱利用，再次為電力。這些都和我國(guó)有巨大差別。大規(guī)模使用廢棄物循環(huán)利用產(chǎn)生的能源用于采暖制冷，是日本的一大特色。

3)法國(guó)巴黎的采暖供冷情況

巴黎的特點(diǎn)是廣泛使用集中供熱。主要由分布在郊區(qū)的巴黎城市供熱公司（CPCU）的九個(gè)供熱廠和城市垃圾處理局（僅負(fù)責(zé)提供蒸汽）管理的三個(gè)廢棄物焚燒中心提供。CPCU公司每年供應(yīng)的蒸汽為800多萬噸（56 億 KWh）,供熱負(fù)荷約占整個(gè)城市總用熱負(fù)荷的53%，其中以煤為燃料的熱源約占33%，以重油為燃料的熱源約占20%；廢棄物焚燒中心提供的供熱負(fù)荷約占47%。目前，CPCU已開展熱源的節(jié)能減排改造，著手建立燃汽輪機(jī)聯(lián)合機(jī)組;用煤氣和重油取代煤炭。

巴黎城市供熱公司在CPCU區(qū)擁有城市供熱專賣權(quán)，并建設(shè)了廣泛的城市蒸汽供熱網(wǎng)，同時(shí)取代了許多單臺(tái)或中小型的供熱鍋爐房。

巴黎大區(qū)的城市垃圾實(shí)現(xiàn)分類袋裝，在廢棄物焚燒廠內(nèi)處理后作為燃料，既解決了城市垃圾處理的難題，又為城市提供了較大一部分的供熱量，節(jié)約了化石燃料的使用。CPCU還致力于提高化石燃料的燃燒經(jīng)濟(jì)性，并且通過焚燒城市垃圾提高垃圾的能源價(jià)值；由于能源利用的多樣性，控制了城市集中供熱的成本和可靠性；為了降低城市污染，CPCU城市集中供熱網(wǎng)取代了許多單臺(tái)或中小型的供熱鍋爐房。

CPCU公司在整個(gè)換熱管網(wǎng)中，中途設(shè)置多個(gè)大型換熱站，換熱站優(yōu)先利用三個(gè)廢棄物焚燒廠提供的蒸汽。

2 國(guó)外大都市采暖供冷基本經(jīng)驗(yàn)

2.1 提倡集中供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)，提高能源利用效率。

四市熱電聯(lián)產(chǎn)作四層分布:一是較大區(qū)域的熱電聯(lián)產(chǎn),以一個(gè)熱電廠為熱源，向該區(qū)域的熱用戶供熱;二是小區(qū)域的熱電聯(lián)產(chǎn),比如東京新宿;三是一棟或者幾棟樓宇的熱電聯(lián)產(chǎn),采用分布式能源;四是家庭式的熱電聯(lián)產(chǎn),由300瓦到幾千瓦。從供熱量看,區(qū)域供熱占了較大比例，特別在巴黎和東京、大阪。國(guó)家頒布了區(qū)域供熱的有關(guān)法律支持發(fā)展，區(qū)域性供熱公司具有地區(qū)壟斷權(quán),并把它作為保證城市生活舒適度的基礎(chǔ)設(shè)施。

2.2 改善能源結(jié)構(gòu)，使用低碳能源。

四市采暖、供冷使用的能源主要是天然氣和電力。但生物質(zhì)能也不少，如垃圾填埋場(chǎng)的氣體，沼氣等。煤使用較少,而且不斷被天然氣替代。

2.3 提倡并推廣CHP。

小型的分布式能源CHP，正在快速發(fā)展。在商業(yè)建筑、學(xué)校、醫(yī)院、和居民方面的應(yīng)用站點(diǎn)占了較大的比例。微型燃料電池CHP發(fā)展很快（包括小型化300W）.這種裝置低負(fù)荷調(diào)節(jié)性能良好，整體效率可達(dá)70-90%，非常有發(fā)展?jié)摿?，特別適合用于大城市的中心城區(qū)居民和商業(yè)建筑。美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家都在努力推進(jìn)微型燃料電池CHP在居民和商業(yè)建筑中使用。

2.4 定期調(diào)研統(tǒng)計(jì)，掌握基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

美國(guó)能源部對(duì)居民、商業(yè)建筑、工業(yè)、交通的能源消耗進(jìn)行定期和不定期的長(zhǎng)期抽樣調(diào)查研究，作為最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫,作為制訂法規(guī)的依據(jù)。統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容非常詳盡,對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果再由專門機(jī)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估。

3 上海采暖制冷基本情況

上海市屬于一年四季分明的地區(qū)，居民區(qū)的采暖制冷設(shè)備.基本使分體式電力空調(diào)，而郊區(qū)企業(yè)集中區(qū)廣泛采用熱電聯(lián)產(chǎn)，非居住高層建筑物開始應(yīng)用小型熱電聯(lián)產(chǎn)—分布式供能。

3.1 居民采暖制冷情況

據(jù)上海市統(tǒng)計(jì)公報(bào)，迄2009年底全市共有居民戶740萬戶,平均每戶擁有1.98臺(tái)空調(diào),合計(jì)裝機(jī)總量已超過1500萬千瓦.少數(shù)高檔住宅區(qū)采用集中空調(diào)或者燃?xì)獠膳?。全市非居住建筑約2億平方米,一般采用集中式電力空調(diào),測(cè)算總裝機(jī)容量將近2000萬千瓦.少數(shù)采用燃?xì)饪照{(diào)及新能源采暖。近年來,在少數(shù)公共建筑中開始采用分布式供能系統(tǒng)采暖制冷。

表5 上?？照{(diào)裝機(jī)統(tǒng)計(jì)

居民使用空調(diào)的特點(diǎn)是：

--用電負(fù)荷集中而年運(yùn)行小時(shí)較低.2009年夏季家庭空調(diào)的用電負(fù)荷達(dá)到400萬千瓦以上,連同集中空調(diào)的高峰電力負(fù)荷達(dá)到800萬千瓦,占同期電力總負(fù)荷的40%,中、小學(xué)生放暑假的第一天，一般電力負(fù)荷會(huì)上漲30萬千瓦。但是家用空調(diào)利用小時(shí)每年不超過1500小時(shí)。

--隨著上海城市人口繼續(xù)增加，城市化程度快速提高，家用空調(diào)裝機(jī)容量仍然會(huì)以較快速度上升。

--生活的改善使居民追求較高的舒適度，所以，空調(diào)利用小時(shí)會(huì)不斷增長(zhǎng)。與此同步居民用電比重會(huì)持續(xù)上升。見表6。

表6 上海居民用電量統(tǒng)計(jì)表

3.2 熱電聯(lián)產(chǎn)情況

上海發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)已有50年多年,以服務(wù)石化、鋼鐵、輕紡、造紙等行業(yè)的工業(yè)企業(yè)為主。至2007年底，全市已建成漕涇、吳涇、星火、青浦、高化、金山、寶山、外高橋等11個(gè)區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)工程，熱網(wǎng)覆蓋面積達(dá)到155平方公里，供熱量約 5734萬GJ/年；發(fā)電裝機(jī)容量202萬千瓦，約占全市發(fā)電裝機(jī)容量的14%。此外,全市另有不發(fā)電的集中供熱企業(yè)4家，總共建成公共供熱管網(wǎng)20個(gè)，覆蓋了17個(gè)工業(yè)區(qū)。熱電聯(lián)產(chǎn)每年節(jié)約84萬噸標(biāo)煤。通過將小鍋爐分散排放轉(zhuǎn)為集中排放、集中治理，減少了污染物排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到了積極的作用（見表7）。

表7 2007年現(xiàn)有熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)主要節(jié)能環(huán)保實(shí)績(jī)匯總表

同時(shí)，迄2009年底，在交通樞紐、醫(yī)院、賓館建設(shè)了分布式供能系統(tǒng)示范工程15個(gè)，本市開始形成了區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)與分布式供能系統(tǒng)并舉的局面。

但是，本市熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目能源結(jié)構(gòu)單一；推廣缺乏行業(yè)指導(dǎo)，項(xiàng)目審批與管理脫節(jié)。新建工業(yè)園區(qū)的熱電聯(lián)產(chǎn)工程往往滯后于區(qū)內(nèi)用熱項(xiàng)目建設(shè)，錯(cuò)失了實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)的先機(jī),冒出了一批新建小鍋爐。特別是熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的核準(zhǔn)權(quán)在國(guó)家有關(guān)部門，手續(xù)辦理時(shí)間過長(zhǎng)，新建企業(yè)為及時(shí)投產(chǎn)，不得不新建小鍋爐供熱。全市現(xiàn)有小鍋爐7854臺(tái)，總?cè)萘窟_(dá)14521噸/小時(shí),平均容量?jī)H1.85噸/小時(shí),其中大多是近5年建造的（見表8）。

表8 本市小鍋爐現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)表（2008年底）

本市熱電聯(lián)產(chǎn)市場(chǎng)的潛在需求容量很大。按照本市特點(diǎn)，本市已建和在建的工業(yè)園區(qū)和開發(fā)區(qū)合計(jì)41個(gè)，分布在13個(gè)區(qū)和1個(gè)縣域中。其中，外環(huán)線以外的35個(gè)，中環(huán)和外環(huán)之間的4個(gè)，內(nèi)環(huán)和中環(huán)之間的1個(gè)，內(nèi)環(huán)以內(nèi)1個(gè)（陸家嘴開發(fā)區(qū)）；按照?qǐng)@區(qū)內(nèi)的重點(diǎn)行業(yè)分，屬于化工、造紙等為重點(diǎn)的有3個(gè)，以印染、機(jī)械等行業(yè)為主的有27個(gè)，以電子、物流和金融等為重點(diǎn)的11個(gè)；按照原有熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)狀況分，已建成熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱的園區(qū)有 11個(gè)，需要改、擴(kuò)建;未建熱電聯(lián)產(chǎn)的30個(gè),其中有14個(gè)亟需新建。如果完成“十二五”目標(biāo)，區(qū)域性供熱每年將節(jié)能135萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排CO2347萬噸，減排SO2135萬噸。

4 借鑒國(guó)外城市采暖制冷低碳化經(jīng)驗(yàn)，改善上海采暖制冷工作

洛杉磯、東京、大阪、巴黎4個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)總量和人均GDP都遠(yuǎn)高于上海，城市發(fā)展已基本飽和，其采暖制冷的總量已經(jīng)不會(huì)有大的增長(zhǎng)，主要是內(nèi)涵的提高。而我國(guó)正處于快速城市化過程之中，上海在“十二五”乃至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍然處于快速發(fā)展階段。據(jù)有關(guān)研究顯示，2015年上海長(zhǎng)住人口將達(dá)2150萬，2020年將達(dá)2250萬，采暖制冷需求將會(huì)同步發(fā)展，居民用能將呈剛性發(fā)展，采暖制冷需求甚至將可能高于GDP的增長(zhǎng)。上海要從自身特點(diǎn)出發(fā)，充分借鑒國(guó)外成熟經(jīng)驗(yàn)，研究采暖制冷規(guī)劃工作。

4.1 科學(xué)分析國(guó)際同類城市采暖制冷經(jīng)驗(yàn)，找準(zhǔn)發(fā)展定位。

洛杉磯、東京、大阪、巴黎4個(gè)城市的采暖制冷已經(jīng)普及，人均采暖制冷用能量較高，上海在學(xué)習(xí)借鑒這些城市經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)面臨兩難。一方面，有必要借鑒國(guó)外先進(jìn)的用能技術(shù)、用能模式，提高能源利用效率，改善城市居民生活舒適度；另一方面，按照這4個(gè)城市的采暖制冷能耗水平，上海戶均采暖制冷耗能水平將可能在目前水平上再增加2倍，這對(duì)資源環(huán)境的承受能力提出新的挑戰(zhàn)。建議制訂我國(guó)分地區(qū)新的采暖制冷標(biāo)準(zhǔn)，既考慮改善居民生活，又兼顧資源環(huán)境承載能力，倡導(dǎo)國(guó)內(nèi)居民在秉承良好節(jié)能習(xí)慣的同時(shí)改善采暖制冷狀況，借鑒國(guó)外先進(jìn)能源技術(shù)應(yīng)用和利用可再生能源及廢棄資源的經(jīng)驗(yàn)，平緩可能出現(xiàn)的過快增長(zhǎng)。

4.2 以分散為主，適度兼顧集中，統(tǒng)籌規(guī)劃城市采暖制冷。

長(zhǎng)期以來，上海形成了絕大部分居民采用分散式電力空調(diào)采暖制冷的格局。由于目前城市道路都已基本建成，再建集中供熱網(wǎng)管網(wǎng)將面臨掘路、管位布局等一系列問題；同時(shí)，電力是一種高效、清潔、使用便捷的能源，比較容易普及，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看分散式電力空調(diào)在城市采暖制冷中仍將占主導(dǎo)地位。隨著天然氣在城市的普及，燃?xì)饪照{(diào)等也將會(huì)有較大的發(fā)展。同時(shí)，結(jié)合工業(yè)區(qū)、開發(fā)區(qū)布局的熱電聯(lián)產(chǎn)，醫(yī)院、賓館等建設(shè)的分布式供能，在熱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)半徑內(nèi)遵循市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律向周邊企業(yè)供熱（冷）同時(shí)，為周邊居民提供相對(duì)經(jīng)濟(jì)的熱（冷）供應(yīng)，將成為城市采暖制冷的有效補(bǔ)充。

4.3 借鑒四市利用低碳能源替代高碳能源的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r推進(jìn)清潔、低碳能源在采暖制冷中的應(yīng)用。

有三方面重點(diǎn)：一是加速天然氣替代煤炭的過程。按照熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃抓緊停用燃煤小鍋爐，加快燃煤鍋爐天然氣替代，在具備改造條件的地區(qū)鼓勵(lì)將集中供熱煤鍋爐改造為背壓熱電聯(lián)供機(jī)組，在不增加能源消耗的同時(shí)采用熱電聯(lián)產(chǎn)提高能效，大幅度減少煤炭低效高污染直接使用。二是加快分布式供能的發(fā)展。上海雖然在全國(guó)發(fā)展分布式供能處于領(lǐng)先地位，但發(fā)展?fàn)顩r不甚理想。借鑒四市加速發(fā)展分布式供能在醫(yī)院、賓館、交通樞紐、大型商辦樓等適用區(qū)域應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，必須進(jìn)一步突破障礙，盡快實(shí)施微型和小型燃機(jī)國(guó)產(chǎn)化，盡快公布實(shí)施分布式供能規(guī)劃，加大推廣力度，盡早形成規(guī)模效應(yīng)。三是更加重視可再生能源在采暖制冷中的應(yīng)用。上海在推廣可再生能源上已有有力舉措，如對(duì)于太陽能熱利用的規(guī)定已經(jīng)發(fā)布，同時(shí)應(yīng)該借鑒四市經(jīng)驗(yàn)，特別是日本經(jīng)驗(yàn)，抓緊研究城市廢棄資源循環(huán)利用于采暖制冷，包括垃圾和城市河道底泥的能源化利用；研究開發(fā)并試點(diǎn)示范家用燃料電池，以提高采暖制冷的無碳化程度。

4.4 加強(qiáng)采暖制冷技術(shù)攻關(guān)，做好統(tǒng)計(jì)等基礎(chǔ)研究工作。

建議重點(diǎn)加強(qiáng)高效節(jié)能空調(diào)、建筑節(jié)能、地源熱泵等采暖制冷技術(shù)研究，重點(diǎn)攻克電空調(diào)高效采暖，微型和小型燃機(jī)國(guó)產(chǎn)化等核心技術(shù)。同時(shí)，要下大力氣推廣建筑物門窗密閉性改造，力爭(zhēng)大幅度提升采暖制冷能源利用率；加強(qiáng)城市采暖制冷的基礎(chǔ)研究和數(shù)據(jù)積累，定期開展采暖制冷抽樣調(diào)查，為決策提供可靠依據(jù)。