Developing an effective strategic heating and cooling plan
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Integrating renewable energy resources in district heating and cooling Webinar Workshop by IRENA, International Renewable Energy Agency and CREEI, China Renewable Energy Engineering Institute. Nis Bertelsen, PhD Fellow, Aalborg University, 9 March 2021, online
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Developing an effective strategic heating and cooling plan
- 1. 尼斯 贝尔特森 nis@plan.aau.dk 奥尔堡大学 可持续能源规划研究小组 2021 年 3 月 9 日 制定有效的战略性供热/供冷规划：成功的关 键因素是什么？ 国际可再生能源机构 IRENA 奥尔堡大学 丹麦
- 2. 目录 • 前言 • 战略性供热规划： - 识别利益相关者和项目推动者 - 构建技术场景 - 框架条件、融资和商业模式 • 结论与概述
- 3. 前言 供热部门是欧洲最大的终端能源消耗 区域供热可获得诸多供应源 智慧能源系统与部门耦合发挥了重要协同 作用 隆德等人2014 年 能效/温度水平 第一代：蒸汽 第二代：原位 第三代：预制 4G:第四代 蒸汽系统、设于混凝土管道 中的蒸汽管 加压热水系统 重型设备 大型“现场建造”站 预绝缘管 工业紧凑型变电站（也带绝缘） 计量和监测 低能源需求智能能源（能源、 分配和消耗的最佳相互作用） 双向区域供热 4D H www.4dh.dk 区域供热流量 区域供热回流 能源效率 区域供热网 蒸汽储存 煤炭废弃 物 第一代/1880 年至 1930 年 < 200°C < 80°C < 70°C < 100°C < 45°C > 100°C 50-60°C (70°C) (ULTDH <50°C) 储热 热电联产 煤炭 热电联产 石油 煤炭废弃 物 局部区域供热 大型太阳能 生物质 热电联产生物质 工业过剩 储热 热电联产废 弃物 热电联产煤 炭 热电联产石 油 燃气、废油、 煤炭 区域供热 第二代/1930 年至 1980 年 第三代/1980 年至 2020 年 第四代/2020 年至 2050 年 区域供热 区域供热 数据中心 季节性储热 大型太阳能 地热 光伏、波浪 风能过剩 电力 储热 工业过剩 热电联产废 弃物焚烧 ~ 25°C 未来能源 生物质能转 化 双向 区域 供热 例如，超市 区域供冷网 热电联产生 物质 集中式区域 供冷厂 储冷 集中式热泵 也是低能耗 建筑 发展历程 （出现区域供热）/最佳可用技 术的时期
- 4. 供热基础设施的类型 Djørup 等人2019 年战略性供热规划的定义与经验 供热 集成 个人 区域供热 天然气
- 5. 供热规划与治理 供热是当地的需求 • 与电力和天然气不同，供热用于当地 • 在国家能源政策中，经常被忽视 • 经常被建筑物、能源效率、燃料等各类法规所掩盖。 如果在能源政策和治理中，未得到系统性对待： • 重要的部门耦合将会遗失，缺乏协同效应 • 未考虑诸多可再生热源或高效热源
- 6. 战略能源规划 • 战略能源规划旨在解决当前能源供应问题，制定转型战略和规划。 • 由于供热和供冷的本地性，战略性供热和供冷规划与针对其他能源载体的规划确 实有所不同。 • 跨学科性： 应考虑可用资源、能源需求、技术潜力、现行立法、能源部门及相 关部门的组织、政治驱动力与障碍
- 8. 战略规划过程的关键成功因素 1、范围和目的 - 识别主要利益相关者 - 识别区域供热项目的驱动因素 2、技术方案 - 测量热能需求 - 识别潜在热源 - 平衡热能节省和供应 - 建立场景 3、评估框架条件和业务模型 - 所有权 - 融资 - 定价 - 法规 收集数据 构建技术场景 定义范围和目的 识别重要利益相 关者 评估框架条 件、治理和 商业模式 实施计划
- 9. 1、战略性供热规划的范围、目的和利益相关者 范围、目的和利益相关者 • 重要的是要识别战略能源规划过程的驱动因素： • 气候变化、能源安全、空气污染、能源贫困等。 • 可能存在多个驱动因素：重要的是找出起作用的驱动因素 识别和协调利益相关者 • 谁是这一过程的主要参与者 • 行业、高需求消费者、特殊需求消费者 • 识别机会，让在实现供热计划中发挥建设性作用的利益相关者参与 • 识别具有成本效益的区域能源系统的协同效应和机会 收集数据 构建技术方案 定义范围和目的 识别重要利益相关者 评估框架条件、 治理和商业模式 实施计划
- 10. 1、战略性供热规划的范围、目的和利益相关者 须考虑到的一些利益相关者： - 国家机关 - 地方当局 - 公用事业公司 - 投资者 - 研究人员/学术界 - 开发人员 - 技术开发人员：地热、太阳能、光伏、 风能等 - 余热供应商：工业 - 客户与公民 权力大，利益小 利益相关者的影响/权力 满足其需求 使其满意 （如果利益不同，则排除在外） 权力大，利益大 权力小，利益小 最不重要 付出的努力最小 核心参与者 密切参与 权力小，利益大 表达关切 使其知情 利益相关者的利益
- 11. 2、用于战略性供热规划的技术方案构建 1. 量化和定位热需求 2. 量化和定位热资源 3. 量化和评估节能潜力 4. 建立供热方案 收集数据 构建技术场景 定义范围和目的 识别重要利益相 关者 评估框架条件、 治理和商业模式 实施计划 改造和扩大现有区域能源 连通现有区域和现有区域能 源 现有区域的新区域能源 连通新开发区域和现有区域供热 新开发区域的新区域能源
- 12. 2、用于战略性供热规划的技术方案构建 1. 量化和定位需求 • 通过对实际需求进行测量，可了解消耗量实际分布状况 • 对需求进行建模或估算是为决策提供输入信息的一种方法——例如见Peta4和 Hotmaps. 布达佩斯供热需求 布达佩斯供冷需求 根据 Hotmaps 收集数据 构建技术场景 定义范围和目的 识别重要利益相 关者 评估框架条件、 治理和商业模式 实施计划
- 13. 2、用于战略性供热规划的技术场景构建 2、量化和定位供热资源 • 战略性热源通常是余热或可再生资源 • 低温区域供热可利用低温地热资源 • 因此，战略性热源可以是低温分布式可再生能源，例如太阳能热、地热或从压缩机回收的余 热等 热能需求 余热 地热潜力 根据 Peta4 收集数据 构建技术方案 定义范围和目的 识别重要利益相 关者 评估框架条件、 治理和商业模式 Heat Roadmap Europe - Peta 4 第三版 Heat Roadmap Europe - Peta 4第三版 2019 年 10 月 5 日下午 2:22:02 常规余热活动(HRE4) 电厂余热 废物焚烧发电产生的余热 6 mi 10 km 2017 年弗伦斯堡大学、哈尔姆斯塔德大学和奥尔堡大学，来源：Esri、HERE、 Garmin、Intermap、increment P Corp.、GEBCO、USGS、FAO、NPS、 NRCAN、GeoBase、IGN、Kadaster NL、Ordnance Survey、Esri 日本、 METI、Esri 中国（香港）、(c)OpenStreetMap 投稿人和 GIS User Community 弗伦斯堡大学、哈尔姆斯塔德大学和奥尔堡大学，www.heatroadmap.eu Europa Universität Flensburg 版权所有 2018 2019 年 10 月 5 日下午 2:17:55 常规余热活动(HRE4) 电厂余热 废物焚烧发电产生的余热 6 mi 10 km 2017 年弗伦斯堡大学、哈尔姆斯塔德大学和奥尔堡大学，来源：Esri、HERE、 Garmin、Intermap、increment P Corp.、GEBCO、USGS、FAO、NPS、 NRCAN、GeoBase、IGN、Kadaster NL、Ordnance Survey、Esri 日本、 METI、Esri 中国（香港）、(c)OpenStreetMap 投稿人和 GIS User Community 弗伦斯堡大学、哈尔姆斯塔德大学和奥尔堡大学，www.heatroadmap.eu Europa Universität Flensburg 版权所有 2018 热能需求 余热 地热潜力
- 15. 2、用于战略性供热规划的技术方案构建 4、建立供热场景 • 建立这些场景时，请谨记 i) 范围、ii) 观点和 iii) 能源系统分析的时间范围 • 首先不要将其制定地过于详细！这样容易在技术或法律细节上迷失方向。重要的是保持进程 有所进展。 这包括决策和进一步行动所需的详细程度。 收集数据 构建技术场景 定义范围和目的 识别重要利益相 关者 评估框架条件、 治理和商业模式 实施计划 改造和扩大现有区域能源 连通现有区域和现有区域能 源 现有区域的新区域能源 连通新开发区域和现有区域供热 新开发区域的新区域能源
- 16. 2、用于战略性供热规划的技术方案构建 方案构建的方法论要点： - 能源系统范围： - 包括整个能源系统，以确定协同效应 - 数据很重要： - 高质量的供热数据至关重要 - 时间范围： - 确保各方案符合长期目标 - 区分社会经济价格和商业经济价格： - 税收、补贴、外部因素等都会影响结果。 利用与社会相关且不 支持现状的各种成本。 - 重要的是要谨记，战略性供热规划并非一成不变的 收集数据 构建技术场景 定义范围和目的 识别重要利益相 关者 评估框架条件、 治理和商业模式 实施计划
- 18. 3、推动框架条件、融资和商业模式 三种典型障碍： 挑战 1：公平竞争的环境 建议： • 财政杠杆 • 具体的区域供热法规 • 将区域供热网视为基础设施 • 考虑外部因素： 脱碳、供应安全、空气质量 挑战 2： 缺乏实施区域供热的治理工具 建议： • 向国家主管部门和立法机关反馈需求和想法。增强对所缺乏工具的认识。 • 识别现有监管框架内的各种可能性 挑战 3：克服投资障碍 建议： • 采摘垂手可得的低挂果实：从高需求消费者开始， • 政府通过经济和金融手段进行干预 • 主管部门和供热市场利益相关者的能力建设 收集数据 构建技术场景 定义范围和目的 识别重要利益相 关者 评估框架条件、 治理和商业模式 实施计划
- 19. 郑州市案例研究 郑州市邀请城市规划师、建筑师、建筑承包商、未来建筑物所有者（主要 为金融公司）、分销公司和供热商（水处理厂）一起来规划新的区域供热 系统 郑州 范围和目的： 1. 取代所有燃煤能源生产 2. 将建筑物的能源效率提高 15％ 3. 降低空气污染程度 框架与融资： 公共捐赠基金——循环用于新的区域供热 投资的资金 技术方案： — 与建筑物互动以实现节能 — 利用废水余热 收集数据 构建技术场景 定义范围和目的 识别重要利益相 关者 评估框架条件、 治理和商业模式 实施计划
- 20. 战略规划过程的关键成功因素 1、范围和目的 - 识别主要利益相关者 - 识别区域供热项目的驱动因素 2、技术方案 - 测量热能需求 - 识别潜在热源 - 平衡热能节省和供应 - 制定方案 3、评估框架条件和商业模式 - 所有权 - 融资 - 定价 - 法规 在接下来的网 络研讨会中， 我们将介绍更 多有关这些主 题的内容。 收集数据 构建技术场景 定义范围和目的 识别重要利益相 关者 评估框架条件、 治理和商业模 式 实施计划
- 21. 战略性供热规划与在DHC 中整合低温可再生能源 战略性供热规划是一个迭代的、多学科且连续的过程 范围和目的 技术场景 框架条件和商 业模式 成功的关键因素： 范围和目的 - 识别主要利益相关者 - 识别区域供热项目的驱动因素 技术场景 - 测量热能需求 - 识别潜在热源 - 平衡热能节省和供应 - 制定方案 评估框架条件和业务模型 - 所有权 - 融资 - 定价 - 法规
- 22. 更多的供热和供冷规划资源 Heat Roadmap Europe 研究：链接 - 14 个欧洲国家的热力图方案：链接 - 供热和供冷需求：链接 - 交互式热能需求和资源图：链接 HotMaps 研究项目：链接 - HotMaps 工具箱（仍在开发中— 要添加更多功能）：链接 - HotMaps 报告：战略性供热规划的定义与经验：链接 - HotMaps 报告：高效供热和供冷全面评估指南：链接 - 如何为地热区域供热融资？ 研讨会，布鲁塞尔，12 月 13 日：链接 - 网络研讨会：使供热和供冷规划更易于实现：链接 其他供热规划研究项目： - THERMOS –区域供热网络规划工具：链接 - ReUseHeat – 利用城市余热：链接 - KeepWarm – 改造区域供热：链接 - IRENA＆AAU – 指南： 将低温可再生能源整合到区域能源系统中
Editor's Notes
- 供热是欧洲最大的最终用途 供热约占总能耗的 50％ 节能和区域供热潜力巨大。 欧洲的区域供热约占 50%，热能节省 30% 区域供热可获得诸多供应源 地热资源、大型热泵、余热、太阳能 蓄热器 智能能源系统（与行业结合） 区域能源可促进向集合智能电网、热网、燃气网和大量波动性可再生资源于一体的能源系统过渡
- 政策规模——必须协调多方利益与需求。 地方/战略性供热规划是在“从上到下”的法规背景下进行的 能源系统——重要的是要避免某些资源的次优化或过度使用。 因此，SEP 必须考虑到更广泛的能源系统——既要利用协同效应，也要避免次优化
- IRENA 在图表上发表评论
- 挑战 1：不同利益相关者的目标和职能不同，导致治理困难 针对挑战 1 的解决方案/工具： 识别利益相关者及其对项目的兴趣，识别合适的利益相关者（大多数情况下都是地方政府）来领导供热规划过程。 案例研究（若适用）：郑州市 挑战 2：可再生能源技术因存在环境与社会风险而受到社区的抵制，例如地热引起的微地震 针对挑战 2 的解决方案/工具）： 提高透明度，提高对地热技术好处的认识，协调 GEOENVI 项目正在实施的评估地热环境影响以及地热环境影响评估和缓解措施的环境立法/数据库的方法，以提高地热开发的透明度并建立对风险的认识
- 挑战 1：不同利益相关者的目标和职能不同，导致治理困难 针对挑战 1 的解决方案/工具： 识别利益相关者及其对项目的兴趣，识别合适的利益相关者（大多数情况下都是地方政府）来领导供热规划过程。 案例研究（若适用）：郑州市 挑战 2：可再生能源技术因存在环境与社会风险而受到社区的抵制，例如地热引起的微地震 针对挑战 2 的解决方案/工具）： 提高透明度，提高对地热技术好处的认识，协调 GEOENVI 项目正在实施的评估地热环境影响以及地热环境影响评估和缓解措施的环境立法/数据库的方法，以提高地热开发的透明度并建立对风险的认识
- 技术热图 量化和定位供热需求 量化和定位供热资源 量化和评估节能潜力 建立供热方案 挑战 1：确定供热需求需要获取建筑物能耗数据以及需求动态，例如，需求随时间变化的方式。 该数据不容易获得，特别是与空间供热和供冷相关的数据。 针对挑战 1 的解决方案/工具——扩大能源计量和测量，以了解能源需求，绘制当前建筑存量图，以便能够估计潜在的能源节约和低温供热的可行性，并通过可用的工具/ PETA4 和 Hotmaps 工具箱对热能需求进行建模或估算
- 技术热图 量化和定位供热需求 量化和定位供热资源 量化和评估节能潜力 建立供热方案 挑战 1：确定供热需求需要获取建筑物能耗数据以及需求动态，例如，需求随时间变化的方式。 该数据不容易获得，特别是与空间供热和供冷相关的数据。 针对挑战 1 的解决方案/工具——扩大能源计量和测量，以了解能源需求，绘制当前建筑存量图，以便能够估计潜在的能源节约和低温供热的可行性，并通过可用的工具/ PETA4 和 Hotmaps 工具箱对热能需求进行建模或估算
- 匈牙利布达佩斯
- 能源效率优先 原则 评估不同节能措施的成本，并实施成本比能源供应成本更低的措施。 能源效率措施对供应链会产生影响 通常需要很长的时间实施建筑改造措施，因此，在实现一定的能效潜力之前，推迟区域能源项目并不总是可行的。
- 现有区域供热系统 提供现有社区的新网络 使现有建筑存量适应低温供应（供热系统和 DHW 制备系统） 设计网络以降低回流温度 新市区 为低温做好准备的高效建筑物 设计网络以使其可在低温下运行
- 现有区域供热系统 提供现有社区的新网络 使现有建筑存量适应低温供应（供热系统和 DHW 制备系统） 设计网络以降低回流温度 新市区 为低温做好准备的高效建筑物 设计网络以使其可在低温下运行
- 所有权结构 挑战：利益与垄断 公共还是私有？ 谁拥有供热网？ 谁拥有生产 建议/解决方案 识别可以引入竞争的领域 通过招标进行生产 公有基础设施 定价 挑战：如何确保供热市场的价格竞争力？ 建议/解决方案 真实费用 价格上限 没有价格监管 挑战 1：消费者的购买动机 针对挑战 1 的解决方案/工具： 所有权模型的选择 价格监管 价格监管 挑战 2：确保公平竞争的环境 针对挑战 2 的解决方案/工具： 制定具体的区域供热法规 处理主要外部因素，例如清洁空气、脱碳、供应安全…… 针对地热：制定地热许可制度
- 济南 近年来，中国高度重视清洁取暖并出台了一系列促进、支持和加速清洁取暖的政策。 济南作为“冬季清洁取暖”的国家试点城市之一，已获得中央政府每年 7 亿元或三年共 21 亿元的专项资金支持。 在国家清洁取暖政策的推动下，到 2020 年，济南已制定了较为完善的清洁取暖政策体系。 济南区域能源的发展离不开政策的促进。 贝尔格莱德案例研究： 贝尔格莱德市成立的能源效率基金专门作为建筑物改造和区域供热的融资池。 该基金首先将公共建筑物作为演示项目。 市政府和利益相关者的能力建设。 贝尔格莱德成立了能源效率基金，用于改造公共和住宅建筑，同时也为了扩大其区域供热网络。 由于通过改造建筑物节省了大量的能源需求，因此寻求可持续的能源供应选择，如基于可再生能源或余热的区域能源，以满足剩余的能源需求，可实现更好的成本效益。 这意味着有机会在不增加已有热容量的情况下扩展区域供热网络。
- IRENA 在图表上发表评论