中國儲能網(wǎng)訊：這個冬季，因為“清潔”和“氣荒”，供暖受到了前所未有的關(guān)注。
“清潔供暖”的提出意味著人們必須關(guān)注供熱帶來的環(huán)境問題，而“氣荒”的發(fā)生則讓人們更多地反思供熱能源的供給問題。遠在北歐的丹麥也曾在不同時期面臨過類似的問題。
目前，丹麥已經(jīng)實現(xiàn)了供熱能源的自給自足，并且有接近一半的區(qū)域供熱來自可再生能源的利用。丹麥是如何克服能源短缺，又是做到如何不斷提高清潔供熱比例的？總結(jié)而言，提高能效是關(guān)鍵，合理規(guī)劃是前提。由于國情不同，丹麥的經(jīng)驗中國雖然不可能照搬，但或許可以借鑒一二。除堅定決心以外，尊重規(guī)律也是很重要。
石油危機引發(fā)的區(qū)域供熱
丹麥區(qū)域供熱的發(fā)家史應(yīng)該從1973-1974那年的“油荒”說起。
1973年10月，第一次石油危機爆發(fā)。由于國內(nèi)能源消耗的約90%都依靠石油進口，丹麥受到了強烈波及，當?shù)厝嗣裨诮煌ê凸嵘细惺艿接葹槊黠@的價格壓力。同年，房屋協(xié)會提出了周末停止供熱水和降低供房間供熱溫度的提議。
在感受能源價格飛升的同時，丹麥開始重視能源獨立、提高能效。一方面，在政府規(guī)劃上，丹麥開始切實思考本國更為可靠的能源供給，核電、風電都是備選對象。另外一方面，在提高能效方面，具體到供熱上丹麥開始考慮一改以往無規(guī)劃的分散供熱現(xiàn)狀，全面推行能效更高的區(qū)域集中供熱。
1976年1月，丹麥第一次出臺了能源總體規(guī)劃，為能源長期總體規(guī)劃打下了基礎(chǔ)，同年4月成立了丹麥能源署（DEA，Danish Energy Agency）主要負責丹麥國內(nèi)能源的規(guī)劃、協(xié)調(diào)等工作。
1979年，丹麥第一部《供熱法案》頒布，該法案囊括了供熱規(guī)劃的形式和內(nèi)容，開啟了丹麥市政供熱規(guī)劃的新篇章。
規(guī)劃具體分為三個階段。
第一階段，地方政府提供報告，報告內(nèi)容主要包括當?shù)毓嵝枨?，現(xiàn)有的供熱方法，以及能源使用量，此外還需要估計未來的供熱需求和供熱可選方案。隨后，地方政府將報告上交國家委員會（country council）。
第二階段，地方政府起草當?shù)匚磥淼墓嵋?guī)劃，國家委員會則匯總地方報告形成區(qū)域供熱規(guī)劃。
第三階段，國家委員會形成最終的區(qū)域供熱計劃。
法案要求，這些規(guī)劃必須明確規(guī)劃地區(qū)的重點供熱模式以及未來供熱機組和管網(wǎng)的建設(shè)地點。
在1981-1982年，一場遍及全國的供熱規(guī)劃隨即展開，在區(qū)域規(guī)劃中地方政府被充分授權(quán)，根據(jù)當?shù)厍闆r制定計劃，只需要符合國家加強區(qū)域集中供熱的大目標即可。如此地方政府可以針對地方特色進行規(guī)劃，選擇合適的供熱模式，合理劃分供熱區(qū)域，統(tǒng)一規(guī)劃避免了管網(wǎng)的重復建設(shè)。
在地方規(guī)劃中一個重要的工具就是經(jīng)濟性分析，即在全生命周期內(nèi)評估各種方案的經(jīng)濟性，從而做出選擇，其需要考慮的因素有燃料價格、電價、管網(wǎng)建設(shè)成本、排放的外部成本等。為此，丹麥能源署專門提供并定期更新一些評估方針、具體方法與數(shù)據(jù)，如以excel形式呈現(xiàn)的區(qū)域供熱評估工具（DHAT，District Heating Assessment Tool），使得地方政府、開發(fā)商等利益相關(guān)方評估供熱項目的經(jīng)濟性時有了相對統(tǒng)一的標準。
為了進一步確保區(qū)域集中供熱的經(jīng)濟性，將更多的用戶納入集中供熱的范疇，丹麥還出臺了相應(yīng)法規(guī)，一面要求所有新老建筑必須接入集中供熱，一面禁止用戶使用電供熱。另一方面，為了防止壟斷侵害用戶權(quán)益，供熱法案要求區(qū)域供熱公司本身必須遵守非營利性的原則，并詳細規(guī)定了哪些費用可以包含在供熱價格內(nèi)。由丹麥能源管理局（DERA，Danish Energy Regulatory Authority）負責處理對供熱價格等問題的一般性投訴，而針對當局的決定和法律法規(guī)解釋的上訴則交由能源申述委員（The Energy Appeal Board）處理。
天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)受推崇
區(qū)域供熱只是丹麥提高能效的一個重要手段，另一個重要手段是采用熱電聯(lián)產(chǎn)。
研究表明，在效率上熱電聯(lián)產(chǎn)電廠明顯高于單獨供熱和單獨發(fā)電設(shè)備，通常情況下，一臺供熱鍋爐的效率約為90~95%，一座冷凝式發(fā)電廠的發(fā)電效率僅40%~50%，而熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的總效率可達85%~93%，相較單獨供熱和發(fā)電，總體燃料節(jié)約率約30%。
隨后熱電聯(lián)產(chǎn)在和區(qū)域供熱開始緩慢發(fā)展，不斷優(yōu)化，特別是在人口較為密集的大城市運用較多，但直到第一次石油危機后，丹麥開始集中規(guī)劃供熱體系，才開始考慮在中小城市乃至鄉(xiāng)村也進行區(qū)域供熱與熱電聯(lián)產(chǎn)結(jié)合。
在80年代末期，丹麥對大規(guī)模利用熱電聯(lián)產(chǎn)供電和供熱的可行性進行了反復研究，于1986年，丹麥政府與國家電力公司達成《熱電聯(lián)產(chǎn)協(xié)定》，要求后者共建立450MW的小型熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠，其能源形式要多樣化，包括天然氣、生物質(zhì)、垃圾等，初期以示范項目為主。由于沒有經(jīng)濟刺激，電力公司對此積極性不大。
在想辦法提高能效的同時，丹麥國內(nèi)的能源勘探、開采也在進行中，喜訊是北海油田得以確認，并于1984年開始規(guī)模產(chǎn)出，丹麥本土石油、天然氣的供應(yīng)大幅提升。隨著全球變暖問題日益受到重視，天然氣相較煤、石油碳排放量更小、更清潔。兩者綜合，激勵了丹麥當局對天然氣的偏好。
丹麥政府于1990年修訂了《供熱法案》，對地方政府在區(qū)域規(guī)劃時的燃料選擇和供熱方式做出了明確指示。這次修訂的主要目標是在提高能效的基礎(chǔ)上考慮環(huán)境效益，一方面大力推廣熱電聯(lián)產(chǎn)的使用，一方面增加以天然氣為主的較為清潔的燃料使用，以確保擴建天然氣管網(wǎng)的經(jīng)濟可行性，改造的主要對象是為區(qū)域供熱的中小型供熱鍋爐。
這輪改造分為三個階段。
第一個階段（1990-1994年），主要針對有天然氣管道覆蓋的地區(qū)，將大型燃煤、燃氣供熱鍋廠改造為燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠。并依進展情況，考慮將垃圾焚燒發(fā)電廠轉(zhuǎn)換為熱電聯(lián)產(chǎn)電廠。
第二階段（1994-1996年），主要針對天然氣管道覆蓋地區(qū)剩下的燃煤供熱廠以及中型燃氣電廠，將其改造成燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠。天然氣管道不通地區(qū)的供熱廠，則被要求考慮轉(zhuǎn)為使用秸稈、木屑等生物質(zhì)燃料。
最后，在第三階段（1996-1998年），小型天然氣供熱廠要求轉(zhuǎn)換為熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，剩余的不通天然氣的供熱廠被轉(zhuǎn)要求改用秸稈、木屑等生物燃料。
除了在行政上推廣天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠以及生物質(zhì)燃料的使用以擴大規(guī)模降低成本外，丹麥政府還相繼出臺了各項財政支持政策，通過稅收、補貼等手段推動供熱向高效、清潔轉(zhuǎn)型。
在稅收方面，丹麥對供熱的化石燃料煤、石油、天然氣均收取相應(yīng)的燃料稅，而對電力生產(chǎn)則沒有相應(yīng)的直接稅收，這促使供熱廠有動力向熱電聯(lián)產(chǎn)電廠轉(zhuǎn)變，以減少燃料稅的支付。
而天然氣所交的燃料稅要遠低于石油和煤，促使供熱廠更傾向于使用天然氣作為原料，免收燃料稅的生物質(zhì)燃料也受到青睞。
在補貼方面，為了促進小型熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展，丹麥政府于1992年修改了電力補貼政策，將原本僅針對可再生能源發(fā)電的補貼進行擴展，使所有使用天然氣和生物質(zhì)燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠都可享受不同程度的補貼。后于1997年調(diào)低了對天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的補貼幅度，給其運行造成了經(jīng)濟困境，政府又通過配套援助政策對受到影響的供熱企業(yè)提供補償。2003年，丹麥政府出臺新的規(guī)定減少小型和工業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠的稅收，以彌補低水平的補貼。此外，直到2005年，所有熱電聯(lián)產(chǎn)電廠覆蓋范圍內(nèi)的用戶都有義務(wù)全額購買其所發(fā)電力。
所有的這些努力，效果初顯。從1998年開始，丹麥實現(xiàn)了能源的自給自足，并且在GDP逐年上升的情況下，能源消耗總量常年保持基本不變（見圖1）。
圖1：1990-2014年GDP、能源總消耗量、能源消耗強度變化
新時代要求區(qū)域供熱更靈活
能源供給和能效問題似乎都已解決，但新的問題又出現(xiàn)了。電價放開、電力過剩、環(huán)境壓力、風力發(fā)電占比不斷增加等情況迫使區(qū)域供熱需要變得更加靈活，燃料的多元化和蓄熱越發(fā)受到關(guān)注。
發(fā)展低碳能源已成大勢，而丹麥早在1985年就已決定放棄核能，風能發(fā)電從此成為了該國大力發(fā)展的低碳能源。雖然丹麥的能源消耗總量保持不變，發(fā)電量還呈現(xiàn)略微下降的趨勢，風電的發(fā)電量和裝機容量卻均在不斷增加。
2015年，丹麥全年生產(chǎn)電量的48%來自風電，風電的裝機容量達到了全部裝機容量的36%，剩余裝機除少部分來自太陽能發(fā)電和水電外大部分依靠熱電（包括煤電、天然氣發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等），而這部分熱電的79.1%實現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)。
圖2：1990-2015年不同類型機組發(fā)電量變化
圖3：1990-2015年不同類型機組裝機容量變化
如此一來，電力在某些時段可能過剩，另一方面隨著1999年丹麥電力放開管制，電價市場化，在電力過剩時刻的電價偏低，此時熱電聯(lián)產(chǎn)電廠同時發(fā)電和產(chǎn)熱的經(jīng)濟性不再凸顯。
于是在2005年，丹麥廢除了熱電聯(lián)產(chǎn)電廠同時發(fā)電和供熱的強制性，一些小型熱電聯(lián)產(chǎn)電廠可以選擇在電價低的時段僅供熱少發(fā)電或不發(fā)電，這需要蓄熱、電熱鍋爐和熱泵、渦輪機旁路等技術(shù)手段實現(xiàn)。此外，一些非熱電聯(lián)產(chǎn)的供熱廠的供熱量近年來有所提升，這些供熱廠原本主要用于提供尖峰時刻的供熱需求。
除了電力需求以及電價的波動要求供熱變得更加靈活外，日益受到關(guān)注的全球變暖問題，也要求供熱能源的來源更加低碳。對此，丹麥在2012年提出目標，要在2035年實現(xiàn)電力與供熱系統(tǒng)100%由可再生能源提供，2050年能源系統(tǒng)實現(xiàn)100%的零化石能源供應(yīng)。
為了達成這項目標，充分考慮風電的發(fā)展情景，丹麥能源署作出了相應(yīng)的區(qū)域供暖發(fā)展趨勢預測，如下圖（圖4）?？梢钥吹綗犭娐?lián)產(chǎn)雖然在很長一段時間仍將占據(jù)主導，但終將逐步褪去主角光環(huán)，熱泵和電鍋爐、工業(yè)余熱、太陽能等多樣化的供熱方式將逐步得以壯大。
而丹麥堅持區(qū)域供熱的方針不會改變，曾經(jīng)區(qū)域供熱的優(yōu)點主要是提高能效，特別是配合熱電聯(lián)產(chǎn)使得能源得以充分利用。但當熱電聯(lián)產(chǎn)，尤其是以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠將逐步被淘汰時，區(qū)域供熱的另一優(yōu)勢得以顯現(xiàn)，即可以使用更多種的燃料相互補充供熱，區(qū)域的集中供熱更換燃料相較于所有用戶自身不斷變換供熱方式，顯然更方便、經(jīng)濟。
圖4：丹麥區(qū)域供暖發(fā)展趨勢
目前，丹麥的供熱能源已正朝這個方向發(fā)展。
如圖5所示，2000年之后，丹麥區(qū)域供暖中的可再生能源占比不斷攀升，其中包含了太陽能、地熱能、生物質(zhì)、沼氣等多種能源。表1則清晰地顯示出，除化石能源外，其他所有能源如各種可再生能源以及電加熱、熱泵、垃圾（非可再生部分）等均翻倍增長，同時化石能源的消耗均在不同程度上得以削減。
圖5：1990-2015年區(qū)域供暖中各種能源消耗的占比
表1：1994-2015年區(qū)域供熱中各種能源占比
除化石能源供熱外，區(qū)域供熱燃料中占比最大的仍是生物質(zhì)燃料供熱，但隨著生物質(zhì)如秸稈、木材等的大規(guī)模利用，一些科學家和環(huán)保組織對其可持續(xù)性提出擔憂。
垃圾供熱在區(qū)域供熱中的占比緊隨化石能源和生物質(zhì)燃料之后。隨著技術(shù)的提升，為垃圾焚燒廠配備煙氣冷凝器，使得即便處理生活垃圾這類含水量較高的垃圾，焚燒廠也可以達到很高的能源利用效率。
除去這些較為傳統(tǒng)的供熱能源，丹麥的太陽能供熱規(guī)模從1994年到2015年增長了一百多倍，是所有供熱能源中規(guī)模增長最快的一個，它在區(qū)域供熱系統(tǒng)中扮演的角色逐漸受到肯定。由于丹麥緯度高，氣溫偏低，與中國不同，丹麥的區(qū)域供熱在提供室內(nèi)暖氣的同時也提供熱水，且每家每戶可以自行調(diào)節(jié)供熱溫度、用量，所以全年供熱，而夏季無需室內(nèi)暖氣，供熱量偏低。大規(guī)模的太陽能熱場基本可以滿足區(qū)域夏季的供熱需求，而冬季仍需其他燃料或是蓄熱作供熱輔助。
值得一提的是，蓄熱可在不同時間尺度上為區(qū)域供熱增加靈活性。一方面如前文所提，熱電聯(lián)產(chǎn)電廠配合短期蓄熱，可在不影響供熱的基礎(chǔ)上根據(jù)電力市場價格波動合理發(fā)電。另一方面，跨季節(jié)的儲熱與大規(guī)模太陽能供熱的結(jié)合，可以更充分利用太陽能的產(chǎn)熱?？缂竟?jié)儲熱的原理很簡單，通常情況下是利用一個保溫效果好的裝滿水的水庫，將夏季太陽能產(chǎn)出的多出當季需求的部分熱量儲存，待到秋冬季太陽能產(chǎn)熱不足時再做補給。
除了增加供熱系統(tǒng)的靈活性，提高能效依然是丹麥改進供熱系統(tǒng)的重要目標。為實現(xiàn)這一目標，丹麥希望能進一步降低熱管網(wǎng)的運行供應(yīng)溫度，從現(xiàn)在的不到90℃繼續(xù)下調(diào)到50~60℃，而為了達成這一目標，必須進一步提高建筑能效和優(yōu)化管網(wǎng)分配。
未來，如何能讓供暖體系變得更經(jīng)濟、環(huán)保、高效，丹麥仍在摸索中。
