【深度】全球供热现状及对我国的启示

3.地热能供热

目前全球只有少数国家将地热能直接用于供热。国际能源署数据显示，2017年，仅中国和土耳其就占全球地热能供热消费的80%。2012～2017年间，全球地热能供热消费几乎翻番，这主要得益于中国地热能供热的快速增长。预计2018～2023年间，地热能供热消费增长率将降至24%，但在许多国家和行业仍将发挥重要作用。

地热能供热大部分用于沐浴（45%）和空间采暖（34%），但在一些国家，农业部门（主要用于温室保温）也是地热能供热的重要应用部门。近年来，在强有力的政策支持下，荷兰的能源密集型温室部门扩大了地热利用，该国成为继中国、土耳其和日本之后的第四大（农业部门）地热供热消费国。

在其他地区，新增地热能供热主要应用于区域供热系统。2017年欧盟共有9座地热供热站投运，其中有75兆瓦（热）新增装机位于法国、意大利和荷兰。

资料来源：IEA

图7 2012～2023年全球地热能供热消费（2018年后为预测数据）

4.电力供热

电力保障了全球约7%的供热需求，其中主要是建筑物的供热需求。工业部门的电力供热正在得到推广，而建筑物房屋的热泵应用已经越来越普及。国际能源署发布的数据显示，2012～2017年间，全球热泵销量增长了一倍以上，从2012年的180万套增至2017年的400多万套，年均增长约30%。其中90%以上的增长来自中国，其余增长大部分来自欧盟、日本和美国。

随着电力消费中可再生能源电力比例增加，以及供热用电比例增加，2010～2017年间，用于供热的可再生能源电力消费增加了约25%。全球建筑部门的供热用电增长尤其显著，涨幅为27%，其中近一半是来自中国的贡献。到2023年，工业部门和建筑物房屋的供热用电预计将分别增长20%和11%。

资料来源：IEA

图8 2012～2023年全球可再生能源电力供热消费（2018年后为预测数据）

5.热电联产

热电联产是采用不同类型的化石能源和可再生能源，在统一的作业环节实现电力热力联合生产的技术。在能源领域，无论是发达国家，还是发展中国家，能源系统的发展方向都是在减少能源消费总量的前提下有效地满足能源需求，热电联产正是未来能源行业发展的趋势之一。

2016年，全球热电联产总装机达到755.2吉瓦。其中亚太地区装机占比46%（以中国、印度和日本的热电联产装机为主），欧洲地区装机占比39%（尤其是俄罗斯的热电联产装机较大），中东、非洲和其他地区占比15%（主要集中在非洲北部和南部）。欧洲是热电联产的传统市场，亚太地区是热电联产的主要增长市场，其装机占比已接近50%（见图9）。

资料来源：俄联邦政府分析中心

图9 全球热电联产的地区分布

欧洲热电联产装机主要集中在德国，热电联产在国内电力结构中占比最大的是斯洛伐克。欧盟热电联产中可再生能源占比已从2010年的15%增至2015年的21%，使用的主要燃料依旧是天然气。2015年，天然气在欧盟热电联产燃料中的占比为44%。同年，热电联产在欧洲发电和制热结构中的占比分别为11%和15%（最近几年欧洲热电联产的发电制热比例较为稳定）。根据欧洲热电联产路线图，到2030年，热电联产将满足欧洲20%的发电和25%的制热需求。欧盟发展热电联产的侧重点是应用可再生能源和小型分布式能源来满足分散的用户需求，同时达到最佳的经济效益和能源效率指标。

世界各国对热电联产的关注正在不断增长。预计2025年前全世界热电联产装机的年均增长速度将维持在2.8%的水平，到2025年热电联产总装机容量有望增至972吉瓦。从全球热电联产发展趋势来看，使用清洁能源的小型热电联产项目将成为主流，当然也有俄罗斯等国，将以建设大型热电联产项目为主。

二、典型国家供热分析

（一）

丹麦

1.能源概况

丹麦地处北欧，国土面积狭小，自然资源十分有限，除石油和天然气外，其他矿藏很少。上世纪70年代以前，丹麦超过90%的能源消费依赖进口。1973～1974年的世界第一次石油危机爆发后，对进口能源极度依赖的丹麦，陷入了更深的能源危机。丹麦政府以此为契机，大力调整能源供应结构，提高能源使用效率，积极开发可再生能源和清洁能源。经过多年的不懈努力，丹麦摆脱了能源依赖进口的现状，到1997年已实现能源完全自给，随后能源依赖度呈现显著负值，说明其自身能源供给大于自身需求，成为欧盟能源依赖度最低的国家之一。

从上世纪80年代至今，丹麦的经济增长总量超过75%，能源消耗总量基本维持不变，二氧化碳排放有所下降，在1996年时就已达到排放峰值，实现了经济发展和能源消耗脱钩（见图10）。如今，丹麦是世界上能源效率最高的国家之一，在可再生能源开发利用方面，特别是风力发电和生物质能热电联产应用，在欧盟成员国中处于领先地位。由于大量采用节能技术和大力发展可再生能源产业，丹麦在能源供应和温室气体减排方面的各项指标普遍优于其他发达国家。

资料来源：State of Green

图10 丹麦经济增长、能源消耗和碳排放变化趋势

2.供热历史与现状

早在上世纪70年代，热电联产区域供热技术已在丹麦各个城市得到应用，约30%的家庭受益于区域供热系统。随后几十年间，节能高效的热电联产系统不仅在丹麦的大型城市兴建，还在中小型城市中推广。如今，超过60%的丹麦家庭使用区域供热系统，这些热量不仅用于建筑物采暖，还可以用于生活热水。丹麦约70%的区域供热由热电联产机组完成。区域供热和热电联产的广泛应用是丹麦提高能源利用效率、断开经济增长与能源消耗联系、减少碳排放的原因之一。

表1 丹麦区域供热发展历程

资料来源：根据丹麦能源署公开资料整理

丹麦的区域供热分为集中的大型区域供热和分散的小型区域供热。丹麦大型区域供热系统热源较为多样，如大型燃煤、生物质或天然气电厂、城市焚烧厂、工业余热和尖峰负荷锅炉。而小型区域供热系统的单个输送管网供应量通常不超过1000个热用户，热量由一台基本负荷机组和一台或多台尖峰负荷备用机组供应。基本负荷机组一般是以天然气为燃料的热电联产机组，或是以生物质为燃料的锅炉或者是垃圾焚烧锅炉，而尖峰负荷备用机组是以油或天然气为燃料的简单锅炉，建设成本投入较少。一些小型电厂安装了太阳能供热系统或电加热锅炉代替原有的燃油备用机组。

近年来，越来越多的可再生能源代替化石燃料应用于丹麦的区域供热。2014年，丹麦约50%的区域供热来自可再生能源（见图11）。这些可再生能源包括生物质、沼气、太阳能、地热能和可再生能源电力。目前，可再生能源在丹麦热力供应中的比重已经稳居首位，超过了天然气和煤炭。

资料来源：State of Green

图11 丹麦区域供热热源结构

在丹麦，生物质资源的利用主要包括木块、木屑和秸秆。1993年以来，丹麦一直在增加大规模生物质热电联产电厂的建设。早期建设的大型燃煤热电联产电厂也在向燃烧生物质转变。多年以来，生物质一直是丹麦能源结构的重要组成部分。除了生物质，垃圾也成为区域供热的一个重要热源。除正常回收以外，丹麦几乎所有的垃圾都能用于能源生产，仅有一小部分垃圾被填埋处理。通常情况下，垃圾被热电联产电厂利用，从而以较高的整体效率生产热量和发电。此外，丹麦还是世界上最大的太阳能区域供热市场。在过去的几年里，丹麦1000平方米以上规模的太阳能供热厂数量显著增加。目前全球超过80%的大型太阳能区域供热项目都位于丹麦。据丹麦能源署发布的官方报告《太阳能供热发展策略》，到2030年，太阳能供热将承担丹麦15%的供热负荷。

储热是丹麦区域供热的一个重要元素。丹麦大型和小型的区域供热系统热电联产厂都设有短期储热设施。短期储热解决方案的主要目的是将电力生产从热电联产中分离出来，让热电联产厂依据电力需求，在不影响供热基础上根据电力市场价格波动合理配置热电联产。而丹麦的季节性储热主要应用于大规模的太阳能供热。太阳能供热系统在夏季能够产出比即时需要的更多热量，随着冬季供热需求达到峰值，很多大型太阳能区域供热系统利用大型季节性储热装置，实现冬天提取夏季储存的多余热量。在丹麦的多宁隆德，结合季节性储热的大型太阳能供热系统覆盖了区域供热年需求的40%。对于丹麦的许多区域供热系统而言，季节性储热变得尤为重要。

丹麦的大型区域供热一般由多个局部输配管网组成，各输配管网之间用长输管网相连。各区域供热管线联网运行，全年365天24小时供热（夏季供应生活热水），温度压力稳定，管网年平均热损失约6%。丹麦的热力管线长度在欧盟各国的热力管线长度排名第一，管线总长度大于3万千米。由于地广人稀，丹麦热力管线基本采用直埋或架空的敷设方式，管材在生产过程中做预拉伸，有效降低了供热管线出现故障的几率。

在供热计量方面，丹麦的供热一次管网敷设到各家各户，每个独立的建筑都有属于自己的换热设备，用户可以按照自己的需求单独、灵活地调节，并通过安装的热计量装置根据各自的实际用量进行缴费，其所缴的费用通常由基础热费和实际用热热费两部分组成。热力公司在互联网上建立了用户用热的信息系统，每个用户可以通过互联网查询自己个人的用热信息。丹麦住房建设部门1996年颁布的条例要求所有建筑物安装热计量装置，违反者将受处罚。通过实施供热计量，丹麦的室内采暖总能耗降低了50%。

3.经验总结

作为区域供热领域的领先国家，丹麦拥有国际领先的绿色技术，以及低成本、高效率和高质量区域供热系统的建设经验，并且还培育出专业性的区域供热产业。丹麦区域供热领域的重要成就是多年积极的能源政策、系统化的供热规划以及有效监管共同作用的结果。

（1）采取积极的能源政策

丹麦是全球利用可再生能源发展最早、成就最显著的国家之一，政府把发展低碳经济置于国家战略高度，并制定出一系列能源发展目标：2020年生物能源在能源结构中占36%，一半的电能来自于风能；2030年国家逐步淘汰使用化石燃料；2035年发电、供热所需能源全部来自生物能；2050年完全淘汰化石燃料，只使用可再生能源。这意味着，到2050年丹麦的可再生能源生产将满足电力、供热、工业和交通运输的全面能源需要。

根据丹麦政府2010年6月颁布的《国家可再生能源行动计划》，明确制定了未来可再生能源的发展目标：到2020年，国内39.8%供热和制冷用能要来自可再生能源。此后丹麦颁布的《能源政策协议》提出支持对太阳能热和生物质进行区域供热的利用。另外，能源税、碳排放税、欧盟的二氧化碳排放交易体系等也给相关项目带来了足够的发展资金。

针对建筑物节能，丹麦早在1961年就开始制定并实行了新建筑节能标准，之后建筑节能标准随着社会的发展不断提高。丹麦政府不仅对新建建筑有标准，而且非常注重对既有建筑的节能改造，并设有专门的政府补贴。现在新建建筑的供热能耗只有1977年的25%左右。2000年，丹麦引入了被动房超低能耗建筑的概念，被动房的认证参考了德国被动房的标准和指标。此外，政府还通过建立财税激励机制、征收建筑采暖燃料税、给予节能投资补贴等手段，推动降低建筑能耗工作。

（2）完善立法加强监管

在丹麦的可持续发展进程中，立法始终扮演着一个非常重要的角色。丹麦政府于1979年通过了第一部《供热法案》，随后经过多次修改，如今依然有效。首部《供热法案》确定的主要原则有：地方政府/市政部门负责新建供热项目的审批；地方政府/市政部门必须保证按照最佳的社会经济效益选择项目；尽可能通过热电联产方式实现供热；必须按照“真实成本”为消费者提供联合供热价格，这意味着供热价格不得高于也不得低于实际的热力生产成本。丹麦的《供热法案》还规定了全国范围热力管网的具体区划。在每个区划内部，通过丹麦供热立法规定了具体的供热方式。这些供热区划包括：分户独立供热系统；通过全国天然气网提供的天然气供热；分散式区域供热；集中式区域供热。当某个建筑物的业主想要为房屋供热，或希望对现有供热单元进行改造，而且该建筑物恰好处于天然气供热或区域供热区划范围内，该供热系统就必须得到市政府的批准。当某个区域供热公司要建设一个新的供热设施、铺设热力管线或向某个新小区提供区域供热时，也必须获得市政管理部门的审批。审批流程通常只涉及区域供热公司和市政当局，但也可能涉及到天然气公司，以及单方或双方的咨询顾问。其主要的审批标准是社会经济性评估，只有展示出最佳净社会效益的项目才能获得优先审批权。

（3）制定系统化的供热规划

区域供热是一个大的系统，具体规划的时候，需要将供热系统和其他能源系统结合起来，从全局层面规划，才能优化供热系统效率。丹麦在供热领域的应用中，着眼于规划的整体性、热源的灵活多样性和设备技术的创新利用。具体来讲，丹麦区域供热有太阳能电锅炉、太阳能供暖燃气、内燃机、热泵等多种供热形式，并可以根据不同地区的整体情况对这些供热设备进行调整，还可以对热能进行储存，需要的时候用来供热和制冷，这些都有助于提升整个供热系统的灵活性。

到2020年，丹麦大约有一半的用电量将由风力发电提供，鉴于此，丹麦将更加重视区域供热和热电联产系统的灵活性，如充分利用储热等，以支持提高风力发电在能源系统所占的比例。有丹麦学者提出，未来的第四代区域供热技术将完全摒弃化石燃料，形成分布式智能能源网。如图12所示，第四代区域供热的重点是能源效率、灵活性、所有可用的可再生能源以及余热资源的集成。

资料来源：奥尔堡大学和丹麦丹佛斯区域能源部

图12 丹麦区域供热网发展进程