國際大城市采暖制冷低碳化對上海的啟迪

張麗虹 施明融 王智強 姚珉芳 藍毓俊

1上海市發展和改革委員會2 上海市節能協會 3 申能（集團）有限公司

1 國外大都市采暖和供冷基本情況

隨著我國城市化步伐的迅猛加速，城市采暖制冷的能源消費隨之同步增長。城市采暖制冷的節能減碳已越來越引起人們的重視。本文選擇城市規模、經濟總量及氣溫等與上海相近的國際大都市作為參照城市。選擇的參照城市是美國加利福尼亞州的洛杉磯市、日本的東京、大阪、以及法國的巴黎市（以下簡稱“四市”）。目的是通過對這三個國家四個城市在采暖和供冷方面情況的研究，尋找有益于我國冬暖夏涼的大都市，特別是上海市改進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濟狀況和氣候環境有著密切關系。四市和上海比較：

經濟狀況：2008年GDP的數值以上海為最低2330億美元，依次遞增的是大阪、巴黎和洛杉磯，東京地區最高為14790億美元。

氣候環境：氣溫與上海相對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。

四市在地理環境、人口、氣候、經濟發展水平與上海市的比照簡況（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，采暖家庭戶數占總戶數的93.86%,供冷家庭戶數為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%。采用空調的分類為：中央空調占85.65%，窗式或墻式的空調占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比表

洛杉磯所在的氣候區每戶家庭2005年采暖消費能耗為：用天然氣的每戶家庭為691.2公斤標煤,用電力的每戶家庭為144公斤標煤,用液化石油氣的每戶家庭1036.8公斤標煤。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年的美國國家能源法中的公用事業監管政策法頒布后，熱電聯產CHP容量快速發展，自1980年到1993年增長了4.4倍，達到44吉瓦（GWe）。

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

2)東京、大阪采暖供冷情況

日本東京地區采暖制冷主要以電力和天然氣結合使用為主，大阪地區采暖制冷主要以電力空調為主。其能源除了燃氣、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 加洲對于分布式裝置的獎勵等級表

表3 東京、大阪地區能源負荷預估值

表4 東京供熱三種方式

日本經濟產業省于2008年（平成20年）預測東京、大阪地區的采暖能源負荷如表3所示。

按照《京都議定書》的規定，東京和大阪制定多項能源政策和環境政策，為減少二氧化碳排放采取的主要政策是促進可再生能源的使用和轉用天然氣燃料。有關資料顯示，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、發電廠余熱等。

東京、大阪的供熱主要采用以下三種方式——區域性供熱、小區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。這些都和我國有巨大差別。大規模使用廢棄物循環利用產生的能源用于采暖制冷，是日本的一大特色。

3)法國巴黎的采暖供冷情況

巴黎的特點是廣泛使用集中供熱。主要由分布在郊區的巴黎城市供熱公司（CPCU）的九個供熱廠和城市垃圾處理局（僅負責提供蒸汽）管理的三個廢棄物焚燒中心提供。CPCU公司每年供應的蒸汽為800多萬噸（56 億 KWh）,供熱負荷約占整個城市總用熱負荷的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荷約占47%。目前，CPCU已開展熱源的節能減排改造，著手建立燃汽輪機聯合機組;用煤氣和重油取代煤炭。

巴黎城市供熱公司在CPCU區擁有城市供熱專賣權，并建設了廣泛的城市蒸汽供熱網，同時取代了許多單臺或中小型的供熱鍋爐房。

巴黎大區的城市垃圾實現分類袋裝，在廢棄物焚燒廠內處理后作為燃料，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，節約了化石燃料的使用。CPCU還致力于提高化石燃料的燃燒經濟性，并且通過焚燒城市垃圾提高垃圾的能源價值；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城市集中供熱網取代了許多單臺或中小型的供熱鍋爐房。

CPCU公司在整個換熱管網中，中途設置多個大型換熱站，換熱站優先利用三個廢棄物焚燒廠提供的蒸汽。

2 國外大都市采暖供冷基本經驗

2.1 提倡集中供熱、熱電聯產，提高能源利用效率。

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

2.2 改善能源結構，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。但生物質能也不少，如垃圾填埋場的氣體，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，正在快速發展。在商業建筑、學校、醫院、和居民方面的應用站點占了較大的比例。微型燃料電池CHP發展很快（包括小型化300W）.這種裝置低負荷調節性能良好，整體效率可達70-90%，非常有發展潛力，特別適合用于大城市的中心城區居民和商業建筑。美、日等發達國家都在努力推進微型燃料電池CHP在居民和商業建筑中使用。

2.4 定期調研統計，掌握基礎數據。

美國能源部對居民、商業建筑、工業、交通的能源消耗進行定期和不定期的長期抽樣調查研究，作為最基礎的數據庫,作為制訂法規的依據。統計的內容非常詳盡,對統計結果再由專門機構進行評估。

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，居民區的采暖制冷設備.基本使分體式電力空調，而郊區企業集中區廣泛采用熱電聯產，非居住高層建筑物開始應用小型熱電聯產—分布式供能。

3.1 居民采暖制冷情況

據上海市統計公報，迄2009年底全市共有居民戶740萬戶,平均每戶擁有1.98臺空調,合計裝機總量已超過1500萬千瓦.少數高檔住宅區采用集中空調或者燃氣采暖。全市非居住建筑約2億平方米,一般采用集中式電力空調,測算總裝機容量將近2000萬千瓦.少數采用燃氣空調及新能源采暖。近年來,在少數公共建筑中開始采用分布式供能系統采暖制冷。

表5 上海空調裝機統計

居民使用空調的特點是：

--用電負荷集中而年運行小時較低.2009年夏季家庭空調的用電負荷達到400萬千瓦以上,連同集中空調的高峰電力負荷達到800萬千瓦,占同期電力總負荷的40%,中、小學生放暑假的第一天，一般電力負荷會上漲30萬千瓦。但是家用空調利用小時每年不超過1500小時。

--隨著上海城市人口繼續增加，城市化程度快速提高，家用空調裝機容量仍然會以較快速度上升。

--生活的改善使居民追求較高的舒適度，所以，空調利用小時會不斷增長。與此同步居民用電比重會持續上升。見表6。

表6 上海居民用電量統計表

3.2 熱電聯產情況

上海發展熱電聯產已有50年多年,以服務石化、鋼鐵、輕紡、造紙等行業的工業企業為主。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個區域熱電聯產工程，熱網覆蓋面積達到155平方公里，供熱量約 5734萬GJ/年；發電裝機容量202萬千瓦，約占全市發電裝機容量的14%。此外,全市另有不發電的集中供熱企業4家，總共建成公共供熱管網20個，覆蓋了17個工業區。熱電聯產每年節約84萬噸標煤。通過將小鍋爐分散排放轉為集中排放、集中治理，減少了污染物排放，對環境保護起到了積極的作用（見表7）。

表7 2007年現有熱電聯產企業主要節能環保實績匯總表

同時，迄2009年底，在交通樞紐、醫院、賓館建設了分布式供能系統示范工程15個，本市開始形成了區域熱電聯產與分布式供能系統并舉的局面。

但是，本市熱電聯產項目能源結構單一；推廣缺乏行業指導，項目審批與管理脫節。新建工業園區的熱電聯產工程往往滯后于區內用熱項目建設，錯失了實施熱電聯產的先機,冒出了一批新建小鍋爐。特別是熱電聯產項目的核準權在國家有關部門，手續辦理時間過長，新建企業為及時投產，不得不新建小鍋爐供熱。全市現有小鍋爐7854臺，總容量達14521噸/小時,平均容量僅1.85噸/小時,其中大多是近5年建造的（見表8）。

表8 本市小鍋爐現狀統計表（2008年底）

本市熱電聯產市場的潛在需求容量很大。按照本市特點，本市已建和在建的工業園區和開發區合計41個，分布在13個區和1個縣域中。其中，外環線以外的35個，中環和外環之間的4個，內環和中環之間的1個，內環以內1個（陸家嘴開發區）；按照園區內的重點行業分，屬于化工、造紙等為重點的有3個，以印染、機械等行業為主的有27個，以電子、物流和金融等為重點的11個；按照原有熱電聯產的基礎狀況分，已建成熱電聯產、集中供熱的園區有 11個，需要改、擴建;未建熱電聯產的30個,其中有14個亟需新建。如果完成“十二五”目標，區域性供熱每年將節能135萬噸標準煤，減排CO2347萬噸，減排SO2135萬噸。

4 借鑒國外城市采暖制冷低碳化經驗，改善上海采暖制冷工作

洛杉磯、東京、大阪、巴黎4個城市的經濟總量和人均GDP都遠高于上海，城市發展已基本飽和，其采暖制冷的總量已經不會有大的增長，主要是內涵的提高。而我國正處于快速城市化過程之中，上海在“十二五”乃至更長時間內仍然處于快速發展階段。據有關研究顯示，2015年上海長住人口將達2150萬，2020年將達2250萬，采暖制冷需求將會同步發展，居民用能將呈剛性發展，采暖制冷需求甚至將可能高于GDP的增長。上海要從自身特點出發，充分借鑒國外成熟經驗，研究采暖制冷規劃工作。

4.1 科學分析國際同類城市采暖制冷經驗，找準發展定位。

洛杉磯、東京、大阪、巴黎4個城市的采暖制冷已經普及，人均采暖制冷用能量較高，上海在學習借鑒這些城市經驗的同時面臨兩難。一方面，有必要借鑒國外先進的用能技術、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，這對資源環境的承受能力提出新的挑戰。建議制訂我國分地區新的采暖制冷標準，既考慮改善居民生活，又兼顧資源環境承載能力，倡導國內居民在秉承良好節能習慣的同時改善采暖制冷狀況，借鑒國外先進能源技術應用和利用可再生能源及廢棄資源的經驗，平緩可能出現的過快增長。

4.2 以分散為主，適度兼顧集中，統籌規劃城市采暖制冷。

長期以來，上海形成了絕大部分居民采用分散式電力空調采暖制冷的格局。由于目前城市道路都已基本建成，再建集中供熱網管網將面臨掘路、管位布局等一系列問題；同時，電力是一種高效、清潔、使用便捷的能源，比較容易普及，從長遠看分散式電力空調在城市采暖制冷中仍將占主導地位。隨著天然氣在城市的普及，燃氣空調等也將會有較大的發展。同時，結合工業區、開發區布局的熱電聯產，醫院、賓館等建設的分布式供能，在熱網經濟半徑內遵循市場經濟規律向周邊企業供熱（冷）同時，為周邊居民提供相對經濟的熱（冷）供應，將成為城市采暖制冷的有效補充。

4.3 借鑒四市利用低碳能源替代高碳能源的經驗，根據城市經濟社會發展狀況推進清潔、低碳能源在采暖制冷中的應用。

有三方面重點：一是加速天然氣替代煤炭的過程。按照熱電聯產規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鼓勵將集中供熱煤鍋爐改造為背壓熱電聯供機組，在不增加能源消耗的同時采用熱電聯產提高能效，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展。上海雖然在全國發展分布式供能處于領先地位，但發展狀況不甚理想。借鑒四市加速發展分布式供能在醫院、賓館、交通樞紐、大型商辦樓等適用區域應用的經驗，必須進一步突破障礙，盡快實施微型和小型燃機國產化，盡快公布實施分布式供能規劃，加大推廣力度，盡早形成規模效應。三是更加重視可再生能源在采暖制冷中的應用。上海在推廣可再生能源上已有有力舉措，如對于太陽能熱利用的規定已經發布，同時應該借鑒四市經驗，特別是日本經驗，抓緊研究城市廢棄資源循環利用于采暖制冷，包括垃圾和城市河道底泥的能源化利用；研究開發并試點示范家用燃料電池，以提高采暖制冷的無碳化程度。

4.4 加強采暖制冷技術攻關，做好統計等基礎研究工作。

建議重點加強高效節能空調、建筑節能、地源熱泵等采暖制冷技術研究，重點攻克電空調高效采暖，微型和小型燃機國產化等核心技術。同時，要下大力氣推廣建筑物門窗密閉性改造，力爭大幅度提升采暖制冷能源利用率；加強城市采暖制冷的基礎研究和數據積累，定期開展采暖制冷抽樣調查，為決策提供可靠依據。