国际大城市采暖制冷低碳化对上海的启迪

张丽虹 施明融 王智强 姚珉芳 蓝毓俊

1上海市发展和改革委员会2 上海市节能协会 3 申能（集团）有限公司

1 国外大都市采暖和供冷基本情况

随着我国城市化步伐的迅猛加速，城市采暖制冷的能源消费随之同步增长。城市采暖制冷的节能减碳已越来越引起人们的重视。本文选择城市规模、经济总量及气温等与上海相近的国际大都市作为参照城市。选择的参照城市是美国加利福尼亚州的洛杉矶市、日本的东京、大阪、以及法国的巴黎市（以下简称“四市”）。目的是通过对这三个国家四个城市在采暖和供冷方面情况的研究，寻找有益于我国冬暖夏凉的大都市，特别是上海市改进和提高采暖制冷能源效率和改善采暖制冷工作的途径。

1.1 参照城市概况

城市采暖制冷与其经济状况和气候环境有着密切关系。四市和上海比较：

经济状况：2008年GDP的数值以上海为最低2330亿美元，依次递增的是大阪、巴黎和洛杉矶，东京地区最高为14790亿美元。

气候环境：气温与上海相对比较接近的是东京和大阪市；洛杉矶冬季气温较高，而夏季气温比上海低；巴黎全年平均最高温度和最低温度都比上海低。

四市在地理环境、人口、气候、经济发展水平与上海市的比照简况（2009年）见表1。

1.2 四市采暖和供冷基本情况

1)加利福尼亚州和洛杉矶市采暖和供冷能源使用情况：

洛杉矶的居民家庭普遍采暖制冷，其中，采暖家庭户数占总户数的93.86%,供冷家庭户数为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为：天然气、液化天然气采暖的36.45%，电力采暖的70.56%。采用空调的分类为：中央空调占85.65%，窗式或墙式的空调占14.81%。前者的能源为电力或者天然气，后者则全部是电力。

表1 四市和上海市的基本情况对比表

洛杉矶所在的气候区每户家庭2005年采暖消费能耗为：用天然气的每户家庭为691.2公斤标煤,用电力的每户家庭为144公斤标煤,用液化石油气的每户家庭1036.8公斤标煤。居民全年用于采暖、供冷、供热水的能量比例为1:2:1.71。

自1978年的美国国家能源法中的公用事业监管政策法颁布后，热电联产CHP容量快速发展，自1980年到1993年增长了4.4倍，达到44吉瓦（GWe）。

加利福尼亚支持并奖励分布式能源（包括风力透平、燃料电池和相配套的储能装置）用于采暖制冷，具体见表2。

2)东京、大阪采暖供冷情况

日本东京地区采暖制冷主要以电力和天然气结合使用为主，大阪地区采暖制冷主要以电力空调为主。其能源除了燃气、电力、石油、煤炭等之外，还广泛使用海水、废水排放的热量和垃圾焚化厂、超高压地下电缆的排热等城市中各种各样的废弃能源。

表2 加洲对于分布式装置的奖励等级表

表3 东京、大阪地区能源负荷预估值

表4 东京供热三种方式

日本经济产业省于2008年（平成20年）预测东京、大阪地区的采暖能源负荷如表3所示。

按照《京都议定书》的规定，东京和大阪制定多项能源政策和环境政策，为减少二氧化碳排放采取的主要政策是促进可再生能源的使用和转用天然气燃料。有关资料显示，其废弃能源主要有：热能废物焚烧厂排热、焚烧污泥和消化污泥余热、发电厂余热等。

东京、大阪的供热主要采用以下三种方式——区域性供热、小区集中供热和比邻建筑物供热，具体见表4。

采暖制冷用的一次能源，按照用途分，制冷为采暖的155%；按照能源种类分，最多是城市煤气，其次是废热利用，再次为电力。这些都和我国有巨大差别。大规模使用废弃物循环利用产生的能源用于采暖制冷，是日本的一大特色。

3)法国巴黎的采暖供冷情况

巴黎的特点是广泛使用集中供热。主要由分布在郊区的巴黎城市供热公司（CPCU）的九个供热厂和城市垃圾处理局（仅负责提供蒸汽）管理的三个废弃物焚烧中心提供。CPCU公司每年供应的蒸汽为800多万吨（56 亿 KWh）,供热负荷约占整个城市总用热负荷的53%，其中以煤为燃料的热源约占33%，以重油为燃料的热源约占20%；废弃物焚烧中心提供的供热负荷约占47%。目前，CPCU已开展热源的节能减排改造，着手建立燃汽轮机联合机组;用煤气和重油取代煤炭。

巴黎城市供热公司在CPCU区拥有城市供热专卖权，并建设了广泛的城市蒸汽供热网，同时取代了许多单台或中小型的供热锅炉房。

巴黎大区的城市垃圾实现分类袋装，在废弃物焚烧厂内处理后作为燃料，既解决了城市垃圾处理的难题，又为城市提供了较大一部分的供热量，节约了化石燃料的使用。CPCU还致力于提高化石燃料的燃烧经济性，并且通过焚烧城市垃圾提高垃圾的能源价值；由于能源利用的多样性，控制了城市集中供热的成本和可靠性；为了降低城市污染，CPCU城市集中供热网取代了许多单台或中小型的供热锅炉房。

CPCU公司在整个换热管网中，中途设置多个大型换热站，换热站优先利用三个废弃物焚烧厂提供的蒸汽。

2 国外大都市采暖供冷基本经验

2.1 提倡集中供热、热电联产，提高能源利用效率。

四市热电联产作四层分布:一是较大区域的热电联产,以一个热电厂为热源，向该区域的热用户供热;二是小区域的热电联产,比如东京新宿;三是一栋或者几栋楼宇的热电联产,采用分布式能源;四是家庭式的热电联产,由300瓦到几千瓦。从供热量看,区域供热占了较大比例，特别在巴黎和东京、大阪。国家颁布了区域供热的有关法律支持发展，区域性供热公司具有地区垄断权,并把它作为保证城市生活舒适度的基础设施。

2.2 改善能源结构，使用低碳能源。

四市采暖、供冷使用的能源主要是天然气和电力。但生物质能也不少，如垃圾填埋场的气体，沼气等。煤使用较少,而且不断被天然气替代。

2.3 提倡并推广CHP。

小型的分布式能源CHP，正在快速发展。在商业建筑、学校、医院、和居民方面的应用站点占了较大的比例。微型燃料电池CHP发展很快（包括小型化300W）.这种装置低负荷调节性能良好，整体效率可达70-90%，非常有发展潜力，特别适合用于大城市的中心城区居民和商业建筑。美、日等发达国家都在努力推进微型燃料电池CHP在居民和商业建筑中使用。

2.4 定期调研统计，掌握基础数据。

美国能源部对居民、商业建筑、工业、交通的能源消耗进行定期和不定期的长期抽样调查研究，作为最基础的数据库,作为制订法规的依据。统计的内容非常详尽,对统计结果再由专门机构进行评估。

3 上海采暖制冷基本情况

上海市属于一年四季分明的地区，居民区的采暖制冷设备.基本使分体式电力空调，而郊区企业集中区广泛采用热电联产，非居住高层建筑物开始应用小型热电联产—分布式供能。

3.1 居民采暖制冷情况

据上海市统计公报，迄2009年底全市共有居民户740万户,平均每户拥有1.98台空调,合计装机总量已超过1500万千瓦.少数高档住宅区采用集中空调或者燃气采暖。全市非居住建筑约2亿平方米,一般采用集中式电力空调,测算总装机容量将近2000万千瓦.少数采用燃气空调及新能源采暖。近年来,在少数公共建筑中开始采用分布式供能系统采暖制冷。

表5 上海空调装机统计

居民使用空调的特点是：

--用电负荷集中而年运行小时较低.2009年夏季家庭空调的用电负荷达到400万千瓦以上,连同集中空调的高峰电力负荷达到800万千瓦,占同期电力总负荷的40%,中、小学生放暑假的第一天，一般电力负荷会上涨30万千瓦。但是家用空调利用小时每年不超过1500小时。

--随着上海城市人口继续增加，城市化程度快速提高，家用空调装机容量仍然会以较快速度上升。

--生活的改善使居民追求较高的舒适度，所以，空调利用小时会不断增长。与此同步居民用电比重会持续上升。见表6。

表6 上海居民用电量统计表

3.2 热电联产情况

上海发展热电联产已有50年多年,以服务石化、钢铁、轻纺、造纸等行业的工业企业为主。至2007年底，全市已建成漕泾、吴泾、星火、青浦、高化、金山、宝山、外高桥等11个区域热电联产工程，热网覆盖面积达到155平方公里，供热量约 5734万GJ/年；发电装机容量202万千瓦，约占全市发电装机容量的14%。此外,全市另有不发电的集中供热企业4家，总共建成公共供热管网20个，覆盖了17个工业区。热电联产每年节约84万吨标煤。通过将小锅炉分散排放转为集中排放、集中治理，减少了污染物排放，对环境保护起到了积极的作用（见表7）。

表7 2007年现有热电联产企业主要节能环保实绩汇总表

同时，迄2009年底，在交通枢纽、医院、宾馆建设了分布式供能系统示范工程15个，本市开始形成了区域热电联产与分布式供能系统并举的局面。

但是，本市热电联产项目能源结构单一；推广缺乏行业指导，项目审批与管理脱节。新建工业园区的热电联产工程往往滞后于区内用热项目建设，错失了实施热电联产的先机,冒出了一批新建小锅炉。特别是热电联产项目的核准权在国家有关部门，手续办理时间过长，新建企业为及时投产，不得不新建小锅炉供热。全市现有小锅炉7854台，总容量达14521吨/小时,平均容量仅1.85吨/小时,其中大多是近5年建造的（见表8）。

表8 本市小锅炉现状统计表（2008年底）

本市热电联产市场的潜在需求容量很大。按照本市特点，本市已建和在建的工业园区和开发区合计41个，分布在13个区和1个县域中。其中，外环线以外的35个，中环和外环之间的4个，内环和中环之间的1个，内环以内1个（陆家嘴开发区）；按照园区内的重点行业分，属于化工、造纸等为重点的有3个，以印染、机械等行业为主的有27个，以电子、物流和金融等为重点的11个；按照原有热电联产的基础状况分，已建成热电联产、集中供热的园区有 11个，需要改、扩建;未建热电联产的30个,其中有14个亟需新建。如果完成“十二五”目标，区域性供热每年将节能135万吨标准煤，减排CO2347万吨，减排SO2135万吨。

4 借鉴国外城市采暖制冷低碳化经验，改善上海采暖制冷工作

洛杉矶、东京、大阪、巴黎4个城市的经济总量和人均GDP都远高于上海，城市发展已基本饱和，其采暖制冷的总量已经不会有大的增长，主要是内涵的提高。而我国正处于快速城市化过程之中，上海在“十二五”乃至更长时间内仍然处于快速发展阶段。据有关研究显示，2015年上海长住人口将达2150万，2020年将达2250万，采暖制冷需求将会同步发展，居民用能将呈刚性发展，采暖制冷需求甚至将可能高于GDP的增长。上海要从自身特点出发，充分借鉴国外成熟经验，研究采暖制冷规划工作。

4.1 科学分析国际同类城市采暖制冷经验，找准发展定位。

洛杉矶、东京、大阪、巴黎4个城市的采暖制冷已经普及，人均采暖制冷用能量较高，上海在学习借鉴这些城市经验的同时面临两难。一方面，有必要借鉴国外先进的用能技术、用能模式，提高能源利用效率，改善城市居民生活舒适度；另一方面，按照这4个城市的采暖制冷能耗水平，上海户均采暖制冷耗能水平将可能在目前水平上再增加2倍，这对资源环境的承受能力提出新的挑战。建议制订我国分地区新的采暖制冷标准，既考虑改善居民生活，又兼顾资源环境承载能力，倡导国内居民在秉承良好节能习惯的同时改善采暖制冷状况，借鉴国外先进能源技术应用和利用可再生能源及废弃资源的经验，平缓可能出现的过快增长。

4.2 以分散为主，适度兼顾集中，统筹规划城市采暖制冷。

长期以来，上海形成了绝大部分居民采用分散式电力空调采暖制冷的格局。由于目前城市道路都已基本建成，再建集中供热网管网将面临掘路、管位布局等一系列问题；同时，电力是一种高效、清洁、使用便捷的能源，比较容易普及，从长远看分散式电力空调在城市采暖制冷中仍将占主导地位。随着天然气在城市的普及，燃气空调等也将会有较大的发展。同时，结合工业区、开发区布局的热电联产，医院、宾馆等建设的分布式供能，在热网经济半径内遵循市场经济规律向周边企业供热（冷）同时，为周边居民提供相对经济的热（冷）供应，将成为城市采暖制冷的有效补充。

4.3 借鉴四市利用低碳能源替代高碳能源的经验，根据城市经济社会发展状况推进清洁、低碳能源在采暖制冷中的应用。

有三方面重点：一是加速天然气替代煤炭的过程。按照热电联产规划抓紧停用燃煤小锅炉，加快燃煤锅炉天然气替代，在具备改造条件的地区鼓励将集中供热煤锅炉改造为背压热电联供机组，在不增加能源消耗的同时采用热电联产提高能效，大幅度减少煤炭低效高污染直接使用。二是加快分布式供能的发展。上海虽然在全国发展分布式供能处于领先地位，但发展状况不甚理想。借鉴四市加速发展分布式供能在医院、宾馆、交通枢纽、大型商办楼等适用区域应用的经验，必须进一步突破障碍，尽快实施微型和小型燃机国产化，尽快公布实施分布式供能规划，加大推广力度，尽早形成规模效应。三是更加重视可再生能源在采暖制冷中的应用。上海在推广可再生能源上已有有力举措，如对于太阳能热利用的规定已经发布，同时应该借鉴四市经验，特别是日本经验，抓紧研究城市废弃资源循环利用于采暖制冷，包括垃圾和城市河道底泥的能源化利用；研究开发并试点示范家用燃料电池，以提高采暖制冷的无碳化程度。

4.4 加强采暖制冷技术攻关，做好统计等基础研究工作。

建议重点加强高效节能空调、建筑节能、地源热泵等采暖制冷技术研究，重点攻克电空调高效采暖，微型和小型燃机国产化等核心技术。同时，要下大力气推广建筑物门窗密闭性改造，力争大幅度提升采暖制冷能源利用率；加强城市采暖制冷的基础研究和数据积累，定期开展采暖制冷抽样调查，为决策提供可靠依据。