摘要:第五代區(qū)域供熱系統(tǒng),、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及智能控制技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了供熱網(wǎng)絡(luò)和連接用戶之間能量雙向交換的可能性，加之全球清潔能源利用發(fā)展的需要,，沿著供熱網(wǎng)絡(luò)將出現(xiàn)多個(gè)熱產(chǎn)消者,，其作為智慧熱網(wǎng)中的新實(shí)體,，生產(chǎn)、消費(fèi),、存儲(chǔ)并與其他熱網(wǎng)用戶共享能源,。研究發(fā)現(xiàn)，熱產(chǎn)消者經(jīng)過八年左右的發(fā)展,，渡過了初步認(rèn)識(shí),、試驗(yàn)探索及優(yōu)化管控三個(gè)階段，逐漸從理論研究過渡到示范應(yīng)用,。目前熱產(chǎn)者主要回收利用余熱及太陽(yáng)能熱參與熱能上網(wǎng),，其有助于提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低經(jīng)濟(jì)成本,、減少碳排放以及促進(jìn)清潔能源的使用,，可以從供給側(cè)與消費(fèi)側(cè)影響發(fā)展和布局中國(guó)的清潔供暖產(chǎn)業(yè)。研究揭示,，熱產(chǎn)消者已經(jīng)在北歐一些國(guó)家的清潔供暖系統(tǒng)中扮演著較重要的角色,，為助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和的目標(biāo)，中國(guó)應(yīng)高度重視熱產(chǎn)消者的成長(zhǎng)發(fā)展,，充分利用熱產(chǎn)消者環(huán)保屬性,，積極促進(jìn)熱電產(chǎn)消者有機(jī)結(jié)合，因地制宜對(duì)多種熱源形式進(jìn)行合理統(tǒng)籌,，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和清潔能源的最大化消納,。
作者簡(jiǎn)介：代春艷（1975-），女,，重慶永川人,，重慶市發(fā)展信息管理工程技術(shù)研究中心教授，重慶工商大學(xué)教授,，博士,。
一、引言
為了應(yīng)對(duì)氣候變化和全球變暖問題,，世界各國(guó)積極制定了碳中和目標(biāo)[1],。隨著各國(guó)對(duì)碳排放的關(guān)注增多,，能源系統(tǒng)正面臨著巨大變化。采暖和制冷占全球能源消耗的近一半,，碳排放占全球總排放的近四成,，且供暖占據(jù)主導(dǎo)地位[2]。中國(guó)供熱領(lǐng)域化石燃料排放占到總化石燃料燃燒排放的76%[3],，尤其是隨著南方地區(qū)供暖需求的爆發(fā)式增長(zhǎng),，中國(guó)供熱行業(yè)的碳排放將進(jìn)一步增加。中國(guó)也因此正在探索建立長(zhǎng)效,、可持續(xù)的清潔供暖運(yùn)行機(jī)制,。
區(qū)域供熱（又稱“集中供熱”）被認(rèn)為是滿足空間供暖和家庭熱水需求的更可靠、更高效和更環(huán)保的替代解決方案[4],，是實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)以及可再生能源整合的關(guān)鍵之一,。目前的第五代區(qū)域供熱系統(tǒng)將增強(qiáng)區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)和連接的用戶之間能量雙向交換的可能性[5-6]，這有利于能源資源的更有效利用,。同時(shí),，熱能的雙向交換意味著沿著區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)可以存在一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)消者（prosumer），它們消耗,、生產(chǎn),、存儲(chǔ)、銷售并與其他熱網(wǎng)用戶共享能源[7],。
“產(chǎn)消者”一詞最早由美國(guó)未來學(xué)家阿爾文·托夫勒于1980年創(chuàng)造,，指參與生產(chǎn)活動(dòng)的消費(fèi)者[8]。能源系統(tǒng)中的產(chǎn)消者被定義為以電或熱形式消耗和生產(chǎn)能源的組織或個(gè)人[9],。目前能源產(chǎn)消者主要是指電力產(chǎn)消者[10-12],，但近幾年供熱、制冷領(lǐng)域產(chǎn)消者的數(shù)量及相關(guān)研究日益增多[7,13],，同時(shí)熱電雙供產(chǎn)消者[14]也逐漸興起,。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，熱產(chǎn)消者主要通過回收利用余熱以及使用太陽(yáng)能集熱器的方式參與熱能上網(wǎng),。
熱產(chǎn)消者引入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)能提高供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率[15-17],，降低經(jīng)濟(jì)成本和減少碳排放[18-19]，同時(shí)促進(jìn)清潔能源的使用[20-21],，這對(duì)中國(guó)從供熱領(lǐng)域推進(jìn)碳中和進(jìn)程具有一定的借鑒意義,。那么熱產(chǎn)消者是如何引入供熱系統(tǒng)的，其發(fā)展到了什么程度,？其對(duì)能源,、經(jīng)濟(jì)和“雙碳”目標(biāo)具體會(huì)造成什么影響？以及對(duì)中國(guó)的清潔供暖發(fā)展有著什么樣的啟示,？這些是本文要討論的主要問題,。
二,、熱產(chǎn)消者的發(fā)展歷程
（一）熱產(chǎn)消者的產(chǎn)生背景
根據(jù)最新的立法和政策，世界各國(guó)在碳排放方面必須達(dá)到新的目標(biāo),，歐盟,、中國(guó)、美國(guó)先后承諾到2030年溫室氣體減排60%（相比1990年）,，減排65%以上（相比2005年）,，減少50%（相比2005年）。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),，要實(shí)施的戰(zhàn)略之一是提高能源系統(tǒng)的效率,，同時(shí)通過充分利用可再生能源，實(shí)現(xiàn)清潔能源的最大化消納,。在這種情況下,，供熱系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。事實(shí)上,，供熱是全球最大的終端能源消費(fèi)領(lǐng)域。國(guó)際能源署數(shù)據(jù)顯示,，2018年供熱占全球終端能耗的50%,，占全球二氧化碳排放的40%，其中熱力消費(fèi)用于建筑物房屋（含空間采暖,、熱水供應(yīng)和烹飪）占比約40%,。傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)建立在大型集中燃燒廠或利用工業(yè)余熱源的基礎(chǔ)上，其特點(diǎn)是容量大,、溫度高且碳排放多,。因此，為了應(yīng)對(duì)氣候變化以及現(xiàn)代供熱系統(tǒng)不斷增加的熱負(fù)荷,，需要進(jìn)一步對(duì)能源消耗進(jìn)行優(yōu)化控制,。
區(qū)域供熱尤其是低溫供熱系統(tǒng)在這方面發(fā)揮了重要作用。隨著第四代[22]乃至第五代[5]區(qū)域供熱系統(tǒng)的發(fā)展,，管道中低溫載液成為可能,，從第一代和第二代的高于100℃到第五代溫度可以由熱交換器控制在15℃~25℃范圍內(nèi)，最大程度上避免了熱網(wǎng)沿線的熱量損失[23-24],。同時(shí),，低溫供熱系統(tǒng)與正在應(yīng)用的智能控制系統(tǒng)相結(jié)合一方面促進(jìn)了供熱網(wǎng)絡(luò)向智能熱網(wǎng)[25]轉(zhuǎn)換，智能熱網(wǎng)不僅能夠執(zhí)行與傳統(tǒng)熱網(wǎng)相同的功能,，而且能更好地利用分布式的,、間歇性的清潔熱能資源，如太陽(yáng)能,、余熱,、地?zé)峒吧镔|(zhì)能等,，并通過高效的資源利用和智能管理實(shí)現(xiàn)在需要時(shí)提供所需的能源；另一方面增強(qiáng)了區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)和連接用戶之間雙向能量交換的可能性,，由于在終端用戶處安裝了分布式供熱系統(tǒng),，使得熱力的雙向流動(dòng)成為可能，從而使終端用戶既可以作為消費(fèi)者,，也可以成為生產(chǎn)者,。于是，在區(qū)域供熱領(lǐng)域,，一種新的角色產(chǎn)生,，即所謂的產(chǎn)消者。特別地,，在2014年前后,，瑞典和芬蘭等國(guó)開放了它們的區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)，這為熱產(chǎn)消者作為分布式熱源參與熱能上網(wǎng)提供了機(jī)會(huì)[26-27],。
因此,，隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與智能控制技術(shù)的發(fā)展和全球清潔能源利用發(fā)展的需要，為在供熱系統(tǒng)中自行生產(chǎn)和消費(fèi)熱能,，并將多余熱能上網(wǎng)出售的熱產(chǎn)消者出現(xiàn)創(chuàng)造了條件,。
（二）熱產(chǎn)消者的發(fā)展階段
經(jīng)過近幾年的發(fā)展，熱產(chǎn)消者已經(jīng)逐漸在全球（尤其是北歐各國(guó)）成為供熱系統(tǒng)的新參與者之一,，其發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了三個(gè)階段,。
1.初步認(rèn)識(shí)階段（2014—2016年）。該階段主要分析熱產(chǎn)消者引入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)的可行性以及可能遇到的技術(shù)問題,。研究熱產(chǎn)消者比較早的是瑞典學(xué)者Brand[28],，2014年其通過計(jì)算機(jī)程序NetSim模擬了小型太陽(yáng)能集熱器和熱泵引入?yún)^(qū)域供熱管網(wǎng)對(duì)技術(shù)參數(shù)（供應(yīng)溫度、流速和壓差等）的影響,，結(jié)果表明,，雖然來自熱產(chǎn)消者的供水溫度通常低于典型的供水溫度易造成壓差不同，但引入熱產(chǎn)消者是可行的,，他的研究為引入熱產(chǎn)消者奠定了認(rèn)識(shí)論基礎(chǔ),。
2.試驗(yàn)探索階段（2016—2020年）。該階段主要分析熱產(chǎn)消者的可持續(xù)性及對(duì)能源,、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境發(fā)展的影響,。為了研究熱產(chǎn)消者對(duì)能源及環(huán)境的影響，Hanne 等(2018)[29]以挪威為例,，運(yùn)用動(dòng)態(tài)建模技術(shù)研究熱產(chǎn)消者對(duì)能源及環(huán)境的影響,，發(fā)現(xiàn)利用局部余熱是降低區(qū)域供熱系統(tǒng)需熱量和環(huán)境影響的重要措施，并由于輸送熱量的距離較短,，分布式供熱還有助于減少熱損失,；而Brange等(2016)[20]則以瑞典Hyllie地區(qū)為例,，指出余熱回收的潛力相當(dāng)大，約占年熱量需求的50%~120%,，余熱的溫度需要用熱泵提高,，因此電力來源是熱產(chǎn)消者對(duì)環(huán)境影響的決定影響因素之一。Postnikov等[30-33]在2016-2020年基于隨機(jī)過程理論,、液壓回路理論和熱電聯(lián)產(chǎn)基本定律等理論探討了產(chǎn)消者參與區(qū)域供熱系統(tǒng)的可靠性與可持續(xù)性問題,，提出了一個(gè)雙層模型以確定區(qū)域熱源負(fù)荷與產(chǎn)消者自有熱源負(fù)荷之間的最優(yōu)平衡，指出了區(qū)域和分布式熱源的聯(lián)合運(yùn)營(yíng)方法,，并通過算例分析表明熱產(chǎn)消者模式具備一定的潛在經(jīng)濟(jì)效益,。
3.優(yōu)化管控階段（2019—今）。這一階段主要研究如何更好地優(yōu)化帶有熱產(chǎn)消者的供熱系統(tǒng),，通過對(duì)其進(jìn)行管理與控制,，最大程度提高能效以及環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益。Maria等（2021）[7]通過9種不同情境對(duì)比分析了區(qū)域供熱系統(tǒng)中熱產(chǎn)消者位置的最佳分配方式,，且證明了可以通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的最佳液壓平衡來實(shí)現(xiàn)最大程度降低所需熱泵功率,。Nord等（2021）[34]開發(fā)了以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的模擬區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)的模型，以便更好地表示區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)中熱產(chǎn)消者在水力和熱力方面的情況,，發(fā)現(xiàn)變速泵可以解決由于熱產(chǎn)消者供給到熱網(wǎng)的可再生熱量比例增加導(dǎo)致附近換熱站的壓力失衡問題,，并可節(jié)省34%的電力，降低14%的熱損,；王小元等（2020）[35-36]構(gòu)建的基于CO2熱泵的產(chǎn)消型數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)的熱功率比為5.70（制冷熱功率比為2.83，加熱熱功率比為2.87）,，總功耗約為常規(guī)系統(tǒng)的一半（52.86%）,，能效是常規(guī)系統(tǒng)的3.87倍，有效實(shí)現(xiàn)了電能的高效利用,。
綜上,，先后有學(xué)者對(duì)熱產(chǎn)消者引入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)的技術(shù)問題，對(duì)能源,、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響以及是否具備可靠性進(jìn)行了分析,，并正在探討如何進(jìn)一步優(yōu)化管理與控制，表明熱產(chǎn)消者正逐漸得到更多的關(guān)注,，并逐漸從理論研究階段過渡到示范應(yīng)用階段,。
三、熱產(chǎn)消者的主要類型
未來的區(qū)域供熱和制冷會(huì)轉(zhuǎn)型成為一個(gè)完全使用清潔能源的系統(tǒng),。根據(jù)利用熱源的不同,，可將熱產(chǎn)消者分成不同的類型，本部分主要分析目前應(yīng)用較多的利用余熱和使用太陽(yáng)能集熱器參與熱能上網(wǎng)這兩類熱產(chǎn)消者的情況,。
（一）利用余熱的熱產(chǎn)消者
回收可再生能源和廢物能源應(yīng)對(duì)氣候變化是有必要的,。利用余熱的熱產(chǎn)消者指擁有大型制冷機(jī)和制冷設(shè)施的建筑物,，它們?cè)谳^低的環(huán)境溫度下需要熱量，而在其他情況下供給剩余熱量[37],。目前利用工業(yè)余熱源供熱已經(jīng)較為成熟,，尤其是在中歐[38]。但是這樣的余熱源通常位于城市之外,，需要高的熱需求密度,，以證明熱分配系統(tǒng)所需的投資是合理的[29]。因此,，近年來利用城市內(nèi)建筑物的余熱開始迅速發(fā)展,。城市環(huán)境中存在的潛在余熱供應(yīng)商包括數(shù)據(jù)中心、辦公樓,、超市及醫(yī)院等,，理論上任何產(chǎn)生余熱的建筑都可以成為熱產(chǎn)消者，其作為分布式熱源中心參與熱網(wǎng)供熱[37],。
區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)幾乎能夠?qū)崃繌娜魏螣嵩磦鬏數(shù)浇ㄖ?，減少對(duì)天然氣和煤炭等其他能源的需求。比如瑞典馬爾默在建地區(qū)存在的潛在產(chǎn)消者“超市和一個(gè)室內(nèi)溜冰場(chǎng)”可以滿足該地區(qū)的全部供熱需求[20],；挪威Trondheim本地電網(wǎng)整合兩個(gè)零售商店和一個(gè)數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)中每個(gè)產(chǎn)消者都有不同的位置和不同的供熱特點(diǎn),，且本地就近供熱有助于減少區(qū)域供熱供應(yīng)商使用污染更嚴(yán)重的峰值熱源[29]。這些小規(guī)模熱源在供熱系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,，但目前的應(yīng)用較少,。
數(shù)據(jù)中心的余熱回收是目前研究及利用余熱的主要方向。數(shù)據(jù)中心就如同一個(gè)巨大的電加熱器,，由電力供應(yīng)產(chǎn)生余熱作為副產(chǎn)品,，產(chǎn)生的熱量與區(qū)域供熱系統(tǒng)成為一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)熱量循環(huán)和最小的熱量損失,。2018年全球數(shù)據(jù)中心消耗了電力供應(yīng)的1%左右[39],，同時(shí)數(shù)據(jù)中心的能源消耗正以每年15%~20%的速度增長(zhǎng)[40]，越來越多的數(shù)據(jù)中心促使人們?cè)谄涓浇脑O(shè)施中利用這些余熱,。通過對(duì)芬蘭[41]及其他北歐國(guó)家[13-14]的案例研究發(fā)現(xiàn),，數(shù)據(jù)中心的余熱作為清潔能源發(fā)展正得到大規(guī)模運(yùn)用，約68%的余熱可以回收[42],。余熱回收用于建筑供暖能促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，發(fā)揮產(chǎn)消者在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的作用，在一定程度上成為企業(yè)業(yè)務(wù)流程變革的積極驅(qū)動(dòng)力,。
由于冷卻溫度較低,，數(shù)據(jù)中心的余熱等級(jí)通常較低，這是其大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙[42]。但隨著熱泵和其他許多低溫?zé)?、低品位熱的發(fā)展,，利用數(shù)據(jù)中心的余熱逐漸變得容易。比如,，對(duì)中國(guó)哈爾濱某數(shù)據(jù)中心的一種新型熱回收系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)不僅能夠回收余熱,，還能夠在二級(jí)建筑（如公寓、辦公室,、健身中心等）的空間冷卻和加熱之間轉(zhuǎn)換[12],；同時(shí)基于CO2熱泵的產(chǎn)消型數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)可有效削減冷負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)制冷電耗的降低,，CO2作為余熱回收用熱泵的工作介質(zhì),，可降低全年冷負(fù)荷108 MWh，節(jié)約制冷電耗167 MWh,，能夠提高系統(tǒng)緊湊性與環(huán)境友好性[35-36],。這些研究結(jié)論意味著數(shù)據(jù)中心可以作為能源消費(fèi)者和生產(chǎn)者積極參與地區(qū)能源代謝。
在中國(guó),，受新基建,、5G、人工智能,、大數(shù)據(jù),、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展以及在邊緣計(jì)算,、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),、超高清視頻、VR/AR等場(chǎng)景應(yīng)用的推動(dòng),，數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模數(shù)量呈現(xiàn)平穩(wěn)增長(zhǎng),。中國(guó)IDC發(fā)布的《2020—2021年中國(guó)IDC行業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，截至2020年,，中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到2 239億元，同比增長(zhǎng)43.3%,，連續(xù)第九年增速超過20%,。因此，回收數(shù)據(jù)中心的余熱用于中國(guó)清潔供熱具有較大市場(chǎng),，讓數(shù)據(jù)中心作為產(chǎn)消者有助于企業(yè)乃至國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),。
（二）利用太陽(yáng)能的熱產(chǎn)消者
太陽(yáng)能供熱是低溫區(qū)域供熱系統(tǒng)和未來智慧熱網(wǎng)的一個(gè)有前途的選擇。利用太陽(yáng)能的熱產(chǎn)消者指在屋頂安裝太陽(yáng)能集熱器的建筑單元,，其在供熱系統(tǒng)與集中或多個(gè)分散位置相連的用戶端處會(huì)有能量輸入（即生產(chǎn)）和提?。聪模┈F(xiàn)象[43]。產(chǎn)消者裝置與現(xiàn)有的區(qū)域供熱系統(tǒng)相連接,，產(chǎn)生的熱量在區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)中比在單個(gè)供熱裝置中更容易利用,，因?yàn)楹笳咝∫?guī)模分散的用戶自備供熱方式與區(qū)域供熱規(guī)模經(jīng)濟(jì)不相適應(yīng)[44],。
Brand等（2014）[28]的研究表明引入利用太陽(yáng)能的熱產(chǎn)消者進(jìn)入?yún)^(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)是可行的。而將德國(guó)南部地區(qū)Ludwigsburg-Sonnenberg的區(qū)域供熱系統(tǒng)擴(kuò)展到包括太陽(yáng)能集熱器的分布式供熱,，發(fā)現(xiàn)熱網(wǎng)可以作為一個(gè)自主的微網(wǎng)運(yùn)行[45],，并且基于產(chǎn)消者的區(qū)域供熱系統(tǒng)性能往往優(yōu)于獨(dú)立供熱系統(tǒng)，小區(qū)規(guī)模,、建筑物改造階段和系統(tǒng)配置等參數(shù)對(duì)區(qū)域供熱系統(tǒng)性能有影響,，最重要的參數(shù)在于選擇適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)容量與太陽(yáng)能集熱器面積比，較小的地區(qū)和有翻新建筑的地區(qū)尤其受益于區(qū)域供熱系統(tǒng)解決方案,，該方案的最大太陽(yáng)能利用率為63%[46-47],。但這類熱產(chǎn)消者的一個(gè)缺點(diǎn)是夏季供給和冬季需求不匹配問題，為了延長(zhǎng)剩余熱量的利用,，需要在供熱系統(tǒng)中使用蓄熱罐進(jìn)行熱能儲(chǔ)存[48],，以克服夏季太陽(yáng)能供應(yīng)和冬季占主導(dǎo)地位的供暖負(fù)荷之間的季節(jié)差異等問題。
通過太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)熱并運(yùn)用到區(qū)域供熱系統(tǒng)已經(jīng)在歐洲得到快速發(fā)展[49],。第一個(gè)采用平板太陽(yáng)能集熱器并與現(xiàn)有的區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)相連的國(guó)家丹麥,，目前是世界上太陽(yáng)能集熱器安裝面積最大、運(yùn)行太陽(yáng)能區(qū)域供熱項(xiàng)目最多的國(guó)家[50],；德國(guó)2020年區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)的大型太陽(yáng)能集熱器的產(chǎn)量增長(zhǎng)了41％,，預(yù)計(jì)到2025年集熱器輸出功率將增加三倍，達(dá)到210兆瓦以上[51],。而中國(guó)2014年太陽(yáng)能集熱器裝置用于空間供暖不到0.4%,，遠(yuǎn)低于歐洲，大多數(shù)太陽(yáng)能集熱器在農(nóng)村地區(qū)用作單體熱水器來生產(chǎn)生活熱水[52],。因此,，隨著蓄熱技術(shù)、系統(tǒng)安全性技術(shù)的成熟和經(jīng)驗(yàn)的積累,，以及清潔供暖的需要,，中國(guó)大規(guī)模利用太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)熱并入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)具有可行性和必要性，可以從農(nóng)村,、人口密度低的地方率先大規(guī)模發(fā)展,。
四、熱產(chǎn)消者對(duì)能源,、經(jīng)濟(jì)和“雙碳”目標(biāo)的影響
熱產(chǎn)消者引入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)將產(chǎn)生一定的影響,，本部分以利用余熱和太陽(yáng)能的產(chǎn)消者為例分析其對(duì)能源、經(jīng)濟(jì)和“雙碳”目標(biāo)的影響,。
（一）對(duì)能源系統(tǒng)的影響
熱產(chǎn)消者利用清潔能源產(chǎn)生的熱能集成到現(xiàn)有的區(qū)域供熱系統(tǒng)中,，對(duì)主要由化石熱電廠供熱的區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)是有利的，熱電聯(lián)產(chǎn)和純熱鍋爐的運(yùn)行時(shí)間將大大縮短，進(jìn)一步減少熱損失和區(qū)域供熱系統(tǒng)對(duì)化石燃料的依賴,，帶有熱產(chǎn)消者的一個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)可以提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性,，提高供熱系統(tǒng)的整體效率。
具體來講,，數(shù)據(jù)中心作為能源產(chǎn)消者,，數(shù)據(jù)中心的廢熱可以通過多種方式與其周圍地區(qū)能源系統(tǒng)相互作用，以提高整體能源效率,。比如以熱水的形式將回收的余熱回饋到熱網(wǎng)中進(jìn)行空間供暖等應(yīng)用,，可以使數(shù)據(jù)中心的電源使用效率提高約10％[53]；瑞典斯德哥爾摩數(shù)據(jù)公園項(xiàng)目計(jì)劃到2035年滿足該市全部供熱需求的10%,。另外,，太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)生的熱能超過單戶住宅用于空間供暖和生活熱水的能源需求，有多余的熱量供給熱網(wǎng),，連接系統(tǒng)時(shí),，產(chǎn)消者可以將其作為蓄熱器，年總熱能產(chǎn)量約為單獨(dú)配置時(shí)年產(chǎn)量的4倍[54],，將滿足高達(dá)25%的年熱需求[47],。同時(shí)將大型太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)整合到現(xiàn)有的區(qū)域供熱系統(tǒng)更有助于靈活的應(yīng)對(duì)未來市場(chǎng)價(jià)格的變化[55]。這將在一定程度上減少年熱損失,，但為了提高這種能源系統(tǒng)效率,，需要更好地操作和控制帶有產(chǎn)消者的供熱網(wǎng)絡(luò)。
（二）對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響
產(chǎn)消者引入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)中既能降低供熱成本,，同時(shí)也能帶來一些經(jīng)濟(jì)收益,，特別是對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)用電供暖的居民，成為熱產(chǎn)消者,，可以降低更多費(fèi)用,。比如，在帶有儲(chǔ)熱裝置的小型生物質(zhì)區(qū)域供熱鍋爐以及帶有太陽(yáng)能集熱器或本地安裝熱泵的產(chǎn)消者村莊中,，發(fā)現(xiàn)季節(jié)性儲(chǔ)熱和本地產(chǎn)消者的整合可以使生物質(zhì)能區(qū)域供熱鍋爐的運(yùn)行更加順暢,，并帶來更多的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[56]；在英國(guó)倫敦通過利用數(shù)據(jù)中心的余熱每年節(jié)省近100萬(wàn)英鎊[10],；中國(guó)哈爾濱某數(shù)據(jù)中心的一種新型熱回收系統(tǒng)總運(yùn)行成本比空氣源熱泵低45.83萬(wàn)元[12],；基于CO2熱泵的產(chǎn)消型數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)為建筑供熱290 MWh獲得年收益4.23萬(wàn)元[35]；優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)消者余熱能源回收系統(tǒng)帶來的年純利潤(rùn)約為傳統(tǒng)系統(tǒng)的190.34％,，通過地源熱泵將上游電源供應(yīng)商和下游熱用戶耦合在一起，專業(yè)熱產(chǎn)消者系統(tǒng)將有助于靈活有效地利用低溫余熱[36],。這些例子都證明了熱產(chǎn)消者在能源系統(tǒng)中將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益,。
除此之外，如果采用“熱凈計(jì)量（thermal net metering）”定價(jià)方案，使用與現(xiàn)有電網(wǎng)凈計(jì)量相同的機(jī)制,，即超出產(chǎn)消者年度能源需求的額外上網(wǎng)能量可作為下一年的用能額度,，熱產(chǎn)消者將區(qū)域供熱系統(tǒng)作為產(chǎn)生但不立即使用的熱能的虛擬存儲(chǔ)庫(kù)，方便以后使用,。在瑞典已經(jīng)存在的熱凈計(jì)量系統(tǒng)中,，輸入到區(qū)域供熱系統(tǒng)的熱能價(jià)格是從區(qū)域供熱系統(tǒng)購(gòu)買成本的25%[57]。意大利市場(chǎng)擬采用出售能源/購(gòu)買能源費(fèi)用比率為0.45,，在這種情況下,，具有凈計(jì)量配置的系統(tǒng)相對(duì)于無(wú)太陽(yáng)能系統(tǒng)的被動(dòng)用戶減少約60%的供熱費(fèi)用，并且相對(duì)于獨(dú)立太陽(yáng)能系統(tǒng)配置減少約44%的費(fèi)用[58],。通過熱凈計(jì)量管理,，公用事業(yè)公司可以將產(chǎn)消者提供的熱能分配給整個(gè)系統(tǒng)，供熱系統(tǒng)所代表的能源和經(jīng)濟(jì)效益將得到進(jìn)一步增強(qiáng),。
（三）對(duì)雙碳目標(biāo)的影響
中國(guó)承諾到2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。根據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心的估算,，中國(guó)建筑運(yùn)行能源消耗造成的碳排放占全國(guó)16.4%左右,，因此，清潔供暖產(chǎn)業(yè)是中國(guó)綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的重要組成部分,，加快布局和發(fā)展清潔供暖產(chǎn)業(yè)是中國(guó)達(dá)成“雙碳”目標(biāo)的重要措施之一,。
熱產(chǎn)消者作為清潔供暖中的新角色，有助于抓住南方地區(qū)供暖需求和鄉(xiāng)村振興機(jī)遇,，為供應(yīng)側(cè)減少碳排放發(fā)揮重要作用,。一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來越高,，南方夏熱冬冷地區(qū)的供暖訴求強(qiáng)烈，但由于可能會(huì)造成能耗大幅提升與大量設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間閑置帶來巨大的財(cái)政和能源壓力問題,，南方地區(qū)不適合開展大范圍集中供熱,，因此發(fā)揮熱產(chǎn)消者的分布式屬性有助于推動(dòng)分散、局部集中的清潔供暖發(fā)展,。另一方面,，農(nóng)村地區(qū)取暖呈現(xiàn)傳統(tǒng)能源與現(xiàn)代能源并存的格局，政府部門的高額補(bǔ)貼和農(nóng)戶的難以負(fù)擔(dān)造成經(jīng)濟(jì)壓力,，在完成清潔供暖改造的地方也容易出現(xiàn)“返煤”現(xiàn)象,，通過熱產(chǎn)消者模式，有助于因地制宜對(duì)多種能源形式進(jìn)行合理統(tǒng)籌,，促進(jìn)整個(gè)農(nóng)村地區(qū)供暖體系全面清潔高效升級(jí),。
同時(shí)在消費(fèi)側(cè),，各種建筑設(shè)施成為熱產(chǎn)消者以后，能提升用戶側(cè)的建筑能效,，進(jìn)一步促進(jìn)綠色環(huán)保建筑乃至零能耗建筑的發(fā)展,，且本地就近供熱有助于減少使用污染更嚴(yán)重的峰值熱源，由于對(duì)輸送熱量的需求降低及區(qū)域熱網(wǎng)（包括當(dāng)?shù)胤稚⒌墓嵘蹋┱w較低的熱傳輸距離導(dǎo)致的熱損降低也將減少碳排放,。因此,，熱產(chǎn)消者將促進(jìn)清潔供暖產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)以清潔供暖助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo),。
五,、研究結(jié)論及啟示
本文研究發(fā)現(xiàn)，熱產(chǎn)消者提高了供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率及能源利用效率,，降低了經(jīng)濟(jì)成本和減少了碳排放,，促進(jìn)了清潔能源的使用，已經(jīng)在北歐一些國(guó)家的清潔供暖中扮演較重要的角色,。同時(shí)通過產(chǎn)消者思想,，可以將新的系統(tǒng)配置與分散在多個(gè)位置的不同熱源結(jié)合起來，讓所有不同的發(fā)展因素都在可持續(xù)的區(qū)域供熱系統(tǒng)中得到最佳的整合和管理,。這將有助于世界各國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),。
通過分析熱產(chǎn)消者的發(fā)展以及其對(duì)能源、經(jīng)濟(jì)和雙碳目標(biāo)的影響發(fā)現(xiàn),，產(chǎn)消者是智慧熱網(wǎng)中的新實(shí)體,，生產(chǎn)、消費(fèi),、存儲(chǔ)及與熱網(wǎng)中的其他用戶共享能源,。通過創(chuàng)新、價(jià)值再造及資源整合,，熱產(chǎn)消者有助于實(shí)現(xiàn)有效和可持續(xù)的能源共享進(jìn)程,，在今后的能源系統(tǒng)中將和電力產(chǎn)消者一樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。熱產(chǎn)消者的發(fā)展對(duì)中國(guó)從供熱領(lǐng)域推進(jìn)碳中和進(jìn)程有如下啟示,。
第一,，高度重視熱產(chǎn)消者成長(zhǎng)發(fā)展。一方面產(chǎn)消者已經(jīng)深刻影響能源系統(tǒng)的發(fā)展,，這一點(diǎn)在電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到證明,，為了助力中國(guó)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，進(jìn)一步發(fā)展擁有分布式熱源的熱產(chǎn)消者有助于集中供熱系統(tǒng)對(duì)能源資源的更有效利用,。另一方面利用熱產(chǎn)消者可以更好實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ),、冷熱聯(lián)供，有效提高能源系統(tǒng)韌性,，保障能源安全,。因此,，需要高度重視熱產(chǎn)消者的發(fā)展，從政策層面引導(dǎo),，促進(jìn)熱產(chǎn)消者數(shù)量增長(zhǎng)，積極探索熱產(chǎn)銷者進(jìn)入市場(chǎng)的政策,、機(jī)制和商業(yè)模式,，發(fā)展熱產(chǎn)消者經(jīng)濟(jì)。
第二,，充分利用熱產(chǎn)消者環(huán)保屬性,。不論是利用余熱還是太陽(yáng)能集熱器，通過能源轉(zhuǎn)化過程之間的協(xié)同作用,，都能在一定程度上降低碳排放,，因此可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的市場(chǎng)機(jī)制，提升熱產(chǎn)消者的參與熱情以及吸引更多的潛在產(chǎn)消者參與進(jìn)來,，將熱產(chǎn)消者的環(huán)保屬性最大化利用,。比如對(duì)來自不同分布式熱源的回收熱量進(jìn)行差異化定價(jià)，對(duì)相應(yīng)的建筑單元授予不同等級(jí)的樓宇能效證書以在交易時(shí)形成環(huán)保增值,，通過熱凈計(jì)量對(duì)上網(wǎng)熱能進(jìn)行規(guī)范化管理,，以及允許其參與到碳交易市場(chǎng)中來。
第三,，積極促進(jìn)熱電產(chǎn)消者有機(jī)結(jié)合,。智慧區(qū)域供熱系統(tǒng)的熱產(chǎn)消者在供熱領(lǐng)域回應(yīng)了分布式發(fā)電的產(chǎn)消者與電網(wǎng)之間的能量交換概念，這一概念已在電力領(lǐng)域廣為運(yùn)用,。但熱,、電產(chǎn)消者并不是相互獨(dú)立的概念，通過區(qū)域供熱可以在一定程度減少電負(fù)荷需求,，促進(jìn)電力用于其他需要高質(zhì)量能源的用途,，如運(yùn)輸。因此可以通過產(chǎn)消者發(fā)揮中介屬性促進(jìn)中國(guó)的熱力市場(chǎng)與電力市場(chǎng)在一定程度進(jìn)行融合,，比如對(duì)多余熱量上網(wǎng)的用戶給予其一定比例的電價(jià)補(bǔ)貼,，進(jìn)一步統(tǒng)一熱電計(jì)量方式，促進(jìn)能源的高效利用和清潔能源的最大化消納,。
未來可以進(jìn)一步研究向不同熱源（如地?zé)幔┲幸霟岙a(chǎn)消者模式,，通過智能管理地方微觀規(guī)模的能源系統(tǒng)，在以某種或某幾種地方性特色能源為基礎(chǔ)的區(qū)域供熱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ),，進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)消者在區(qū)域供熱系統(tǒng)的作用,。但在研究帶有產(chǎn)消者的智慧熱網(wǎng)時(shí)，必須用一種涵蓋能源,、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的整體視角,，研究熱產(chǎn)消者引入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)更進(jìn)一步的管理和控制優(yōu)化方法,，確保熱網(wǎng)平穩(wěn)、健康,、綠色,、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行,。
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