導語：“碳達峰”“碳中和”的背景下，中國風、光等可再生能源發(fā)電并網(wǎng)規(guī)模持續(xù)高速增長，通過熱電協(xié)同技術和機制，一方面可以有效地提升可再生能源消納空間，另外一方面也為可再生能源供熱提供了更加靈活的技術形式，為整個電力系統(tǒng)提供更高的靈活性和可靠性。

中國北方許多地區(qū)風光資源豐富，“三北”（西北、東北、華北）地區(qū)風電和光伏發(fā)電裝機增長迅猛，但是也面臨著本地消納能力不足、風光波動性影響電網(wǎng)安全運行的問題，同時風光電力外送也受到省間壁壘、外送通道容量、通道剛性運行要求的約束，棄風棄光的現(xiàn)象比較嚴重。

尤其是在冬季，熱電機組調(diào)峰能力受限而風電大發(fā)的事情，矛盾更加嚴重。面對冬季霧霾天氣等環(huán)境因素對人民生活影響，在能源結構調(diào)整的背景下，中國北方地區(qū)冬季供暖面臨著調(diào)整熱源結構和保障供熱民生的雙重壓力。

北歐提出的第四代區(qū)域供熱理念，構建清潔的分布式智能能源網(wǎng)。從熱源結構上，充分利用可再生能源，完全摒棄化石燃料；從用戶角度，其分布式可再生能源系統(tǒng)產(chǎn)生的能源可以并入?yún)^(qū)域供熱網(wǎng)，從熱力公司向用戶的單向供熱轉為根據(jù)用戶需求的雙向互動選擇；采用低溫區(qū)域供熱系統(tǒng)，供水溫度在50～60℃，以提高能源效率和靈活性。

熱電聯(lián)產(chǎn)、熱泵技術、電鍋爐、儲熱、需求側響應等熱電協(xié)同技術是其重要組成部分。相較于熱力，電力具有傳輸距離長、損耗小的優(yōu)勢，但是也有瞬時平衡、不宜儲存的缺點。將電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)相融合、熱電系統(tǒng)聯(lián)動，可以綜合二者優(yōu)勢，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的資源優(yōu)化配置。

熱電協(xié)同可以幫助熱力系統(tǒng)改善熱源結構，降低化石能源在熱源結構中的比例，同時也可以提高區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)中本地電力消納水平，在冬季供暖期為電力系統(tǒng)提供更多的靈活性設備，有效提高可再生能源利用比例。

｜集中式供熱｜

在集中供熱系統(tǒng)中，熱電聯(lián)產(chǎn)機組可以作為熱電協(xié)同的關鍵性組件，實現(xiàn)2個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行。通過在熱電聯(lián)產(chǎn)機組的產(chǎn)熱回路中加入熱泵、儲水罐等設備，調(diào)節(jié)熱電聯(lián)產(chǎn)機組在保證其高效工況下產(chǎn)熱量和電量比例調(diào)節(jié)的靈活性，以實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)機組在電力系統(tǒng)中的調(diào)峰容量不受供熱干擾，同時不影響整個機組的能量轉換效率和機組設備的運行壽命。

電力負荷低谷期，電壓縮式熱泵消耗過剩電，制取低溫水與高溫水，分別儲存在蓄熱罐中；而在電負荷高峰期時，釋放高溫水用于替代部分供熱量，減少機組抽汽量，增加高峰發(fā)電能力。通過這些手段電廠發(fā)電調(diào)節(jié)范圍可增至50%～90%，同時可以更好地回收電廠余熱。

｜分布式供熱｜

在一些熱力用戶相對分散的地區(qū)，集中供熱的管路熱損耗大、供熱效果不好，通過分散供熱，可以有效地減少小型采暖鍋爐的應用，控制空氣污染。

通過各種類型的熱泵技術替代小型采暖鍋爐，一方面增加了本地電力需求，可在供熱領域消納更多的可再生能源電力（風電、光伏）；另一方面，以分布式熱泵作為熱電協(xié)同的關鍵性組件，結合分布式儲熱或儲能設備，可以幫助分布式光伏和分散式風電更好地實現(xiàn)小范圍的能源利用平衡。

通過在北方地區(qū)試驗，低溫空氣源熱泵等熱泵技術單位面積采暖電耗為18～40kWh/m2，與其他化石能源供熱相比，成本相對較高。但考慮大氣污染控制、散煤替代等方面的制約因素日益提高，淺層地溫能熱泵技術、空氣源熱泵技術已成為北方地區(qū)農(nóng)村清潔供暖的重要技術手段。

儲熱式電鍋爐將用電低谷時段的電力轉換為熱力，能有效增加低谷時段的電力消納能力，緩解電力系統(tǒng)中可再生能源比例不斷上升帶來的挑戰(zhàn)。在棄風嚴重的“三北”地區(qū)，電鍋爐供熱的應用規(guī)模都在不斷增加，相關的政策機制也在探索中。

張家口市探索建立了“政府、電網(wǎng)、發(fā)電企業(yè)、用戶”的四方協(xié)作機制，通過政府補貼、降低電網(wǎng)輸配電價和利用用電低谷時段供暖的方式，實現(xiàn)用戶供暖電價為0.15元/kWh左右，2017年底前實現(xiàn)500萬m2的電供暖。

｜熱電協(xié)同項目｜

2022年冬季奧運會的舉辦地崇禮，為實現(xiàn)“綠色低碳奧運”的目標，通過熱電協(xié)同的理念，建立以清潔低碳可再生能源為基礎的電力和熱力系統(tǒng)。

規(guī)劃以比賽場館附近的風電和光伏發(fā)電作為奧運場館和奧運村的主供電源，依托冀北電網(wǎng)，實現(xiàn)高比例可再生能源的電力利用，滿足區(qū)域電力負荷；依托熱泵等技術將可再生能源電力轉化為熱力，同時利用太陽能、地熱等可再生能源供熱技術，實現(xiàn)高比例可再生能源的熱力利用，滿足同等容量的熱力負荷；在熱電協(xié)同系統(tǒng)中，電池儲能站、蓄熱鍋爐和電動汽車充放電系統(tǒng)等靈活性技術，將對平衡電力和熱力需求起到重要的支撐作用。

目前，大部分熱電協(xié)同技術的經(jīng)濟性較差，一方面需要政府出臺相應的激勵機制和補貼政策，鼓勵可再生能源對燃煤的替代；另一方面需要通過完善市場機制，在市場交易中能夠體現(xiàn)熱電協(xié)同技術所帶來的系統(tǒng)靈活性的價值。

注：本文節(jié)選論文《淺析可再生能源供熱與區(qū)域熱電協(xié)同》，作者韓雪、胡潤青，來自國家發(fā)展和改革委員會能源研究所。