欧盟热泵系统可再生能源量统计计算方法的. 研究和思考

Energy of China - - 卷首语 - 胡润青 (国家发展和改革委员会能源研究所,北京 100038)

摘要:如何计算热泵系统的可再生能源供热量是我国可再生能源统计中的热点和难点问题。欧盟从 2004 年开始发布可再生能源统计报告,2013 年发布了“各种热泵技术的可再生能源量计算方法指南”,指导各成员国开展热泵技术的统计工作。本文研究分析了欧盟热泵系统可再生能源供热量统计方法和要求,包括定义、系统边界设定、计算公式、技术指标及其参数取值等;分析了欧盟热泵系统的发展状况及其对可再生能源的贡献量;按照欧盟的计算方法对我国 3个典型城市各种热泵技术的可再生能源供热量进行了测算,对比分析了我国和欧盟计算方法的异同和差距;提出了关于我国热泵系统可再生能源统计工作的思考和建议。

关键词:热泵;可再生能源;统计方法;欧盟;中国

中图分类号:TK01 文献标识码:A 文章编号:1003-2355-(2018)04-0025-05 Doi: 10.3969/j.issn.1003-2355.2018.04.007

Abstract: How to calculate renewable energy from heat pump is a highlight and difficult question during renewable energy statistics in China. EU published Renewable Energy Statistics Report since 2004 and established Guidelines for Member States on Calculating Renewable Energy from Heat Pumps from Different Heat Pump Technologies (2013/114/EU). This paper research EU’s methodology on renewable energy from heap pump, including definitions, system boundaries, formula, parameters and their default values; analysis EU heat pump development status and contribution to renewable energy; and calculate the renewable energy from heat pumps by different heat pump technologies in 3 cities in China according to EU methodology. And then it compares the difference and gap between China and EU’s methodology and submits consideration and suggestion on developing Chinese methodology.

Key words: Heat Pump; Renewable Energy; Statistics Methodology; EU; China

1 欧盟可再生能源统计方法和制度

到 2020 年可再生能源在终端能源消费总量中的比重达到 20% 是欧盟的重要发展目标之一。欧盟公布了一系列的法令文件来规范可再生能源统计工作,包括促进可再生能源应用的欧盟 2009/28号法令(Directive 2009/28/EC)[1]、关于能源统计的欧盟 1009/2008 号文件(Regulation 1009/2008)和 2017 年 11月修订的欧盟 2017/2010 号文件(Regulation 2017/2010)。

根据欧盟的规定,可再生能源包括风电、太

阳能(热利用、光伏发电、热发电)、水电、潮汐能、地热能、生物质燃料和用作能源的垃圾。可再生能源量按照电力、供热制冷和交通用能三大类进行统计。可再生能源供热制冷包括终端热力消费、外售热力、热泵供能三大类。欧盟明确通过热泵技术从空气、土壤和水中捕获的热能应计入可再生能源供热量。

为监测报告各个成员国可再生能源的发展情况,从 2004 年开始,欧盟统计局每年公开发布可再生能源统计报告,公布欧盟及其成员国的进展

情况,评估实现欧盟目标的可能性。同时,欧盟统计局开发了可再生能源统计软件及其软件使用手册,供各成员国使用,规范可再生能源统计和计算方法。

2 欧盟热泵可再生能源供热量的计算方法

2.1 欧盟法令的规定和要求热泵是可再生能源统计中的难点问题,欧盟制定了专项法令规范热泵可再生能源供热量计算。

早在 2009 年颁布的欧盟 2009/28 号法令中,欧盟统计局就明确了通过热泵技术从空气、土壤和水中捕获的热能应计入可再生能源供热量,同时要求热泵系统的系统效率要高于 45%。

2013 年 3月欧盟发布了欧盟 2013/114 号法令“各种热泵技术的可再生能源量计算方法指南” [2],指导各成员国完成热泵系统可再生能源量的计算、统计和上报。该项法令确定了计算热泵可再生能源量的基本方法学、指标定义、计算公式、参数取值以及计算中的注意事项等。欧盟要求按照科学、保守的原则计算热泵系统对可再生能源的贡献量,指标参数的取值按照保守的原则设定,避免高估热泵系统对可再生能源供热量的贡献。同时,欧盟鼓励各国开展深入的统计、计量研究工作,开发更精确的计算方法学,修订当地的参数取值。

2.2 计算方法学

[2]

2.2.1 技术公式

根据欧盟 2013/114 号法令“各种热泵技术的可再生能源量计算方法指南”的规定,热泵系统可再生能源量(ERES)的计算公式为: ERES=Qusable×(1-1/SPF)=HHP×Prated×(1-1/SPF)

(1)

Qusable=HHP×Prated (2)

其中:

热泵可用能源量 Qusable —热泵系统产生的全部可用能源量,可由系统的额定装机容量 Prated和年满负荷运行小时数 HHP计算而得,单位为GWh ;

年等效满负荷运行小时数HHP—年额定设备容量在满负荷运行条件下的运行小时数,单位为h ;

额定装机容量 Prated —热泵的额定装机容量,考虑了各种热泵技术的寿命期,单位为GW ;

季节性能系数 SPF —热泵系统的平均季节性能系数,电力驱动热泵系统在运行模式下的净季节性能系数 SCOPnet,或是热力驱动热泵系统在运行模式下的净季节一次能源输出比 SPERnet。2.2.2 热泵系统边界设定欧盟要求热泵系统的边界设定不仅仅包括热泵机组,还包括相关的循环系统,这就意味着在计算系统可再生能源量和系统效率时要考虑运行过程中消耗的电力或者燃料。ERES=Qusable–ES-fan/pump–EHW_hp=Qusable×(1-1/SPF)

(3)

其中: ES-fan/pump—制冷循环系统的风扇、泵的能耗;

EHW_hp—热泵机组的自耗能。

2.2.3 各成员国填报内容和指标取值欧盟各成员国只需填报不同气候区下各种热泵技术的装机容量( Prated ),热泵系统的可再生能源供热量即可由统计软件自动计算得出 [3]。

欧盟已给定不同气候区下各种热泵技术的 HHP和 SPF 两个指标的取值 [2],见表 1 和表 2。

2.2.4 气候区的划分在不同气候条件和供暖需求下,空气源、地源、水源等各种热泵系统的年运行小时数和系统效率都有较大的差别。针对热泵可再生能源供热量计算方法的需求,根据各地 1980—2009 年采暖度日数 1(Heating Degree Days,HDD )的统计数据,欧盟划分了寒冷气候区(HDD>3000)、温和气候区(HDD 2000~3000)、温暖气候区(HDD ≤ 2000)三个气候区 [2],并明确了欧盟 28个国家各个省份的气候区分类 [3]。气候区的划分只考虑冬季的采暖需求,并未考虑夏季的空调制冷需求。

2.3 对热泵系统效率的最低要求

根据欧盟 2009/28/EC 号可再生能源促进法令的要求,只有系统效率高于 45.5% 的热泵系统才能纳入可再生能源供热量的统计范畴。这也就意味着,电力驱动热泵系统的 SPF 要高于 2.5、热力驱动热泵系统的 SPF 要求高于 1.15。

欧盟要求热泵系统的可再生能源供热量既可根据实测获得、亦可通过经验数据计算。由于缺乏实测数据,欧盟提供了各种条件下主要指标的取值,供成员国使用。欧盟要求采用保守的态度计算热泵系统的可再生能源供热量,特别是空气源热泵系统,要求各成员国必须认真核实有多少空气源热泵系统的 SPF 值高于 1.15。

3 欧盟热泵系统可再生能源供热量的统计数据

2018 年 1 月,欧盟统计局发布了 2016 年“可 再生能源统计报告”[5],同时公布了欧盟及各成员国的详细可再生能源统计数据 [6]。

[5] 3.1 可再生能源在终端能源消费总量中的比重过去十多年欧盟可再生能源保持快速增长, 2016年可再生能源终端消费量为 2.79 亿 tce ,可再生能源在终端能源消费总量中的比重从2004年的 8.5% 上升至 2016 年的 17.0%。其中,可再生能源供热制冷终端应用量最大, 2016 年达到14189 万tce,其次是可再生能源电力 11527 万 tce,可再生能源交通最少达到 2271 万 tce ;可再生能源电力、供热制冷和交通的占比分别为 41.2%、50.7% 和 8.1%。除法国等 4 个国家外,其他国家2015 年和 2016 年的平均增长速度均高于欧盟预设的发展速度。

2016 年,可再生能源一次能源生产量为 3.01亿 tce ,与 2006 年相比增长了 66.6% ,年均增长率为 5.3%。其中,木质和其他固体生物质燃料的贡献最大( 49.4% ),其次是水电( 14.3% )、风电(12.4%)、太阳能发电(6.3%)、地热能(3.2%)。

2016 年欧盟可再生能源供热制冷量在总供热制冷能源消费量中的比重为 19.1%,与 2004 年的10.3% 相比有很大的提高。

[6] 3.2 热泵系统可再生能源供热量及其占比过去十多年,欧盟热泵系统可再生能源供热量保持快速稳定增长,2016年年供热量达到 1404 万 tce,是 2005 年的 4.3 倍;热泵系统可再生能源供热量的占比也保持增长态势,2016 年其在可再生能源

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