一、引言

為了應(yīng)對氣候變化和全球變暖問題，世界各國積極制定了碳中和目標(biāo)[1]。隨著各國對碳排放的關(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，中國供熱行業(yè)的碳排放將進(jìn)一步增加。中國也因此正在探索建立長效、可持續(xù)的清潔供暖運行機(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，熱能的雙向交換意味著沿著區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)可以存在一個或多個產(chǎn)消者（prosumer），它們消耗、生產(chǎn)、存儲、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)活動的消費者[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)的運行效率[15-17]，降低經(jīng)濟(jì)成本和減少碳排放[18-19]，同時促進(jìn)清潔能源的使用[20-21]，這對中國從供熱領(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？其對能源、經(jīng)濟(jì)和“雙碳”目標(biāo)具體會造成什么影響？以及對中國的清潔供暖發(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，世界各國在碳排放方面必須達(dá)到新的目標(biāo)，歐盟、中國、美國先后承諾到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）。為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，要實施的戰(zhàn)略之一是提高能源系統(tǒng)的效率，同時通過充分利用可再生能源，實現(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。事實上，供熱是全球最大的終端能源消費領(lǐng)域。國際能源署數(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，其特點是容量大、溫度高且碳排放多。因此，為了應(yīng)對氣候變化以及現(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，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現(xiàn)在需要時提供所需的能源；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成為可能，從而使終端用戶既可以作為消費者，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[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）成為供熱系統(tǒng)的新參與者之一，其發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了三個階段。

1.初步認(rèn)識階段（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年其通過計算機(jī)程序netsim模擬了小型太陽能集熱器和熱泵引入?yún)^(qū)域供熱管網(wǎng)對技術(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)識論基礎(chǔ)。

2.試驗探索階段（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)消者對能源及環(huán)境的影響，hanne 等(2018)[29]以挪威為例，運用動態(tài)建模技術(shù)研究熱產(chǎn)消者對能源及環(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)合運營方法，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，有效實現(xiàn)了電能的高效利用。

綜上，先后有學(xué)者對熱產(chǎn)消者引入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)的技術(shù)問題，對能源、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)域供熱和制冷會轉(zhuǎn)型成為一個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，它們在較低的環(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铮瑴p少對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“超市和一個室內(nèi)溜冰場”可以滿足該地區(qū)的全部供熱需求[20]；挪威trondheim本地電網(wǎng)整合兩個零售商店和一個數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)中每個產(chǎn)消者都有不同的位置和不同的供熱特點，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)成為一個閉環(huán)系統(tǒng)，以實現(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]，同時數(shù)據(jù)中心的能源消耗正以每年15%~20%的速度增長[40]，越來越多的數(shù)據(jù)中心促使人們在其附近的設(shè)施中利用這些余熱。通過對芬蘭[41]及其他北歐國家[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)動力。

由于冷卻溫度較低，數(shù)據(jù)中心的余熱等級通常較低，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，對中國哈爾濱某數(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者和生產(chǎn)者積極參與地區(qū)能源代謝。

在中國，受新基建、5g、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展以及在邊緣計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、超高清視頻、vr/ar等場景應(yīng)用的推動，數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模數(shù)量呈現(xiàn)平穩(wěn)增長。中國idc發(fā)布的《2020—2021年中國idc行業(yè)發(fā)展報告》顯示，截至2020年，中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模達(dá)到2 239億元，同比增長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清潔供熱具有較大市場，讓數(shù)據(jù)中心作為產(chǎn)消者有助于企業(yè)乃至國家實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

（二）利用太陽能的熱產(chǎn)消者

太陽能供熱是低溫區(qū)域供熱系統(tǒng)和未來智慧熱網(wǎng)的一個有前途的選擇。利用太陽能的熱產(chǎn)消者指在屋頂安裝太陽能集熱器的建筑單元，其在供熱系統(tǒng)與集中或多個分散位置相連的用戶端處會有能量輸入（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)中比在單個供熱裝置中更容易利用，因為后者小規(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。而將德國南部地區(qū)ludwigsburg-sonnenberg的區(qū)域供熱系統(tǒng)擴(kuò)展到包括太陽能集熱器的分布式供熱，發(fā)現(xiàn)熱網(wǎng)可以作為一個自主的微網(wǎng)運行[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θ萘颗c太陽能集熱器面積比，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，該方案的最大太陽能利用率為63%[46-47]。但這類熱產(chǎn)消者的一個缺點是夏季供給和冬季需求不匹配問題，為了延長剩余熱量的利用，需要在供熱系統(tǒng)中使用蓄熱罐進(jìn)行熱能儲存[48]，以克服夏季太陽能供應(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。

通過太陽能集熱器產(chǎn)熱并運用到區(qū)域供熱系統(tǒng)已經(jīng)在歐洲得到快速發(fā)展[49]。第一個采用平板太陽能集熱器并與現(xiàn)有的區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)相連的國家丹麥，目前是世界上太陽能集熱器安裝面積最大、運行太陽能區(qū)域供熱項目最多的國家[50]；德國2020年區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)的大型太陽能集熱器的產(chǎn)量增長了41％，預(yù)計到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2014年太陽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)驗的積累，以及清潔供暖的需要，中國大規(guī)模利用太陽能集熱器產(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能的產(chǎn)消者為例分析其對能源、經(jīng)濟(jì)和“雙碳”目標(biāo)的影響。

（一）對能源系統(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)和純熱鍋爐的運行時間將大大縮短，進(jìn)一步減少熱損失和區(qū)域供熱系統(tǒng)對化石燃料的依賴，帶有熱產(chǎn)消者的一個能量存儲系統(tǒng)可以提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行的靈活性，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)公園項目計劃到2035年滿足該市全部供熱需求的10%。另外，太陽能集熱器產(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，產(chǎn)消者可以將其作為蓄熱器，年總熱能產(chǎn)量約為單獨配置時年產(chǎn)量的4倍[54]，將滿足高達(dá)25%的年熱需求[47]。同時將大型太陽能供熱系統(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)對未來市場價格的變化[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，同時也能帶來一些經(jīng)濟(jì)收益，特別是對于偏遠(yuǎn)地區(qū)用電供暖的居民，成為熱產(chǎn)消者，可以降低更多費用。比如，在帶有儲熱裝置的小型生物質(zhì)區(qū)域供熱鍋爐以及帶有太陽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)域供熱鍋爐的運行更加順暢，并帶來更多的社會經(jīng)濟(jì)效益[56]；在英國倫敦通過利用數(shù)據(jù)中心的余熱每年節(jié)省近100萬英鎊[10]；中國哈爾濱某數(shù)據(jù)中心的一種新型熱回收系統(tǒng)總運行成本比空氣源熱泵低45.83萬元[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“熱凈計量（thermal net metering）”定價方案，使用與現(xiàn)有電網(wǎng)凈計量相同的機(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庫，方便以后使用。在瑞典已經(jīng)存在的熱凈計量系統(tǒng)中，輸入到區(qū)域供熱系統(tǒng)的熱能價格是從區(qū)域供熱系統(tǒng)購買成本的25%[57]。意大利市場擬采用出售能源/購買能源費用比率為0.45，在這種情況下，具有凈計量配置的系統(tǒng)相對于無太陽能系統(tǒng)的被動用戶減少約60%的供熱費用，并且相對于獨立太陽能系統(tǒng)配置減少約44%的費用[58]。通過熱凈計量管理，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）對雙碳目標(biāo)的影響

中國承諾到2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。根據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心的估算，中國建筑運行能源消耗造成的碳排放占全國16.4%左右，因此，清潔供暖產(chǎn)業(yè)是中國綠色低碳循環(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，但由于可能會造成能耗大幅提升與大量設(shè)備的長時間閑置帶來巨大的財政和能源壓力問題，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，有助于因地制宜對多種能源形式進(jìn)行合理統(tǒng)籌，促進(jìn)整個農(nóng)村地區(qū)供暖體系全面清潔高效升級。

同時在消費側(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，同時以清潔供暖助力實現(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)在北歐一些國家的清潔供暖中扮演較重要的角色。同時通過產(chǎn)消者思想，可以將新的系統(tǒng)配置與分散在多個位置的不同熱源結(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碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)。

通過分析熱產(chǎn)消者的發(fā)展以及其對能源、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)中的新實體，生產(chǎn)、消費、存儲及與熱網(wǎng)中的其他用戶共享能源。通過創(chuàng)新、價值再造及資源整合，熱產(chǎn)消者有助于實現(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)展對中國從供熱領(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，這一點在電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到證明，為了助力中國2060年前實現(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，積極探索熱產(chǎn)銷者進(jìn)入市場的政策、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)計相應(yīng)的市場機(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。比如對來自不同分布式熱源的回收熱量進(jìn)行差異化定價，對相應(yīng)的建筑單元授予不同等級的樓宇能效證書以在交易時形成環(huán)保增值，通過熱凈計量對上網(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)域廣為運用。但熱、電產(chǎn)消者并不是相互獨立的概念，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，如運輸。因此可以通過產(chǎn)消者發(fā)揮中介屬性促進(jìn)中國的熱力市場與電力市場在一定程度進(jìn)行融合，比如對多余熱量上網(wǎng)的用戶給予其一定比例的電價補(bǔ)貼，進(jìn)一步統(tǒng)一熱電計量方式，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，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)的運行。