2021年咨询工程师继续教育讲义-多能互补能源站概述及案例分享

多能互补能源站概述及案例分享1.多能互补与区域能源
多能互补是实现区域能源供应的必要条件
■区域能源可以利用多种资源、能源来供能
■区域能源承受更多减排的压力
■可再生能源、废热等占的比重原来越大
■可再生能源供能的稳定性与持续性
■能源网络的构建，提供了可能性
■传统能源与可再生能源、废热的结合是最佳解决路径能源网络，可再生能源+燃气分布式
2.区域能源发展概览
Ⅰ
·区域供能1.0版
·以单一能源供应为主
·集中的区域供热、供冷
Ⅱ
·区域供能2.0版
·根据资源情况耦合可再生能源
Ⅲ
·区域供能3.0版
·新技术、资源的循环利用、供能范围的扩大
1.0版巴黎大区CPCU集中供热
■3个垃圾焚烧炉，提供蒸汽，总容量为397兆瓦，占比39%，减少了80万吨二氧化碳的碳排放。

■CPCU拥有两座燃气热电联产电厂（CHP），每座电厂的发电量为125兆瓦，每年为当地配电网
■（约16万户*）发电1T瓦时。

■燃气和燃煤锅炉还提供大量热能，
■总热容为982MWth
■五个燃油锅炉为电网提供调峰需求。

2.0版中新生态城
1.规划占地面积34.2平方公里
总建筑面积2570万m2 规划居
住人口35万人，分5个片区
2.年供热负荷为1131.14GWh
年供热水总能耗为392.47GWh
远期年用电量为1359.2GWh
燃气总能耗为392.47GWh
3.北疆电厂：146MW；
滨海休闲旅游区热电厂：395MW
太阳能：年总日照时数在2613h，属于Ⅲ资源丰富区
深层地热：年可开采量87.76TJ
浅层地热：适宜区
污水处理厂：15万m3/d，200t/d的
湿式厌氧消化处理装置
供热面积104m2 供冷面积104m2 供电装机容量，MW 太阳能采暖85.5
太阳能光伏42.8
道路能源 3.92 4
地埋管564.48 564.39
深层地热131.32
污水源165.38
风力9.4 热电厂1090.01
电厂余热218.05
天然气三联供24.01 20 2.36 燃气锅炉167.34
电空调250
合计2450 839 54.5
根据资源和用户特点，选取适宜方式
3.0版东京奥林匹克运动员村
·供能安全
·降低住宅能耗
·低碳
=>燃料电池
·垃圾焚烧余热
·太阳能光伏
·住宅、商业体
·建筑面积：18万m2
·需求
-建筑能源
-交通能源
可再生能源+未利用热+氢能3.0版瑞典哈马碧生态城
瑞典哈马碧
■1.1万套住宅，3.5万人在此居住和生活
■热电厂利用分类的可燃废弃物作为燃料，实现电力和热的供应
■污水处理产生的热量转换为集中供热和集中降温；
■太阳能电池把太阳能转换为电力，太阳能热水器利用太阳能对水进行加热■创新性的节水与污水解决方案，其中污水处理厂产生的沼气用于炊事及汽车用气
■固体废弃物实行三级分类管理：就近建筑物、就近街区、就近地区
3.区域能源研究与应用
●难点
可再生能源等投资高，经济性差
场地、建设条件
地理、地质条件
负荷特点适宜
所有权等条件
●3.应对
常规能源互补，合理的装机比例
太阳能、热泵等运行费用低
有条件应用，确定适宜比例
发展潜力大：太阳能热水、太阳能光伏、地埋管热泵、污水源/再生水源热泵、生物燃气、（深层地热）
可再生能源与低品位余能供能技术
技术发可利
用性
优点缺点适宜用户技术指标经济指标
源热泵费用
低
打井空
间、污
染、沉
降、取
放热平
衡
地表
水源热泵成熟
区域
内有
江河
湖海
节
能，
运行
费用
低
需保证
水质和
气温，
北方冬
季不可
用
集中供暖
中央空调
因地区而异
因地区
差异大
重庆：初
投资约
204元
/m2；上
海世博
中心：
546元
/m2
3 可再生能源、低品位余能供能技术
太阳能
利用比例最高潜力最大
延庆、密云、怀柔
光热：屋顶
光伏：3563MW（屋顶、停车场、道路、污水处理厂、供水厂）风能：分散，小规模、分布式
浅层地热能：供能8600万m2
土壤源热泵：3112km2海淀山后、朝阳、通州、大兴、顺义、昌平等大部分地区
水源热泵：425km2，石景山、门头沟、昌平等部分地区
生物质
城市污水：3.51×109MJ
再生水：6.63×109MJ
厨余
天然气烟气深度余热回收
燃气锅炉锅炉：7.5×109MJ
四大燃气热电中心和区域燃气能源中心：12×109MJ
工业余热：燕山石化，9.5×109MJ
天然气压力能
调压站：总发电量140MW，0.66×109MJ
水能：河水流量逐年减少，继续开发利用潜力不大
深层地热能：供能6800万m2
延庆县城、昌平小汤山、丰台、朝阳北苑、大兴区南部
3.区域能源研究与应用
装机容量/供能比例
■天然气、电能
外部资源保障，供能必需，用能安全要求较高场合（机场..）、民建（热负荷较高）
■生态城区可再生能源
·太阳能热水比例：50%～60%以上
·太阳能光伏供电比例：～10%
·风力发电：比例低，不到1%
·地源、污水源热泵：土壤、水源资源量确定
·生物质利用：依资源量、人口规模确定
·深层地热：依资源量确定
·电厂余热：依资源量确定
·垃圾：依人口规模确定
区域供能概览-发展方向
（1）多能耦合方式：天然气与生物质的耦合利用
园林废弃物、垃圾、污泥：制气/燃烧，作为天然气补充生物燃气并网：输配环节体现碳减排
（2）多能耦合方式：天然气与氢经济的结合
天然气制氢
区域供能概览-燃料电池
燃料电池热电联供系统示意图
独栋住宅家用燃料电池
综合住宅（公寓）管道井安装
·燃料：NG
·电池类型：SOFC
·发电量：700W
·发电效率：46.5%，热电总效率：90.0%
·外形尺寸：1000mm×780mm×300mm
·销售8万台，18万￥/台，预计2025年3.5万￥50000￥/kW（天然气分布式：5000￥/kW）
■区域供能的发展趋势
新技术的应用：氢能、燃料电池、蓄热技术等
强调资源的循环利用，才能达到“零碳”、“零排放”强调区域协同：余热的跨地区使用
■障碍
条块分割：“电改”问题，售电问题、环卫
交易机制的建立
经济性的问题
多能互补供能系统设计
（1）多能互补+区域资源循环利用
新建建筑，大量空地，可统一规划
供能面积大，利用本地资源
区域资源循环利用中心
（2）自底向顶、需求侧能源规划
多能互补供能系统设计多能互补供能系统设计
约束条件
优化策略：经济性最优
设备负荷率∈（0，1）
释能≥0
输出功率￡额定功率（电制冷机、锅炉）
可再生能源利用率高
蓄能量=释能量
∑设备供能量=用户负荷
目标函数：运行费用最小（天然气、外购电）决策变量：设备逐时负荷率（热泵、内燃机）优化前后决策变量取值
案例1
项目简介
多能耦合系统：包含三联供系统、地源热泵系统、水蓄冷热系统、电制冷、锅炉和市政热力系统。

供能面积60多万平米，项目建设投资近3亿元。

供能范围
规模大
能源站建筑面积1万多平米
地下二层
技术先进
详细而准确的负荷预测
多能耦合综合能源站-三联供，土壤源，水蓄能，燃气锅炉、电制冷、烟气深度利用，综合管廊
BIM设计、大倍率弯头、顺水三通、详细的水泵扬程计算、预热绝热支架、支座
管网为综合管廊
节能减排
可再生能源利用率40%
节能率20%较常规系统碳减排：19%，清洁能源利用率100%，达到绿色生态城区要求
烟气消白
国内一流，国际先进
案例2
多能耦合系统：包含三联供系统、冰蓄冷系统、电制冷、锅炉和自然冷却。

项目建设投资：近3亿
可减少标煤1931.53吨标准煤（当量值），减排减排CO221117.77吨
规模大
能源站地上一层地下一层，建筑面积约10000平米
供能面积：40多万平米
技术先进
BIM设计
多能耦合综合能源站
烟气消白
自然冷却
供能要求高
供暖：95/78℃
供冷：4/13℃（±0.5）。