区域能源规划与系统可行性研究。华东建筑设计总院。叶大法

二、区域能源系统关键技术
2、基于可再生能源利用的热泵系统
1）热泵供热经济性好于锅炉：
�锅炉：3.99/(10 × 0.9)=0.44元/kwh；
�空气源热泵： 1.167/3.5=0.33元/kwh
2）地表水源热泵供冷效率略高于冷水机组
�地表水温度低于冷却塔出水温度；
3）冬季热泵提供燃气发电运行
�热泵提供了区域能源站稳定的电力负荷，保证燃气发电正常运行，并产生
�城市区域规划应该包含能源部分，以便批租时对个体建筑进行约定；并对 能源站位置、体量及管线路由作出规划
2、区域能源供应对象
�区域能源供应对象主要是办公、商业、医疗等公共建筑。住宅由于电价较 低，计费复杂，不应为主要供应对象
3、业态需求分析、全年冷热负荷计算
1）业态分布
临港新城供能区域业态分布
建筑类型 住宅 办公 商业
E1
G1
路
G1 R2
G2
R3
R2
G2
G2
G2 R1
G2
C6
R2
C4 R2
U6
R2
R1
DN300 DN
DN700
三、典型区域能源系统规划
上海西虹桥区域能源中心
�供能面积： 110 万m 2； �技术方案：空气源热泵 +冷水机组+燃气三联供 4.5MW+水蓄能 �初投资： 3.5亿元；317元/m2 ; (常规能源机电 +土建322元m2) �年能源费：3211万元；29.2元/年m2; (常规能源71.1元/年m2) �税后利润：33.3%；（接入费 2元/w冷量；计量费 0.6元/kwh能量；）
C2C8 G1 C2C8
C2C8
G2
路 路
G2 G1
C2C8 G2
中 G2
R1
DN300
光
C3 规划DN六2R10路0
E1
R1
港
G2
能源站服务G2 区G2 域
R2R3 R1
G2
T1
G2
港
G2 G2
E1 G2
DN300
C6
G2
E1
R2
C6
R2
G2
泾 U6
G1
E1
G1
U R2 R2
G2
G2
U6
R2
G2
E1 G2
余热可供利用，发电尽可能只用，其经济性好于上网售电
防洪墙
-1.2
-4.0
退水口
取水口
4.0 格栅池 -6.0 海水泵
-10.0
自动反 冲洗过 滤器
自动清洗装 置
海水源热 泵
空调水
二、区域能源系统技术经济优势
3、基于利用夜间廉价电力的水蓄能系统
1）蓄能水槽形式 � 温度成层型 � 完全混合型
上布水器
三、典型区域能源系统规划
1 临港新城海水源区域能源中心
�供能面积：150万m2；其中办公 60%、商业20%、住宅20%； �技术方案：海水源热泵 +燃气三联供 10MW+水蓄能 �初投资： 7.7亿元；515元/m2 ; (常规能源机电 +土建366元m2) �年能源费：5089万元；34元/年m2; (常规能源59元/年m2) �税后利润：8%；（接入费2元/w冷量；计量费 0.5元/kwh能量）
国家会展中心 诸
涞 T1 G2 E1
C3
DN300
CR G1
G1 E1
G1
G2
G2
E1
R2R3
四
R2R3
路
G1
R2R3
阳 DN200一
规
路 C2C8
G2 G1
划 G1
C2C8
DN200
C2C8 C2C8
DN300
G2
G2
T1
路 G2
E1
G2
C2
C2C8
G2 E1 G2
二G1
路
徐
泾
DN500
G15
镇
DN300
建筑 20%
采暖空调 50%
其他80%
其他50%
�采暖空调能耗： 20% ×50%=总能耗10%，是相当可观的数字
3 、我国采暖空调用电和用热主要依靠燃煤， 2012年我国煤炭消耗量约占全球 50 %；
� 大气污染、 PM2.5、雾霾； � 碳排放、温室效应
一、我国的能源形势与区域能源
4、燃煤替代方法： � 核电：周期长、投资大、核安全问题； � 水电：周期长、投资大、依赖水资源； � 绿电：规模小、不稳定； � 天然气：清洁能源，是目前比较现实的燃煤替代方法
世博A片区区域能源规划
能源站房2# 能源站房1#
能源站房1#服务区域 能源站房2#服务区域
区域整体示意图
三、典型区域能源系统规划
世博A片区区域能源规划
�供能面积：40万m2+ 30万m2 （能源站房 1#和2#）； �技术方案：能源站房 I 空气源热泵 +燃气三联供 1.8MW+水蓄能+锅炉
能源站房II 空气源热泵+燃气三联供1.2MW+水蓄能+锅炉 采用结构箱型基础作为蓄能水槽 �布置方式： 设备置于地下室空间
E1
G1
DN500
上海西虹桥区域能源中心
G2
路
G2 E1 E1
E1
G2 G2
E1 T1
U2 R2
能源站位G2 置
G2
R2
R2
西
G2
路
G2
E1
G2
T1
G2
R2
卫 R2R3
R2 R2
小
山
G2
U
0 E1 诸 0 U1
DN3 G1
R2R3
DN300
R3 G2
G2
U2
G2
G1
G2
G2
嘉闵高架路（华翔路）
DN500
2、热电厂+峰谷电政策
热电厂余热 （蒸汽或热水）
吸收式机组
冷水 热水
利用谷电
换热器 冷水机组
冷水
热水
热泵
莘庄工业区西区域能源规划
1#：71.6万m2 蒸汽吸收式+离心式 +水蓄能+蒸汽供热
3#：56.7万m2 直燃吸收式 +离心式
燃气电站供给 余热蒸汽
2#：33.0万m2 蒸汽吸收式+离心式 +水蓄能+蒸汽供热
规划DN300次高压天然气干管0.8MPa 来源见“气源缩略图”
天
G2 DN300
DN300G1
R2R3
E1
路
R2R3
路 R3
G2
G2
E1
G2
T 1 G2
G2
DN500 DN200
苏
G2
G2
G2
夏 E1 G2
R2R3
规R2R3 DN200
R2R3
联
R2
R2 R2 G1
R2
G2
架 G2
E1
G2
G2
R2
4、仅有峰谷电政策
张江中区区域能源系统规划
B区 45万m2
常规电制冷+吸收式
C区北块 69万m2
分布式供能3MW+地源热泵 离心式+水蓄能
C区南块 68万m2
地源热泵+离心机 直燃吸收式+水蓄能
D区 66万m2
分布式供能3MW+风冷热泵 离心式+直燃吸收式+水蓄能
四、区域能源系统可行性研究
1、能源规划的必要性
高温层 斜温层
13/60/65 ℃�
4/50/60 ℃� 低温层 下布水器
成层型水蓄能罐示意图
二、区域能源系统技术经济优势
3、基于利用夜间廉价电力的水蓄能系统
2）夜间蓄能是区域能源的基本优势：
�峰电：1.202/5.1=0.24元/kwh；
�谷电：0.285/5.1=0.056元/kwh
3）水蓄能系统大幅度减少了设备数量
区域能源规划与系统可行性研究
华东建筑设计研究院有限公司 叶大法
2013年4月
介绍提纲
一
我国的能源形势与区域能源
二
区域能源系统关键技术
三
典型区域能源系统规划
四
区域能源系统可行性研究
一、我国的能源形势与区域能源
1 、2012年我国GDP 8.3 万亿美元，上升为全球第二位； 2、采暖空调能耗：
�总能耗 100%
冷水机组 水源热泵 热回收热泵
冷水 /热水
冷水 &热水
水泵等辅机
蓄水槽 用户
蓄水槽 用户
三、典型区域能源系统规划
临港新城 海水源区域能源中心
�用能区域 本项目的用能区域为城市中心区的总面积为 150 万m2的建筑群，该建筑区域为湖滨区域的 1/4区 域；在该区域中，住宅所占比例为 20%，办公建 筑所占比例为60% ，商业建筑所占比例为20% 。 该区域距离海岸约 2公里。
5、集中燃气电站与分布式供能 � 集中燃气电站：发电效率 35～40%-输电损失8%=27～32%， 关键是远离城市，余热无法利用； � 分布式燃气冷热电联供：发电效率 40%+余热利用40%=80% 一次能源利用率由 32%提高到80%
一、我国的能源形势与区域能源
�如果采暖空调都采用分布式供能
采暖空调能耗 10%
发电5% 用于冷机、热泵和辅机
余热5% 用于锅炉、吸收式冷热机
采暖空调节能空间可达到全国总能耗的 5%
集中燃气图示
分布式图示
一、我国的能源形势与区域能源
Biblioteka Baidu
6、国家政策
1）国家发改委等部委2011年10月发布
《关于发展天然气分布式能源的指导意见》
2）上海市2013年3月出台
《上海市天然气分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》
三、典型区域能源系统规划
3、燃气冷热电三联供+峰谷电政策+无地表水源
天燃气 (10kw/m3)
燃气内燃发电机
天燃气
(4.5kw) 余热：烟气、
缸套水
烟气补燃溴化锂机组 市电
冷水 /热水
(4kw) 电
冷水机组 风冷热泵 热回收热泵
冷水 /热水
冷水 &热水
水泵等辅机
蓄水槽 用户
蓄水槽 用户
三、典型区域能源系DN30G2 0统规划
20410
江水源热泵+直燃吸收式
6182
2649
44.2
47650
19050
江水源热泵+燃气三联供+水蓄能
4140
1780
29.5
4）水蓄能系统使燃气发电及冷热源设备可以稳定运行
44750
19525
三、典型区域能源系统规划
1、区域能源系统二大特点
� “冷、热、电”综合能源技术谷电；“水、电、暖”专业协调配合； � 根据区域规模、业态、能源、政策和使用情况，因地制宜地进行区域能源 规划，没有统一的模式
3.99元/m3; 3.00/3.20元/m3; 2.43元/m3;
二、区域能源系统关键技术
区域能源系统的技术优势在于可以综合集成燃气三联供、热泵和水蓄能 三大技术，优势互补，这在单体建筑内是无法实现的
1、基于能源梯级利用的燃气冷热电三联供技术
�燃气内燃机组发电， 向冷机、
热泵及辅机供电。
�电力不够时市电补充。
5#：33.4万m2 直燃吸收式 +离心式+水蓄能
4#：78.6万m2 蒸汽吸收式+离心式 +水蓄能+蒸汽供热
三、典型区域能源系统规划
3、燃气冷热电三联供+峰谷电政策+地表水源
天燃气 (10kw/m3)
燃气内燃发电机
天燃气
(4.5kw) 余热：烟气、
缸套水
烟气补燃溴化锂机组 市电
冷水 /热水
(4kw) 电
�区域能源站虽有燃气发电机、水槽的投资，但因为蓄能可以大幅度减少了
设备数量，除了海水特殊要求，一般初投资可以和常规系统持平。
前滩能源系统方案 冷水机组+锅炉
全年运行费用 万元/年
1#能源站 2#能源站
8034
3471
单位面积 运行费用
元 /(年·m2)
57.5
初投资（万元）
1#能源站 2#能源站
45150
�内燃机烟气和缸套水，夏季供
烟气溴化锂制冷，冬季供烟气换
热器制热。
烟气 缸套水
天燃气
夏季 冬季
电
燃气内燃发电机
供冷
烟气吸收式 供热
烟气换热器
冷机、热泵
辅机
供冷/热 空调用
二、区域能源系统关键技术
1）提高燃气热效率： �城市燃气电站效率35%-输电损耗； �燃气三联供发电效率40%+余热利用45%=85%； 2）平峰电段经济性好于市电 �平电供冷：0.749/5.1=0.147元/kwh+基本电费40.5元/kw年 �冷电联供：2.43/(4 ×5.1+4.5 ×1.1)=0.1元/kwh 3）冬季余热可以提高热泵出水温度 �空气源热泵出水 48 ℃ 55 ℃ �水源热泵出水： 50 ℃ 60 ℃
划
G1 G2
塘E1
G1 E1
C2C8
徐
G2
C2C8
C2C8 G1
规
G2
C2C8
G2
G1 G2
G1
C2C8
民 规 G1
C2C8 G1
C2C8
G1
C2C8
路 G2 G2
G2
C2C8 G1
C2C8
G2 G2
泾 G2
高
G2
C2C8
徐
D
E1
N3
0
0
划
R2R3
G1
E1
C2C8
C2C8
DN2
0
0
G2
G2 G2
河 E1
�燃气发电机补贴： —按燃气发电机装机（一般价格 5000元/kw)补贴1000元/kw；
—年平均能源利用效率达到 70%以上，且年利用 2000小时以上
再补贴2000元/kw；
�支持区域分布式能源系统发电余电上网，上网电价 0.67元/kwh;
3)上海市天然气价格
� 燃气锅炉： � 直燃式空调夏季/冬季 � 燃气内燃机发电
所占比率 （%） 20 60 20
面积 （万m2） 30 90 30
总面积 （万m2） 150
四、区域能源系统可行性研究
2）全年空调冷热负荷 �由于区域能源系统可行性研究需要进行全年能耗计算，所以首先需要进行 全年冷热负荷计算； �全年空调冷热负荷计算需要考虑考虑内区各种空调方式对能耗的影响
建筑类型 区域
系统形式
系统特性
空调面积（m2）
办公
外区
内区（冬 季与过渡 季有供冷 需求）
——
——
全空气系统（新风比不 冬季与过渡季新风不处理与回风直接混
可变）
合，新风有一定供冷能力；新风比不可变。
FCU+OA系统
E1
高
G2
DN500
港
高
GU2 G2
T1 G2
E1
+5.8
嘉
松 公
R2R3
R2R3
G2
DN300
DN300
G1
龙
R2R3
G2
G2
R2R3
泽 E1 G2
C2 U2
G2 G2
路
CR E1
G2
蟠 G2 E1 U1 G2
R2R3
崧
G2
划
G2
G2
E1 G2
G2
G2
E1 G2
G2
G2 E1
E1 G2
C2C8
C2C8 C2C8