能源規(guī)劃

廣州大學(xué)城區(qū)域能源規(guī)劃的實(shí)踐與思考

  0 引言
 
  改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速持續(xù)發(fā)展,大大地推動(dòng)了城鎮(zhèn)化的進(jìn)展,新城區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)、新型園區(qū)的建設(shè)在各地蓬勃展開(kāi)。為提高區(qū)域建設(shè)和運(yùn)營(yíng)水平,建設(shè)能源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì),國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)區(qū)域能源規(guī)劃的發(fā)展方向、思路以及能源供給方式等問(wèn)題進(jìn)行了研究,取得了一定的成果[1~3]。
 
  廣州大學(xué)城是廣州建設(shè)現(xiàn)代化生態(tài)城市目標(biāo)規(guī)劃中的重要組成部分。在廣州大學(xué)城項(xiàng)目工程建設(shè)的起步階段,建設(shè)單位組織相關(guān)專家以高效、節(jié)能、潔凈環(huán)保為目標(biāo),對(duì)區(qū)域能源利用進(jìn)行了規(guī)劃,該規(guī)劃方案在大學(xué)城建設(shè)中得到了較好的實(shí)施,本文就該規(guī)劃在大學(xué)城的實(shí)踐進(jìn)行論述。
 
  廣州大學(xué)城近期規(guī)劃面積約18 平方公里,選址于廣州市番禺區(qū)小谷圍島,有包括中山大學(xué)、華南理工大學(xué)等10 所部、省、市屬高校入駐,隨后廣東科學(xué)中心、北亭廣場(chǎng)、數(shù)字家庭產(chǎn)學(xué)研孵化基地等公共服務(wù)、研發(fā)和商業(yè)項(xiàng)目相繼建成于廣州大學(xué)城內(nèi)。大學(xué)城規(guī)劃容納20 萬(wàn)大學(xué)生,島內(nèi)人口約35 萬(wàn)人。大學(xué)城的能源需求主要是教學(xué)、科研、商業(yè)和生活用電力、空調(diào)制冷、生活熱水,無(wú)工業(yè)負(fù)荷。
 
  1 廣州大學(xué)城區(qū)域能源規(guī)劃成果
 
  2003 年初,廣州大學(xué)城建設(shè)指揮部辦公室委托華南理工大學(xué)組織專家成立研究小組,編制廣州大學(xué)城區(qū)域能源規(guī)劃。研究小組完成了廣州大學(xué)城建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等8 個(gè)專題研究,出版了《廣州大學(xué)城區(qū)域能源規(guī)劃研究》[4]。
 
  1)建筑主體節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)。廣州大學(xué)城對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)專門(mén)制定了《廣州大學(xué)城建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,標(biāo)準(zhǔn)要求通過(guò)采用合理的建筑設(shè)計(jì)方案,強(qiáng)化建筑自然通風(fēng)降溫功能,提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能和提高空調(diào)設(shè)備能效比等節(jié)能措施,在保證相同的室內(nèi)熱環(huán)境的前提下,與目前建筑外遮陽(yáng)、建筑自然通風(fēng)等狀況均不良好且采用低效率分體空調(diào)方式的空調(diào)建筑相比較,全年建筑空調(diào)能耗應(yīng)減少65%。
 
  2)分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)規(guī)劃方案。采用燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電冷三聯(lián)供技術(shù),發(fā)電總裝機(jī)容量約為126MW。系統(tǒng)以天然氣為燃料,通過(guò)100MW的燃?xì)廨啓C(jī)組直接發(fā)電,燃機(jī)的排氣進(jìn)入余熱鍋爐,產(chǎn)生4.0MPa 中壓蒸汽進(jìn)入抽凝式汽輪機(jī)組發(fā)電;從燃?xì)廨啓C(jī)抽出部分1.0MPa 低壓蒸汽,用于向用戶供汽和用于制冷站吸收式制冷機(jī)組;鍋爐尾部煙氣余熱用作生活熱水熱源;能源站生產(chǎn)的電力用于供給電壓縮制冷空調(diào)系統(tǒng)和作為日常用電的一部分,不足部分向電網(wǎng)購(gòu)買。整個(gè)系統(tǒng)能源利用效率可達(dá)80%以上。通過(guò)調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)的運(yùn)行工況,可以滿足不同季節(jié)、氣候下各種冷、熱、汽負(fù)荷的需求,具有很高的靈活性。
 
  3)可再生能源利用規(guī)劃。對(duì)太陽(yáng)能利用(室外公共區(qū)域照明、熱水空調(diào))、垃圾焚燒發(fā)電、風(fēng)力利用、低焓值能源利用(珠江水水源、地源熱泵)等方案進(jìn)行了研究,提出了2010 年新能源可再生能源在大學(xué)城用能中占8%~10%比例的目標(biāo)。
 
  4)能源供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制。按照社會(huì)化、市場(chǎng)化機(jī)制進(jìn)行投資、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理。建議采用政府(廣州大學(xué)城管理委員會(huì))調(diào)控下的能源服務(wù)公司特許經(jīng)營(yíng)模式進(jìn)行運(yùn)作,該能源服務(wù)公司應(yīng)該是允許外資介入的,鼓勵(lì)用戶參股的,所有制多元化并且完全按照市場(chǎng)機(jī)制運(yùn)作的獨(dú)立法人機(jī)構(gòu)。通過(guò)政府-能源服務(wù)公司-用戶-電網(wǎng)四方依法協(xié)議,依靠高科技和現(xiàn)代化的科學(xué)經(jīng)營(yíng)管理,達(dá)到用戶、公司、電網(wǎng)、社會(huì)" 四贏" 的目標(biāo)。項(xiàng)目的啟動(dòng)、能源服務(wù)公司的組建均采用面向社會(huì)(國(guó)內(nèi)外)招標(biāo)的形式運(yùn)作。
 
  2 廣州大學(xué)城區(qū)域能源的實(shí)踐
 
 
  廣州大學(xué)城的圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料全部選用了輕質(zhì)隔熱型墻體材料,如陶粒砼砌塊、加氣砼砌塊、燒結(jié)空心砌塊。大學(xué)城房建工程竣工建筑面積520 余萬(wàn)m2,應(yīng)用了各種新型墻體材料共970626 m3,有力杜絕了實(shí)心黏土磚在大學(xué)城的使用,達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)耕地的目的。廣州大學(xué)城建筑的門(mén)、窗、走廊設(shè)計(jì)充分考慮了穿堂風(fēng)的形成,自然通風(fēng)效果顯著。
 
  在屋面設(shè)計(jì)中,全部采用25mm 厚的擠塑板、30mm 厚的模塑板、130mm 厚的加氣砼為隔熱保溫層材料;外窗設(shè)計(jì)規(guī)定了窗墻面積比,盡量減少全玻璃幕墻的建筑,并在部分公共建筑中采用了垂直遮陽(yáng)板、水平遮陽(yáng)板等外遮陽(yáng)措施,在玻璃的選材上采用了熱反射鍍膜玻璃等節(jié)能玻璃。
 
  2.2 分布式能源系統(tǒng)
 
  廣州大學(xué)城的分布式能源系統(tǒng)由分布式能源站、區(qū)域供冷系統(tǒng)和集中生活熱水系統(tǒng)組成。
 
 
  分布式能源站是廣州大學(xué)城分布式能源系統(tǒng)的核心,能源站天然氣為燃料,規(guī)劃設(shè)計(jì)建設(shè)4 套78MW等級(jí)燃?xì)? 蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。首期2 套機(jī)組于2009 年10 月投產(chǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì),其功能是滿足大學(xué)城區(qū)(含10 所大學(xué)和中心商務(wù)區(qū))對(duì)熱、冷等多種能源的需求。但由于體制等客觀原因,能源站目前未能實(shí)現(xiàn)向大學(xué)城區(qū)域內(nèi)直接供電,其發(fā)電通過(guò)110kV 電纜接入電網(wǎng)。
 
  能源站余熱鍋爐尾部的煙氣余熱用于制備生活熱水和1# 冷站(規(guī)劃中)及能源站站內(nèi)空調(diào)主機(jī)生產(chǎn)空調(diào)冷凍水。能源站的一次能源天然氣得到了梯級(jí)綜合利用,系統(tǒng)的能源利用效率達(dá)到80%以上,達(dá)到了高效節(jié)能、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、控制污染、改善環(huán)境的目的。
 
  2)區(qū)域供冷系統(tǒng)
 
  大學(xué)城區(qū)域供冷系統(tǒng)采用先進(jìn)的冰蓄冷技術(shù),規(guī)劃總裝機(jī)容量為10.6 萬(wàn)冷噸,包含由4 個(gè)冷凍站及相對(duì)應(yīng)的冷凍水枝狀管網(wǎng)、末端換熱間組成的4 個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。目前已建成并運(yùn)行2#、3#、4# 冷站及相應(yīng)的管網(wǎng),裝機(jī)容量7.7 萬(wàn)冷噸。用戶包括十所高校、廣東科學(xué)中心、北亭廣場(chǎng)、數(shù)字家庭和數(shù)字電視產(chǎn)學(xué)研孵化基地、南國(guó)會(huì)國(guó)際會(huì)議中心等。冷站冷量通過(guò)末端換熱間內(nèi)的板式換熱器送往各單體建筑內(nèi)的末端空調(diào)系統(tǒng)。末端換熱間已建成300 余間,內(nèi)設(shè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等自控裝置及冷量計(jì)費(fèi)裝置,末端板換間與冷站、冷站與冷站之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)形成自控傳輸網(wǎng)絡(luò)。
 
  3)集中生活熱水系統(tǒng)
 
  廣州大學(xué)城集中生活熱水系統(tǒng)由熱水制備站、一次熱水主干管網(wǎng)、分散熱力(加壓)站、二次熱水管網(wǎng)及單體熱水系統(tǒng)組成,為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。
 
  熱水制備站熱源主要為分布式能源站余熱鍋爐煙氣余熱換熱制備60℃生活熱水送往分散熱力站。
 
  用戶用水終端采用預(yù)付費(fèi)IC 卡水表計(jì)量,少數(shù)團(tuán)體用戶采用機(jī)械式水表總表計(jì)量。
 
  2.3 能源供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)模式
 
  經(jīng)市政府批準(zhǔn),廣州大學(xué)城建設(shè)指揮部辦公室在建設(shè)期組建了全資國(guó)有企業(yè)廣州大學(xué)城投資經(jīng)營(yíng)管理有限公司及其子公司廣州大學(xué)城能源發(fā)展有限公司,負(fù)責(zé)區(qū)域供冷項(xiàng)目和集中生活熱水項(xiàng)目的投資和運(yùn)營(yíng)管理,項(xiàng)目建設(shè)則委托大學(xué)城指揮辦負(fù)責(zé)。兩公司本著“服務(wù)高校師生,服務(wù)大學(xué)城”的宗旨,確保區(qū)域供冷系統(tǒng)、集中生活熱水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,為大學(xué)城近20 萬(wàn)師生提供空調(diào)冷凍水和生活熱水服務(wù)。
 
  2007 年底,廣州大學(xué)城能源發(fā)展有限公司與中國(guó)華電新能源有限公司合作,成立廣州大學(xué)城華電新能源有限公司,由該項(xiàng)目公司負(fù)責(zé)大學(xué)城能源站的投資、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理。
 
  3 廣州大學(xué)城能源規(guī)劃實(shí)踐的思考
 
  廣州大學(xué)城區(qū)域能源規(guī)劃的研究取得了一些令人矚目的成果,這些成果對(duì)大學(xué)城的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用。作為廣州大學(xué)城能源項(xiàng)目的建設(shè)者和運(yùn)營(yíng)管理者,幾年來(lái)在項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理中,對(duì)區(qū)域能源規(guī)劃有一些切身體會(huì)和思考。
 
  1) 區(qū)域能源規(guī)劃與該區(qū)域的總體規(guī)劃功能與定位是密不可分的。廣州大學(xué)城區(qū)域能源規(guī)劃對(duì)廣州大學(xué)城作為高校園區(qū)的功能以及作為廣州市城市空間發(fā)展格局中生態(tài)敏感區(qū)的定位的把握是非常準(zhǔn)確的,為此明確提出了能源規(guī)劃的指導(dǎo)思想,即節(jié)能、高效、生態(tài)環(huán)保以及建立與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的能源管理運(yùn)營(yíng)體系。
 
  2) 區(qū)域能源負(fù)荷特點(diǎn)的把握及負(fù)荷大小的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是區(qū)域能源規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)。廣州大學(xué)城作為高校園區(qū),能源消耗主要群體為高校師生,因此,大學(xué)城的能源負(fù)荷特點(diǎn)是峰谷差大,存在季節(jié)(寒暑假)、晝夜的不平衡。針對(duì)這些負(fù)荷特點(diǎn),能源站燃機(jī)設(shè)備選擇航改型輕型機(jī)。航改型輕型機(jī)啟停快,機(jī)組由4 臺(tái)燃機(jī)組成,并可單臺(tái)、多臺(tái)運(yùn)行,在不同負(fù)荷下運(yùn)行均可獲得較高的運(yùn)行效率,較好滿足了大學(xué)城供熱負(fù)荷需求。區(qū)域供冷系統(tǒng)采用了冰蓄冷技術(shù),實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的移峰填谷。負(fù)荷預(yù)測(cè)方面廣州大學(xué)城電力負(fù)荷預(yù)測(cè)[5]對(duì)校區(qū)用電負(fù)荷采用分類建筑綜合用電指標(biāo)計(jì)算用電負(fù)荷,對(duì)其它如保留村則按人均綜合用電指標(biāo)法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)??照{(diào)負(fù)荷的預(yù)測(cè)是通過(guò)不同類別建筑空調(diào)需求的調(diào)查統(tǒng)計(jì),在對(duì)日逐時(shí)負(fù)荷分析的基礎(chǔ)上,采用全年逐時(shí)冷負(fù)荷軟件計(jì)算,在掌握一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律的基礎(chǔ)上,確定不同功能區(qū)域的空調(diào)合理同時(shí)使用系數(shù)[6]。
 
  但幾年來(lái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明,空調(diào)實(shí)際使用負(fù)荷與預(yù)測(cè)負(fù)荷還是存在一些差距。
 
  3)具體分析區(qū)域內(nèi)的地理環(huán)境、生態(tài)環(huán)境條件以及氣象條件,因地制宜地選擇區(qū)域內(nèi)供冷供熱等能源產(chǎn)品的供應(yīng)方式。
 
  4)區(qū)域能源規(guī)劃實(shí)施離不開(kāi)國(guó)家能源政策、法規(guī)的支撐。2010 年3 月,廣東省物價(jià)局批復(fù)對(duì)大學(xué)城投資經(jīng)營(yíng)管理有限公司等兩家單位試行蓄冰電價(jià),使得大學(xué)城區(qū)域供冷蓄冰運(yùn)行具有合理的經(jīng)濟(jì)性;廣州大學(xué)城分布式能源站的建設(shè)規(guī)劃,一直得到省、市政府的關(guān)注和支持,為能源站的市場(chǎng)定位問(wèn)題,省政府多次組織協(xié)調(diào),認(rèn)為能源站的建設(shè)是解決廣東省乃至全國(guó)能源面臨的效率、結(jié)構(gòu)、安全、環(huán)境等問(wèn)題所做的一次積極的探索和嘗試[7]。2006 年省政府批復(fù)了《廣州大學(xué)城分布市能源站供電改革試點(diǎn)方案》, 2008 年南方冰雪災(zāi)害造成部分城市大面積停電的現(xiàn)實(shí),已使有識(shí)之士更加迫切地感受到分布式能源是解決區(qū)域能源供應(yīng)可靠性的有效途徑??紤]到區(qū)域供冷、分布式能源帶來(lái)的環(huán)境效益和其它社會(huì)效益,政府如果在天然氣價(jià)格上對(duì)其給予適當(dāng)優(yōu)惠,同時(shí)適當(dāng)引導(dǎo)區(qū)域內(nèi)用戶使用分布式能源系統(tǒng)提供的產(chǎn)品,那將是對(duì)分布式能源的有力支持。因此,能源規(guī)劃更期待國(guó)家政策、法規(guī)的突破。