夏热冬冷地区区域能源模式

【摘要】为实现“夏冷冬热”的目标，坚持绿色发展，在低碳环保前提下，通过清洁能源利用，既能满足人们对温度舒适的需求，又能为国家“双碳”目标做出贡献。基于此，文章以合肥滨湖科学城区域能源项目为例，首先介绍了项目概况，指出项目运行期间的不利因素及其解决措施，进一步展开项目供能数据分析及效果总结，以此了解多能互补新能源模式在夏热冬冷地区中的适用性。

【关键词】夏热冬冷地区；区域能源模式；新能源

1引言

在“双碳”目标下，滨湖科学城区域能源项目根据当地夏热冬冷的特征，提出多能互补模式，通过地下热能利用，结合冰蓄能等储能应用，解决夏热冬冷地区冷热能源供用难题。

2项目概况

2.1基本情况合肥滨湖科学城区域能源项目位于合肥滨湖新区，东面、西面分别为上海路、徽州大道，整个区域能源项目供能区域面积17.8km2，区域能源项目所处区域具有夏热冬冷特征，项目搭建了多能互补模式，采用地源热泵、污水源热泵、水蓄能、冰蓄冷、天然气三联供等能源供应形式，设置三个能源站（分布情况如图1所示），形成“三站环网”，互为补充，保障能源供应稳定性，同时，三个能源站通过室外区域环网（供水网、回水网）互相沟通，合理高效地为用户提供能源，此外，三个能源站主要位于城市公园之中，采用地下为主的设计方式，顶层覆绿，与周围公园景观相协调。图1滨湖2.2各能源站供能分布1号能源站、2号能源站、3号能源站均以地下建筑为主，均采用模块化设计。①1号能源站，最大供冷能力、最大供热能力分别为84.5MW、46.9MW。②2号能源站，最大供冷能力、最大供热能力分别为54.4MW、31.6MW。③3号能源站，最大供冷能力、最大供热能力分别为47.9MW、50.9MW。三个能源站均采用多能互补模式并行设置，对区域范围内的能源配置进行了优化，且所应用的多元化供能形式均具有可再生能源或清洁能源，能够有效减少标煤使用量、二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物排放量[1]。2.3用户组成该项目用大温差供回水设计，以此提高能源利用率，夏季与冬季的供回水温度标准分别为4℃/12℃、56℃/42℃。区域能源项目用户业态主要为场馆、办公、住宅、学校、综合体、商业、公寓，各用户用能时间存在差异，故项目推进期间，以用户用能时间和用能负荷为依据展开分期推进建设。

3能源站项目运行初期不利因素及其解决措施

3.1不利因素项目推进运行期间仅3号能源站投入使用，因此遇见的不利因素均集中在初期。1）初期用户较少在项目运行初期，用户数量相对较少，初期仅有八个，且主要用能时间集中在白天，对初期用户供能数据进行统计，实际供能面积为51.1万㎡，距3号站最大供能面积150万㎡尚有一定差距，初期运行时用能负荷小，实际供能负荷仅占34%[2]。2）供能形式单一3号能源站运行初期的能源形式包括地源热泵水蓄能、天然气冷热电三联供、冰蓄冷，且能源站各个能源模块均按照用户用能量分期建设，在初期阶段，因用户用能负荷较小，三联供系统与水蓄能罐尚未构建，仅运用冰蓄冷系统、地源热泵系统进行供能，形式单一，限制了供能调节效果[2]。3）管网输送距离远室外环形主管网DN已达到1000mm以上，总长度超20km，供能分散且管网庞大。安徽老年大学与合肥佳源广场距离较远，单程输送距离已超过8km。3.2解决措施3.2.1夜间管网蓄能3号能源站地源热泵借助电能运行，运行初期，3号能源站为工商业用电，按照当地电网峰谷调节蓄能模式，23:00～次日8:00为电网低谷，此时电价最低，为避免因用户数量较少带来的效益不足问题，可利用低谷电进行夜间管网蓄能，以此降低区域能源项目运行成本，并可起到改善电网负荷率的作用。水蓄能罐在项目初期尚未投入使用，通过夜间管网蓄能的方式可保障夏季蓄冷量与冬季蓄热量。3.2.2调节峰时流量随着用户开始用能，管网水温会出现分段不均匀情况，且因部分用户供能距离较远，用户使用后会出现回水滞后的情况[3]。为解决上述问题，采用峰时流量调节的方式减少高峰用电。以夏季为例，机组于晚上充分运行，进行室外大管网蓄能，早上用户于6:30开始用能，此时早晨负荷较低，通过降低流量延后用户使用回水达到3号能源站的时间，以此降低上午峰时运行负荷。在12:00-17:00平段，则增大流量，充分运用管网内剩余蓄能；超过17:00后，部分公建用户开始停止用能，此时负荷出现降低趋势，可借助供水超前特性降低机组下午峰时（17:00-22:00）运行负荷，以此降低减少高峰用电[3]。3.2.3负荷动态调整在合肥滨湖科学城区域能源项目初期阶段，以峰时电价为依据展开负荷调节，使用多个谷段电量，对区域范围内平段电量、峰时电量的使用，通过负荷动态化调节，降低用电成本[4]。在项目开展期间，采用负荷预测与动态调整的形式调节平段用电与峰时用电，对项目运行期间的用户每小时用能量、每日天气状况等数据进行记录分析，依据当日用能数据与次日天气预报，对用户次日用能量及能源站次日耗电量进行预测，以预测结果为指导运行能源站机组。

4项目供能数据分析及效果总结

4.1数据分析4.1.1日用量分析合肥滨湖科学城区域能源项目2020年~2021年度夏季冷量日用量七月与八月的负荷较大，其中8月5日至8月20日出现了最大冷负荷，而此时当地室外最高温度约40℃。而冬季1月份整体热量负荷较大，1月6日至1月11日之间的最大热负荷出现峰值，此时当地室外最低温度逼近-10℃。4.1.2用电量分析对合肥滨湖科学城区域能源项目运行期间的全年用电量进行总结，2020年~2021年度达到891.5万kW·h，其中高峰用电量、平段用电量、低谷用电量分别占9.79%、19.33%、70.88%，项目运行时绝大部分用电量产生在低谷阶段，有效控制了用电成本。4.1.3能效比及耗损时项目地源热泵模块能效比夏季与冬季分别为4.0与3.3，夏季与冬季的损耗分别为39%、38.5%，受到各类干扰因素影响，并未有效降低系统损耗，由此可见，调整运行策略无法切实降低系统损耗，在项目后续运营中，仍需进一步调整。4.2效果分析项目运行前期受到各类不利因素影响出现了较大损耗，运行策略虽然无法切实降低系统损耗，但却显著减少了用电成本，提升了经济效益。随着项目用户的增加，用能负荷增大，且项目能源站与功能模块建设完工，此时多能互补模式优势逐渐显现，并可借助三个能源站就近响应用户用能需求，缩减输送距离，减少系统损耗，能效比提升，该区域能源模式的低碳节能、多能互补节能特征愈发显著[4]。4.3.1低碳环保在合肥滨湖科学城区域能源项目中，采用的能源方式均为可再生能源或清洁能源，低碳环保优势显著，经项目建成投运后分析，每年可减少排放二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫分别16.9万t、2400t、4800t，并节省标煤6.5万t。4.3.2稳定可靠多能互补形式极大提高了供能稳定性，以环状管网为纽带衔接三个能源站，使能源能在区域范围内互为保障、互为补充。此外，区域能源基础能源形式为水源、地源等可再生能源热泵，依据项目用户业态特征对蓄能系统进行合理配置，同时以天然气、太阳能为补充，根据运行数据分析，热泵建议按照区域能源总负荷合理配置，在60%左右比较经济，以此可保障系统稳定性，且提升项目经济效益。4.3.3节能突出在多能互补能源模式中，实现“1+……+1≪N”的节能目标，项目区域能源系统大幅降低设备购置费、用户机房面积、配电容量投资，且能源站能够实现多能互补与集中供应，减少供能设备冗余，提高节能特征。为保障节能效益，建议合肥区域将冬季供暖温度控制在45℃～50℃之间，运用燃气锅炉进行调峰，保障用暖需求的同时突出能源站节能环保效益。4.3.4缓解用电压力该项目而配电容量分散，降低了系统配电容量，有效缓解区域电力供应压力，在冰蓄冷系统、水蓄能系统的协同应用下，对区域峰谷用电负荷做了调节。4.3.5结合景观绿化合肥滨湖科学城区域能源项目的三个能源站建立在公园内，多为地下设施，建筑顶部运用景观绿化进行装饰，与公园内景观相互协调，在能源站与公园地面景观衔接处搭建新能源科普长廊，丰富了当地科普资源景观，并有效展示项目效益，此外，能源站位于地下，不占用地上土地资源。

5结语

综上，合肥滨湖科学城区域能源项目现已运行两年，其环保效益显著，符合新时代“双碳”目标要求，符合以人为本理念。通过搭建三个能源站实现能源站之间互为补充，满足用户不同需求，并缩短供能距离，使能效比大幅提升，降低供能成本，使低碳节能特征更为显著。

作者：尹文亮 单位：合肥市滨湖新区建设投资有限公司