大灣區(qū)某金融城區(qū)域能源系統(tǒng)規(guī)劃研究

張淵晟

（廣州匯錦能效科技有限公司，廣東 廣州 510080）

0 引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展加速，建筑領(lǐng)域用能與碳排放持續(xù)增長[1]。2020年建筑與建造全過程碳排放占全國碳排放比重的50.9%，位列行業(yè)之首[2]。區(qū)域能源是提高能源利用效率的有效方式，通過熱、冷以及電能在生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換、供應(yīng)與消費(fèi)等環(huán)節(jié)協(xié)同配合與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)“節(jié)流”和“開源”。對于氣候炎熱、夏季制冷負(fù)荷大、公共建筑密度高的大灣區(qū)商務(wù)中心區(qū)域，集中供冷是降低城市運(yùn)行成本的有效手段之一，是降低二氧化碳排放的關(guān)鍵因素[3]。

文獻(xiàn)[4]結(jié)合廣州某新城片區(qū)改造，在預(yù)測供冷負(fù)荷的基礎(chǔ)上提出普通電制冷方案以及冰蓄冷方案，對比分析結(jié)果表明，冰蓄冷能源站系統(tǒng)全年工況下運(yùn)行成本為29.93元/m2，是傳統(tǒng)常規(guī)能源站運(yùn)行成本的71%。文獻(xiàn)[5]結(jié)合深圳某區(qū)域集中供冷項(xiàng)目，對外融冰蓄冷系統(tǒng)在區(qū)域集中供冷建設(shè)中需要注意的問題進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)[6]將綜合能源智慧管理系統(tǒng)應(yīng)用于區(qū)域集中供冷，以某地金融城起步區(qū)內(nèi)能源綜合管理為例，對可調(diào)控資源進(jìn)行協(xié)同，實(shí)現(xiàn)分布式光伏電消納、儲能調(diào)峰調(diào)頻以及峰谷電價的充分利用。此外，文獻(xiàn)[7]將高效機(jī)房的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于區(qū)域集中供冷系統(tǒng)，通過管路布置、冷卻塔運(yùn)行及泵組配置等進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)[8]以重慶江北嘴CBD區(qū)域集中供冷供熱項(xiàng)目能源站為基礎(chǔ)，利用冰蓄冷等技術(shù)提出了集中供冷能源站的運(yùn)行模式，并降低了項(xiàng)目的能耗。文獻(xiàn)[9]以廣東省某數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園的集中供冷改造為例，對比分析了蒸汽溴化鋰制冷系統(tǒng)和冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中供冷的經(jīng)濟(jì)性，并給出了兩種方案的適宜情況及優(yōu)先級。

綜上，已有論文對集中供冷的管理及定價機(jī)制研究較欠缺。本文結(jié)合大灣區(qū)某金融城的區(qū)域能源規(guī)劃，對冷負(fù)荷預(yù)測及時序特性進(jìn)行分析，提出區(qū)域綜合能源分階段配置方案，對項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益及綜合效益進(jìn)行評估，同時重點(diǎn)論述了現(xiàn)行集中供冷管理辦法存在的問題，可為發(fā)展區(qū)域綜合能源提供技術(shù)借鑒。

1 區(qū)域建設(shè)條件

1.1 建設(shè)空間條件

大灣區(qū)某金融城起步區(qū)域規(guī)劃面積約110萬m2，總建筑規(guī)劃面積約395萬m2，其建設(shè)目標(biāo)為國際高水準(zhǔn)、富有金融產(chǎn)業(yè)特色的金融中心，主要包含場站綜合體、風(fēng)情街、商務(wù)片區(qū)等。除尚處改造狀態(tài)的東南部村集體用地之外，已出讓地塊面積占比62%，尚未出讓、已有意向企業(yè)的地塊面積占比38%，具有用地規(guī)劃緊湊、建設(shè)密度大的特點(diǎn)，近期可用于新建能源項(xiàng)目的空間有限，遠(yuǎn)期可考慮區(qū)域東南部安排征地以獲取用于新建能源設(shè)施的空間。

1.2 能源利用條件

在常規(guī)能源利用方面，區(qū)內(nèi)西部規(guī)劃有新建變電站，主電網(wǎng)供能條件較好；區(qū)域處在市天然氣管網(wǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)地區(qū)，天然氣供應(yīng)條件較好。可再生能源利用方面，區(qū)域具有良好的太陽能資源稟賦，但受區(qū)域建設(shè)密度、建筑層高影響，需配合區(qū)域的建筑設(shè)計(jì)方案研究太陽能的利用方式及設(shè)備。此外，區(qū)域臨近珠江，具備自然冷源利用的基本條件，但受到水質(zhì)、水溫、管路等因素的影響，其可利用水平尚待進(jìn)一步考察。

2 區(qū)域負(fù)荷特性分析

采用負(fù)荷密度法進(jìn)行預(yù)測，起步區(qū)包括地面建筑和地下空間兩部分，其中地面建筑在飽和期的總用能量折合成電負(fù)荷預(yù)期達(dá)213 MW，飽和期總冷負(fù)荷預(yù)期達(dá)348 MW，折合約994 773 RT；地下商業(yè)通道在飽和期的總用能量折合成電負(fù)荷預(yù)期可達(dá)到12 MW，預(yù)計(jì)飽和期總冷負(fù)荷可達(dá)約19 MW，折合約5 431 RT。具體如表1所示。

表1 起步區(qū)負(fù)荷預(yù)測

3 起步區(qū)綜合能源配置規(guī)劃

綜合考慮區(qū)域的能源資源稟賦、負(fù)荷需求特征及整體建設(shè)條件，起步區(qū)規(guī)劃建設(shè)以燃?xì)馊?lián)供與雙工況集中供冷系統(tǒng)為核心，輔以光伏設(shè)施及分散式輔助系統(tǒng)，經(jīng)綜合管廊形成區(qū)域能源傳輸網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合智能監(jiān)控采數(shù)設(shè)備與智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化運(yùn)行的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)。綜合考慮負(fù)荷分布、建設(shè)時序、建設(shè)條件、安全規(guī)范、景觀要求等因素，擬建設(shè)三處集中供冷系統(tǒng)，分別為交通樞紐冷站、東部冷站與西部分布式能源站，并配合全區(qū)域適宜空間配置的分布式光伏等其他綜合能源設(shè)施，構(gòu)建高效智慧的起步區(qū)綜合能源系統(tǒng)。

3.1 交通樞紐冷站

交通樞紐冷站主體布點(diǎn)于場站綜合體建筑地下，以負(fù)荷密度高、建設(shè)時序早的場站綜合體為主要供給對象進(jìn)行集中式供冷（總冷負(fù)荷約7 385 kW，折合約2 100 RT），并通過送冷管網(wǎng)輻射交通樞紐周邊的部分地下空間（總冷負(fù)荷約4 751 kW，折合約1 351 RT）及部分風(fēng)情街建筑（總冷負(fù)荷約700kW，折合約199RT）。綜上，交通樞紐冷站規(guī)劃供冷能力約13 MW，折合約3 650 RT，項(xiàng)目采用雙工況電制冷機(jī)組，配套蓄冰系統(tǒng)，對區(qū)域負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷，輔助增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

由于站場附近建設(shè)用地有限，且對室外環(huán)境視覺及聽覺要求較高，擬挖掘可利用建設(shè)空間，采用半地下式配建冷卻塔，借助綠地植被及景觀設(shè)計(jì)對設(shè)施進(jìn)行視覺格擋及隔音，并進(jìn)行降噪處理。采用小型分散式風(fēng)冷卻塔，提升對零散空間的利用能力，降低散熱點(diǎn)集中度以緩解熱島效應(yīng)，配合噴淋式蒸發(fā)冷卻技術(shù)提升系統(tǒng)的冷卻效率，同時結(jié)合道路、隔音帶的規(guī)劃減少風(fēng)冷系統(tǒng)對周邊的噪聲影響。

3.2 東部冷站

東部冷站作為起步區(qū)東部區(qū)域的主要集中制冷站，總冷負(fù)荷約285 MW，折合約81 247 RT，規(guī)劃冷站供冷能力約290 MW，項(xiàng)目擬采用雙工況電制冷機(jī)組，配套蓄冰系統(tǒng)。

東部冷站位于起步區(qū)東南部臨江區(qū)域，用地規(guī)劃及布局具有一定靈活性，擬采用江水冷卻，將制冷機(jī)組、送冷管網(wǎng)、冷卻管網(wǎng)建于地下，冷卻塔采用半地下式建設(shè)，同時配套綠化、隔音及降噪措施。

3.3 西部燃?xì)夥植际饺?lián)供能源站

西部燃?xì)夥植际饺?lián)供能源站布點(diǎn)于起步區(qū)西部，毗鄰變電站建設(shè)?？紤]地塊空間與站體容量、冷能高效傳輸半徑，西部分布式能源站的供能范圍以站體為軸心，輻射周邊起步區(qū)內(nèi)用戶冷負(fù)荷約69 MW，折合約19 616 RT。三聯(lián)供能源站規(guī)劃供冷能力約70 MW，主要設(shè)備包括天然氣內(nèi)燃機(jī)、溴化鋰吸收式冷水機(jī)組、雙工況電制冷機(jī)組以及蓄冰槽及其配置。

西部分布式能源站建設(shè)用地毗鄰變電站用地，考慮地塊空間限制與空間的合理利用，能源站與變電站同步規(guī)劃建設(shè)、協(xié)同合理布局。同時，通過增加能源站的“內(nèi)燃機(jī)+溴化鋰”系統(tǒng)的供冷能力占比、統(tǒng)籌配建電儲能設(shè)施等方式配合變電站運(yùn)作，在能源站以集中供冷為主要功能的同時，兼顧調(diào)峰、黑啟動等功能。能源站接近珠江自然冷源并具有冷管鋪設(shè)條件，擬利用自然冷源實(shí)現(xiàn)冷卻并降低區(qū)域內(nèi)溫差，提升供冷系統(tǒng)效率。

3.4 其他綜合能源設(shè)施

3.4.1 熱泵

對于有用冷需求的同時還具有持續(xù)熱水需求的建筑體，如區(qū)域中的醫(yī)療、酒店、高端住宅等，可采用熱泵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廢能回收利用，節(jié)省化石能源投入[10]。具體配置需與其他能源設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)、設(shè)計(jì)方案等相結(jié)合、同步實(shí)施。

3.4.2 光伏

根據(jù)區(qū)域建設(shè)條件，可考慮采用屋頂光伏、薄膜光伏等空間靈活度較高的光伏技術(shù)，具體建設(shè)規(guī)模與建設(shè)形式需經(jīng)進(jìn)一步調(diào)研協(xié)調(diào)，與區(qū)域內(nèi)建筑設(shè)計(jì)方案同步實(shí)施[11]。

3.4.3 綜合管廊

綜合管廊作為區(qū)域內(nèi)能源互通、信息交互、實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源系統(tǒng)整體最優(yōu)化的必要硬件設(shè)施[12]，需要與區(qū)域其他市政設(shè)施及公共區(qū)域同步規(guī)劃、在區(qū)域建設(shè)早期啟動建設(shè)，并與區(qū)內(nèi)已出讓地塊所有方、建設(shè)方就建設(shè)方案、通道、接口、時序等事宜進(jìn)行充分協(xié)商。

3.4.4 智能終端與能源管理系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)通過接收智能監(jiān)控采數(shù)設(shè)備自供能端與用能端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，形成優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度策略并發(fā)出調(diào)控指令，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源系統(tǒng)各元素間的配合互動與全局最優(yōu)以及可視化展示，并基于云端的電力監(jiān)控實(shí)現(xiàn)能耗的分級分項(xiàng)及歷史數(shù)據(jù)對比，評估節(jié)能潛力并提供優(yōu)化用能方案，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性運(yùn)維[13]。具體系統(tǒng)建設(shè)工作應(yīng)與區(qū)域規(guī)劃、服務(wù)業(yè)務(wù)規(guī)劃同步開展。

4 集中供冷管理機(jī)制

典型區(qū)域集中供冷示范項(xiàng)目調(diào)研結(jié)果表明，區(qū)域集中供冷應(yīng)在早期列入控制性詳細(xì)規(guī)劃，項(xiàng)目作為配套基礎(chǔ)設(shè)施，控規(guī)中應(yīng)明確要求區(qū)域內(nèi)公共建筑必須使用區(qū)域供冷，在控規(guī)圖則、土地出讓條件和產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入條件中也將使用區(qū)域集中供冷作為必須條件列入其中，除有特殊用冷需求的用戶外，其他用戶原則上都要求使用集中供冷冷源。值得注意的是，管理辦法應(yīng)由行政主管部門進(jìn)行制定、印發(fā)，以確保其執(zhí)行的合法性。辦法中應(yīng)明確供冷單位與用冷單位的建設(shè)范圍、職權(quán)劃分、考核標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)內(nèi)容。對于無法使用區(qū)域供冷的特殊單位，應(yīng)明確其申請條件、申請流程，保障區(qū)域供冷管網(wǎng)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

在項(xiàng)目運(yùn)營期，定價一般由開發(fā)公司擬定組織聽證會后報送物價部門備案。為滿足不同客戶的需求，集中供冷項(xiàng)目定價常采用兩種收費(fèi)方式，某集中供冷示范項(xiàng)目價格參考如下：

（1）“接入費(fèi)”+“計(jì)量冷價”兩部制：配套服務(wù)按用戶建筑面積計(jì)，其中酒店135元/m2，辦公、學(xué)校、文體、醫(yī)院150元/m2，商業(yè)170元/m2，供冷單價0.55元/（kW·h）。

（2）單一價格制：單價0.7元/（kW·h），不收取配套費(fèi)。

（3）調(diào)價：采用與供冷單位實(shí)際用電電價聯(lián)動的雙向調(diào)節(jié)機(jī)制，即供冷單位實(shí)際平均用電電價連續(xù)三個月較基準(zhǔn)電價上漲或下降超過3%時，次月同等幅度調(diào)整供冷價格。

5 綜合效益預(yù)期

基于當(dāng)前的配置方案，項(xiàng)目配置蓄冰設(shè)施，通過夜間低谷電價蓄冰、白天高峰電價融冰供冷的形式實(shí)現(xiàn)冷負(fù)荷削峰[14]。此外，燃?xì)夥植际饺?lián)供能源站（含溴化鋰吸收式冷水機(jī)組）具有節(jié)省輸電投資、設(shè)備啟停靈活的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)削峰填谷[15]。

經(jīng)測算，以集中用冷為核心的起步區(qū)綜合能源配置方案全部建成后，減少約37.22 MW的主網(wǎng)設(shè)備容量與發(fā)電廠容量建設(shè)需求，可實(shí)現(xiàn)起步區(qū)對全社會用能負(fù)荷削峰約16.54%。其中，蓄冰系統(tǒng)的釋冷能力30 MW，溴化鋰吸收式冷水機(jī)組制冷量13 MW，燃機(jī)發(fā)電功率15.4 MW，集中供冷和溴化鋰吸收式冷水機(jī)組用戶端COP分別為3和1.1，總用能負(fù)荷（折用電負(fù)荷）225 MW。

項(xiàng)目利用冰蓄冷技術(shù)的區(qū)域集中供冷系統(tǒng)，蓄冷設(shè)計(jì)容量合計(jì)207 MW·h，利用系數(shù)0.95，每制冷設(shè)計(jì)日可轉(zhuǎn)移尖峰用電1.97萬kW·h，全年可轉(zhuǎn)移尖峰用電約393.3萬kW·h，按1 kW·h節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.328 kg、減少二氧化碳排放0.997 kg計(jì)算[4]，折合節(jié)約約1 290 t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放3 921 t。

6 結(jié)論

基于起步區(qū)的整體規(guī)劃情況與用能情況分析，該區(qū)域可分時序建設(shè)三處集中供冷站，按時序由近到遠(yuǎn)為交通樞紐冷站、東部冷站與西部燃?xì)夥植际饺?lián)供能源站，輔以光伏設(shè)施等輔助系統(tǒng)，經(jīng)綜合管廊形成區(qū)域能源傳輸網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合智能監(jiān)控采數(shù)設(shè)備與智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化運(yùn)行的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)。系統(tǒng)全部建成后，可減少約37.22 MW的主網(wǎng)設(shè)備容量與發(fā)電廠容量建設(shè)需求，對全社會用能負(fù)荷削峰約16.54%。通過冰蓄冷方式進(jìn)行集中供冷，全年可轉(zhuǎn)移尖峰用電約393.3萬kW·h，節(jié)約約1 290 t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放3 921 t。