一種基于能源塔熱泵技術(shù)應(yīng)用的綜合智慧能源站

王兒龍

國(guó)電投零碳能源（南京）有限公司 江蘇 南京 210000

能源綜合服務(wù)的高效利用是實(shí)現(xiàn)低碳園區(qū)的關(guān)鍵，也是建筑節(jié)能的重點(diǎn)，低碳園區(qū)的建設(shè)是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的重要戰(zhàn)略選擇和行動(dòng)載體。國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略計(jì)劃逐年下達(dá)，各級(jí)政府在城市建設(shè)相關(guān)政策中不斷深化落實(shí)，并成為創(chuàng)優(yōu)評(píng)價(jià)不可或缺的要求。

南方在應(yīng)對(duì)低溫寒流時(shí)易形成電力和天然氣負(fù)荷高峰，引發(fā)能源供應(yīng)缺口。綜合智慧能源站可有效提升可再生能源應(yīng)用比重，提高能源系統(tǒng)利用效率，減低區(qū)域性能耗，對(duì)改善生態(tài)、保護(hù)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)節(jié)省區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)能源設(shè)施的總投資。本文針對(duì)某文化設(shè)施景區(qū)建設(shè)為例，通過綜合智慧能源站的建設(shè)分析，總結(jié)出合理的建設(shè)模式，為其他項(xiàng)目的建設(shè)提供參考。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于無(wú)錫市，項(xiàng)目總建筑面積135800㎡，供能面積約114785㎡，項(xiàng)目以?shī)蕵肺幕O(shè)施、酒店建筑為主。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 綜合智慧能源站

綜合智慧能源站，像城市給水、電力一樣是一項(xiàng)公用事業(yè)，是城市的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是為了滿足某一特定區(qū)域內(nèi)建筑群落的集中供冷、供熱需求，由專門的區(qū)域能源中心站集中制備冷水、熱水等，通過區(qū)域管網(wǎng)進(jìn)行供給的一個(gè)或多個(gè)中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)。

2.2 能源塔熱泵技術(shù)

能源塔熱泵是一種外觀呈塔形，以空氣為熱源，通過塔體與空氣的換熱作用，實(shí)現(xiàn)制冷、供暖以及提供生活熱水等多種功能的新設(shè)備（見圖1工作原理圖）。能源塔熱泵系統(tǒng)的熱源雖然也來自空氣，但它有別于傳統(tǒng)空氣源熱泵從空氣中獲取能量的方式，而是利用熱泵主機(jī)將能源塔從空氣中吸收的低品位熱源用于制冷、供暖和提供生活熱水。在夏季，能源塔熱泵機(jī)組把能源塔作為冷卻塔，利用水的蒸發(fā)散熱，能效比可達(dá)5.0以上；在冬季，能源塔熱泵機(jī)組利用冰點(diǎn)低于0℃的載體介質(zhì)，高效提取-9℃以上、相對(duì)濕度較高的低溫環(huán)境下空氣中的低品位熱能進(jìn)行供熱，解決了傳統(tǒng)空氣源熱泵冬季結(jié)霜的問題，省去了傳統(tǒng)空氣源熱泵的電輔助加熱[1]。

圖1 能源塔熱泵系統(tǒng)工作原理圖

能源塔熱泵的工作原理是：通過水和空氣之間的熱質(zhì)交換將空氣中的熱量傳遞給水。冬季利用冰點(diǎn)低于0℃的介質(zhì)提取空氣中的低品位熱源，通過向能源塔熱泵機(jī)組輸入少量電能來高效提取空氣中水蒸氣凝結(jié)為水時(shí)所放出的潛熱，達(dá)到制熱目的；夏季制冷時(shí)，為熱泵機(jī)組的冷凝器提供冷卻水，作為高效冷卻塔使用。另外，在春秋季節(jié)，能源塔作為熱源可用來制取生活熱水[2]。

能源塔的核心技術(shù)是溶液濃縮裝置。冬季陰雨連綿期間，能源塔防凍液膜直接與空氣進(jìn)行顯熱與潛熱交換的同時(shí)，凝結(jié)了空氣中的水分，使防凍溶液濃度降低，冰點(diǎn)上升。而濃縮裝置的作用是將稀釋的防凍液濃縮，使冰點(diǎn)下降。

2.3 項(xiàng)目資源條件分析

通過資源條件分析，項(xiàng)目技術(shù)方案比選如下（表1）：通過上述資源條件分析，本項(xiàng)目選用能源塔熱泵技術(shù)建設(shè)綜合智慧能源站為項(xiàng)目提供集中供冷供熱服務(wù)。

3 項(xiàng)目實(shí)施方案

3.1 建設(shè)模式研究

業(yè)主自建：空調(diào)系統(tǒng)由項(xiàng)目業(yè)主方自建，根據(jù)項(xiàng)目資源條件考慮采用溴化鋰機(jī)組供冷+蒸汽供熱的能源形式，此種供能形式初投資較大，后期運(yùn)行費(fèi)用較高。

第三方專業(yè)能源服務(wù)公司投資建設(shè)：由第三方專業(yè)能源服務(wù)公司投資建設(shè)綜合智慧能源站，并由其負(fù)責(zé)后期的運(yùn)行維護(hù)，項(xiàng)目合作期30年。

項(xiàng)目的收費(fèi)模式采用兩部制原則：接入費(fèi)+能源使用費(fèi)。

業(yè)主選擇第三方專業(yè)能源服務(wù)公司來為其提供優(yōu)質(zhì)的冷熱源服務(wù)。其中，收取的接入費(fèi)用低于業(yè)主自建空調(diào)系統(tǒng)的初投資，后期收取的能源使用費(fèi)也遠(yuǎn)低于自建空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，可節(jié)約較大的運(yùn)行成本。同時(shí)第三方專業(yè)能源服務(wù)公司憑借其自身專業(yè)的技術(shù)能力、成熟的運(yùn)維能力為用戶可提供智慧、綠色、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的能源服務(wù)。

3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)測(cè)算邊界條件如下：

采用第三方專業(yè)能源服務(wù)公司建設(shè)綜合智慧能源站的形式需接入費(fèi)+能源使用費(fèi)：

接入費(fèi)：180元/㎡（按供能建筑面積計(jì)）

供冷、供熱能源使用費(fèi)：0.55元/kwh（按實(shí)際能源使用量計(jì)）

蒸汽費(fèi)用：330元/t

項(xiàng)目建設(shè)初投資對(duì)比分析如下（表2）：

表2 初投資費(fèi)用對(duì)比分析

項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比如下（表3）：

表3 運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比分析

由上述對(duì)比分析可得，項(xiàng)目由第三方建設(shè)綜合智慧能源站比自建空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)投資及后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用均有較大的節(jié)約。

經(jīng)測(cè)算，項(xiàng)目動(dòng)態(tài)投資回收期12.09年（所得稅后），所得稅前項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率11.6%，所得稅后內(nèi)部收益率8.73%。

4 總結(jié)與思考

本項(xiàng)目擬采用綜合智慧能源站實(shí)施集中空調(diào)供冷、空調(diào)供熱、供衛(wèi)生熱水，有利于優(yōu)化和改善景區(qū)能源利用結(jié)構(gòu)，提升景區(qū)生態(tài)建設(shè)水平。工程符合區(qū)域發(fā)展要求，對(duì)改善區(qū)域的空氣質(zhì)量，節(jié)約能源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益等均有明顯的作用。相較與用戶自建蒸汽溴化鋰+蒸汽供熱系統(tǒng)，年可實(shí)現(xiàn)節(jié)約標(biāo)煤1148.1噸，節(jié)約二氧化碳排放量3951.5噸。

本項(xiàng)目采用了可再生能源技術(shù)——空氣源，可再生能源利用比例100%，利用熱泵系統(tǒng)將低品位的空氣能進(jìn)行利用，空調(diào)系統(tǒng)夏季能源塔熱泵、風(fēng)冷熱泵綜合系統(tǒng)COP為4.0以上；冬季能源塔熱泵、風(fēng)冷熱泵綜合系統(tǒng)COP為2.8以上。

項(xiàng)目投資動(dòng)態(tài)投資回收期12.09年（所得稅后），所得稅前項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率11.6%，所得稅后內(nèi)部收益率8.73%。

綜合可見，在本項(xiàng)目中采用綜合智慧能源站系統(tǒng)為項(xiàng)目提供供冷、供熱及供生活熱水服務(wù)，可以獲得很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保特性，具備實(shí)施的前提條件。