区域能源系统应用效果与适用条件

区域能源系统应用效果与适用条件

崔继敏

滕州市工程建设监理技术服务中心山东滕州277599

摘要：区域能源（DistrictEnergy）是区域供热、区域供冷、区域供电以及解决区域内能源需求的能源系统和它们的综合集成的统称。区域可以是行政划分的城市和城区，也可以是特指的开发区、园区、商业区、居住区和建筑群。区域能源技术的核心目标是，在满足区域能源合理需求的前提下，综合考虑区域能源条件和资源条件，综合应用各类区域能源方式，从而最大限度地降低区域内能源消耗、降低有害物排放、获得最佳经济与社会效益。

关键词：区域能源；应用现状；主要优势；应用效果

1概述

我国早期发展的区域能源技术以北方的区域供热和热电联产为主，之后，区域供冷得到了较大发展。近年来，随着区域能源系统形式的多样化，各类可再生能源技术、余热利用技术和冷热电三联供技术得到更多的区域级应用，区域能源的概念也受到更多关注。

一些研究认为，区域能源系统具有节能环保、能源供应安全可靠、削峰填谷、以丰补歉等优点，可将区域能源系统作为节能、先进的能源供应方式在我国大范围推广，但有些学者则持谨慎态度。本文从区域能源系统（本文主要研究对象为区域供冷系统、天然气冷热电三联供系统）在我国应用现状出发，对区域能源系统的应用效果及优势、存在问题进行分析，提出适用性条件。

2应用现状及效果

2.1应用现状

在我国具有代表性的区域供冷项目有北京中关村、广州大学城、上海世博园等。天然气冷热电三联供系统虽然在我国起步较晚，单子北京、上海、广东、四川等地发展相对较快。我国最早在上海应用天然气冷热电三联供系统，从20世纪90年代中期至2011年底，上海共实施了26个天然气冷热电三联供项目，总装机容量超过14MW。2004年，北京市第一个天然气冷热电三联供项目（燃气集团大楼天然气冷热电三联供项目）投入运行，至2012年8月，北京市已建成及在建天然气冷热电三联供项目共8个，装机总容量达到12425KW。据不完全统计，截至2012年，我国天然气冷热电三联供系统的总装机容量约540X104KW。

2.2应用效果

目前，国内已有大量区域能源系统投入使用，我国长江以南地区已经出现几十万平方米甚至上百万平方米的区域供冷项目，但实际运行效果并不理想。广州大学城区域供冷项目在运行过程中系统随负荷变化的调节能力差，冷量损失比较严重；供冷半径大，单位冷量输配能耗高。北京燃气集团大楼的天然气冷热电三联供系统在2007年以前采取孤岛运行模式，2007年以后执行发电并网运行。发电机组长时间在低负荷率下运行，年平均发电效率低于30%。系统不能兼顾电负荷变化和热负荷变化，在热负荷较低时段造成大量余热浪费，导致系统综合能效偏低，年平均能源综合利用率为60%~67%，没有达到CJJ145—2010《燃气冷热电三联供工程技术规程》第1.0.5条的要求（联供系统年平均能源综合利用率应大于70%）。

3优势及存在问题

3.1主要优势

国内持积极态度的专家认为区域能源系统具有以下优势：充分利用区内建筑的同时使用系数和负荷参差率，降低设备装机容量，综合利用可再生能源与常规能源，提高供能可靠性，实现能源品位对应、循环利用、梯级利用，减少污染物排放，降低能耗。可实现集中优化管理、智能化控制，降低维护成本。特别是天然气冷热电三联供系统相对于传统集中发电方式，用规模较小的发电设备和供冷热设备，靠近用户侧布置，无须建立配电站，输送损失小，可随负荷需求变化灵活调节，提高了能源供应的安全性、可靠性和灵活性。

3.2存在问题

①天然气供应条件

一些学者反对采用以天然气为主要燃料的冷热电三联供系统，主要原因是我国天然气资源较为缺乏，而煤的储量丰富，化石能源储备结构决定未来较长时间内，煤仍然是我国主要的能源。专家预测，即使到2050年，煤仍将占我国一次能源生产和消费比例的50%以上。

②环境影响

江亿等人研究认为控制氮氧化物（NOx）的排放量是缓解颗粒物污染的关键，而天然气分布式能源系统并不能显著降低氮氧化物排放。天然气的大量开采和应用也将导致温室气体（甲烷）的排放。区域供冷系统在利用海水、江水作为低位冷源时，温升对水体环境和微生物可能会带来影响。

③用能侧负荷条件

朱颖心等人从负荷特征、冷热源和输配系统总结区域供冷与区域供热的本质区别，了解了为何集中供热系统在我国有很长时间成功的应用历史，而区域供冷系统不具有节能优势，其中负荷条件是二者存在根本性差别的首要原因，北方建筑有稳定的热负荷，而供冷条件下建筑冷负荷具有变化大、变化快的特点。负荷预测是能源系统设计的基础，对未来负荷需求的预测往往偏大，而且在设计阶段只能根据建筑的功能分析其能耗特点，难以考虑室内人员和设备对负荷的影响。比实际偏大的负荷预测值再乘以安全系数，使配置的机组容量偏大，机组长时间在部分负荷下运行，天然气冷热电三联供系统需要在一定的热电比下才能实现高效运行，负荷变化时系统很难兼顾电负荷变化和热负荷变化，存在能量浪费情况。

④能源利用率

江亿认为国内不适合大规模推广区域供冷技术，主要原因在于：区域供冷往往采取小温差大流量运行，循环泵耗电量高，循环泵发热量将造成冷水的温升，造成冷量损失大。天然气冷热电三联供系统能够达到的发电效率为40%左右，远低于发电效率为55%的燃气-蒸汽联合发电系统，过渡季单纯发电使烟气余热浪费，能源利用率低。

4区域能源系统适用条件

①供能区域的负荷特性

区域能源系统适宜应用于具有高负荷密度且具有一定负荷规模的中央办公区、商业区、医院和第三产业集中区等区域。

住宅建筑的负荷需求一般有间歇性的特点，同时使用率低，除少数高档小区外，一般不适宜单独采用区域能源系统。利用区域能源系统的住宅建筑应考虑与其他类型建筑形成最佳配比，利用负荷参差率使区域形成较稳定的负荷需求，系统配置也应考虑调峰技术。

酒店几乎在全年都有供冷或供热需求，在其他建筑没有供冷、供热需求的过渡季，仍需要对酒店供冷供热，但需求量占峰值负荷的比例非常低，而区域能源系统需要维持运行以满足酒店需求，机组和输配系统运行效率难以提高。

②可再生能源、余热、废热的富集程度

区域能源的目的是最大限度减小常规能源消耗。在对环境无较大影响的前提下，规模化利用集中、大量、容易获取的可再生能源和余热、废热等低品位能源，实现能源梯级利用、品位对应，提高能源利用率，降低常规能源消耗。

③输配能耗

区域能源应有先进的运行管理措施，应对负荷变化有较强的调节能力，系统能始终保持高效运行。国外成功的区域能源系统都配有先进的智能化控制系统，能源系统随用户负荷需求的变化及时对供应参数进行调整，使供应侧与需求端达到最佳匹配。目前，我国在智能化控制方面技术比较落后。

结语

区域能源系统有一定的节能减排效果，但不是在全国范围普遍适用，需要在适宜的条件下才能发挥优势。这包括，区域内的建筑有较稳定的冷、热、电负荷需求，负荷密度高，且有一定的负荷规模。区域内有充足的能源供应，有大量、集中、容易获取的可再生能源、余热、废热。区域能源系统应采取尽可能大的供回水温差，适宜的供应半径，使得输配能耗控制在合理范围。先进有效的运行管理措施，也是区域能源系统应关注的内容。在适宜条件下应用区域能源系统能发挥其经济、节能效益，不应被全盘否定，也不能不顾区域条件全面铺开，区域能源系统在一定条件下有其存在的必要性。

参考文献：

[1]徐伟，孙宗宇，冯晓梅，等.区域能源技术的发展现状与展望［J］.建筑科学，2013(10)：85-89，105.

[2]龙惟定，白玮，梁浩，等.低碳城市的能源系统［J］.暖通空调，2009(8)：79-84，127.

[3]龙惟定.建筑节能管理的重要环节——区域建筑能源规划［J］.暖通空调，2008(3)：31-38.