楊春方-中深層地熱綜合零碳能源實踐.pdf

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1、中深層地熱綜合零碳能源實踐中國建筑西北設計研究院有限公司楊春方2023年3月天津目錄1.項目概況2.能源方案3.零碳能源目標實現項目共規劃 6個功能區（2個市政配套）I區占地面積：7.47萬m2。用地性質：工業用地。建筑形態：工程設計、檢驗檢測辦公樓和中試、加工廠房。II區占地面積：7.7萬m2。用地性質：工業用地。建筑形態：實驗辦公樓。III區占地面積：18.25萬m2。用地性質：工業用地。建筑形態：研發辦公、加工檢測辦公樓。IV區占地面積：9.75萬m2。用地性質：商務(辦公)、住宅用地。建筑形態：住宅和商務公寓樓。V區占地面積：12.15萬m2。用地性質：商務(辦公)用地。建筑形態：研發

2、辦公及企業展示多層、高層辦公樓。VI區占地面積：6.8萬m2。用地性質：商務(辦公)、商業用地。建筑形態：酒店、會議、會展、綜合服務、商務辦公以及商業配套。項目概況規劃總建筑面積87.2萬，其中地上建筑面積62.3萬新河濕地新河濕地污水處理廠污水處理廠公交車站公交車站高速公路綠化帶高速公路綠化帶一次能源電元/kWh峰價平價谷價均價8:0011:3018:3023:007:008:0011:3018:0023:007:000.88240.60370.32500.5天然氣元/m2.04（集中供暖）氫氣元/kg3080（工業副氫）市政熱源電廠余熱資源較遠，就近(12公里)有一燃氣熱力站供熱能力2x1

3、16MW燃氣鍋爐。地熱資源渭河盆地地熱資源豐富，國家及地方政策支持，本次作為主要供熱熱源。其他資源污水處理廠:污水日處理量：2萬m/d。氫能:園區內有氫能研究示范企業。太陽能資源：光伏全年發電量可觀。工藝余熱：實現能量梯級利用。周邊環境與能源資源淺層地熱 可再生中深層地熱 可再生西安空氣能 可再生太陽能 可再生污水余熱利用實現 零碳的途徑實現 零碳的途徑 污水余溫熱能利用 污泥熱電聯產 太陽能光伏發電 原水碳源捕集 低能耗污水處理工藝高 能 耗高 能 耗高 排 放高 排 放低 品 位低 品 位低 能 耗低 能 耗低 排 放低 排 放可 持 續可 持 續轉變轉變傳統 污水處理傳統 污水處理零碳

4、污水處理零碳 污水處理污泥熱電聯產太陽能光伏發電污水處理廠占地面積大，為太陽能光伏發電技術的應用提供了先決條件先決條件。通過外加高濃度有機食品廢物高濃度有機食品廢物(餐廚垃圾)方式與污泥厭氧共消化，產生高濃度甲烷進行熱電聯產污水余熱能約占總廢熱排放量的15%40%?？捎糜谥苓吇驈S內的供冷供熱等，以“碳交易”方式折算可抵消部分污水處理碳排放。園區利用 市政污水處理廠依托無人公交環線形成智慧交通骨架，建設1處智慧交通管理中心，對園區進行監測。應用5G+無人駕駛技術和理念，在園區建立智慧公交驛站和無人駕駛示范區，打造智慧、高效的公共出行服務?，F有規劃H2提供氫源和加氫站提供氫源和加氫站打造首個氫能公

5、交和加氫站 氫能政策支持國內已有23省市區發布氫能規劃和指導意見2019.2-禪城區新能源公交車推廣應用和公交充電設施建設財政補貼資金管理實施細則。2019.8-關于進一步推進公交優先發展戰略實施的決定。2020.3-國家發展改革委、工信部、中宣部、財政部、商務部等23個部門聯合印發了關于促進消費擴容提質加快形成強大國內市場的實施意見。2021.6-青浦區支持氫能產業發展激發“青氫”綠色動能實施辦法。2021.10-關于佛山市南海區新能源（氫能）市政、物流車輛推廣應用實施方案（2021-2024年）的通知。2021.11-關于支持本市燃料電池汽車產業發展若干政策。2022.1按照綜合運輸服務“

6、十四五”發展規劃有關工作安排，交通運輸部、公安部、商務部決定在“十四五”期持續開展城市綠色貨運配送示范創建工作，并建立有效的支持政策體系。園區利用 市政公交車（廠）02 02 能源方案 設計范圍 負荷模擬 能源模式概述 可再生資源項目需求和范圍 基本需求 拓展供需1）園區內全部 集中供熱；2）園區內部分 集中供冷（除公寓）。1）污水處理廠需：建筑供熱（冷）+污水工藝供熱；供：太陽能光伏+氫能生產、儲存+生物質供熱+蓄能（冷熱電）。2）公交車站需：建筑供熱（冷）+公交充氫（站）；供：太陽能光伏+地源儲能。3）園區供太陽能光伏+加氫燃氣（工藝、生活）污水處理廠公交車站熱負荷需求用戶冷、熱負荷需求用

7、戶拓展能源需求用戶園區現有界限 利用區域能源分析計算軟件進行能耗模擬計算。該模型對不同性質的建筑分別建立了時間指派。負荷模擬時間指派時間指派建筑信息室內設計參數室內設計參數05000100001500020000250003000011月15日11月25日12月5日12月15日12月25日1月4日1月14日1月24日2月3日2月13日2月23日3月5日3月15日熱負荷（kW）熱負荷曲線0100002000030000400005月15日5月25日6月4日6月14日6月24日7月4日7月14日7月24日8月3日8月13日8月23日9月2日9月12日冷負荷（kW）冷負荷曲線創新生態城負荷統計總建筑

8、面積（萬m2）87.2地上建筑面積（萬m2）62.3熱負荷峰值（MW）25.3單位熱指標（W/m2）40.1冷負荷峰值（MW）37.4單位冷指標（W/m2）59.3熱負荷峰值（MW）25.3冷負荷峰值（MW）37.4能源模式概述太陽能光伏城市電網電能電解槽燃料電池氫氣制氫站天然氣管網市政燃氣天然氣餐飲垃圾生物質污水處理廠生物質鍋爐鍋爐/冷機工業電用戶冷熱用戶餐飲業氫能公交需求能源來源地下地下屋頂屋頂中深層井中深層井1#能源方案概述消防水池消防水池消防水池消防水池消防水池H2淺層井淺層井中深層井中深層井太陽能光伏板（僅屋頂）太陽能光伏板（屋頂和1/3立面）市電能源站點污水源熱泵H2制氫生物質公交

9、車站光伏發電并網光伏發電并網光伏發電并網光伏發電并網市電市電光伏發電并網光伏發電并網站內設備其他：電制冷冷機 電鍋爐 集中蓄冷、熱提供氫源提供氫源中深層熱泵中深層熱泵供熱供熱供冷供冷空氣源熱泵空氣源熱泵電鍋爐電鍋爐空氣源熱泵空氣源熱泵電制冷冷機電制冷冷機用戶用戶污水源熱泵污水源熱泵淺層地源熱泵淺層地源熱泵氫燃料電池污水處理廠污水處理廠公交車站公交車站提供氫能建筑冷熱光伏場地穩定氫用戶制氫、儲氫場地光伏場地建筑冷熱工藝冷熱生物質能場地能源站能源站可再生資源-地熱資源地 熱 能 分 類地源熱泵地源熱泵換熱型中深層地熱能、地巖熱（無干擾地熱能）換熱型中深層地熱能、地巖熱（無干擾地熱能）201#中深層

10、井中深層井中深層井中深層井2#淺層井本項目擬采用兩種地熱井：本項目擬采用兩種地熱井：淺層換熱井和中深層地熱地埋井淺層換熱井和中深層地熱地埋井地熱能用于供冷供熱對比類型優勢劣勢淺層井兼顧供冷、供熱占地面積大、要避免冷熱失衡中深層水熱井成本低、供熱能力強、出水溫度高要確保滿足回灌、審批難度大中深層換熱井取熱不取水、供熱能力穩定成本相對較高井深2500m，單口換熱量420kW井深2500m，單口換熱量420kW井深200m，單口換熱量5kW可再生資源-污水源余熱利用2#2#能源站內設置能源站內設置污水源熱泵污水源熱泵系統，系統，利用污水處理余熱為園區利用污水處理余熱為園區供冷、供熱供冷、供熱污水余熱

11、利用工況季節污水供水溫度污水回水溫度夏季1530冬季155最大污水處理量20000m/天最大供熱量：4MW最大供冷量：6MW污水處理廠小區污水（原生）排放水（二級）電力（輸入）污泥（輸出）地熱和氫能余熱（過渡季和夏季）污泥供熱（冬季）污水源供熱、供冷（冬季和夏季）“低碳”拓展可再生資源-空氣能利用空氣源熱泵適用地區分為四類：低溫結霜區（西安）輕霜區 一般結霜區 重霜區優勢缺點高效節能冬夏共用無需安裝冷卻塔綠色環保、安全可靠運行的附加費用少受環境影響大除霜問題空氣的熱容量小、制熱慢。本項目本項目1#能源站所在建筑屋面上設置空氣源熱泵能源站所在建筑屋面上設置空氣源熱泵一期商業辦公建筑、兼具冷熱負荷

12、需求，且面積價值高，利用空氣源熱泵機組可以承擔調峰功能的同時節約站房面積。1#空氣源熱泵可再生資源-氫燃料電池2#污水處理廠場地開闊具備制氫、儲氫條件，擬污水處理廠場地開闊具備制氫、儲氫條件，擬在在2#設置氫燃料電池設置氫燃料電池制氫儲氫場地遠期近期裝機容量MW耗氫量萬m發電量萬kWh制熱量萬kWh1.626262262削峰填谷-集中、分布式蓄能自主專利技術：一種基于消防水池的組合式蓄冷系統1#2#擬在擬在2#設置集中蓄能水池，用于電鍋爐蓄熱及制冷設置集中蓄能水池，用于電鍋爐蓄熱及制冷機蓄冷，同時利用分散在各地塊的消防水池蓄冷機蓄冷，同時利用分散在各地塊的消防水池蓄冷集中蓄能水池消防水池消防水

13、池消防水池消防水池消防水池消防水池組合式蓄冷原理屋面的屋面的50%面積鋪設光伏組件；污水處理廠、公交場站設面積鋪設光伏組件；污水處理廠、公交場站設置太陽能光伏組件用于光伏發電。置太陽能光伏組件用于光伏發電。太陽能光伏板可再生資源-太陽能光伏系統1.光伏發電板參數2.全年發電量現有拓展類型屋頂污水廠公交車站可鋪設面積()30000200008000全年發電量(萬kWh)588392156合計(萬kWh)5885480500,0001,000,0001,500,000123456789 10 11 12發電量kWh屋頂全年逐月發電量020,00040,00060,000123456789 10 1

14、1 12發電量kWh立面全年逐月發電量類型組件功率Wp尺寸mm*mm多晶硅2601600 x99003 03 零碳目標實現 方案技術對比 運行對比 項目效益對比方案技術對比1、零碳方案2、低碳方案3、中深層供熱方案邊界：園區+污水廠+公交車站邊界：園區+污水廠邊界：園區供熱：氫燃料電池污水源熱泵淺層地源熱泵中深層熱泵空氣源熱泵電鍋爐+蓄能供冷：污水源熱泵淺層地源熱泵磁懸浮冷機消防水池集中分散蓄能太陽能光伏發電、制氫、儲氫供熱：污水源熱泵淺層地源熱泵中深層熱泵空氣源熱泵電鍋爐+蓄能供冷：污水源熱泵淺層地源熱泵磁懸浮冷機消防水池集中分散蓄能太陽能光伏發電供熱：中深層熱泵電鍋爐+蓄能供冷：電制冷機組

15、常規蓄冷無050001000015000200002500030000熱負荷（kW）熱負荷曲線電鍋爐風冷熱泵中深層熱泵淺層地源熱泵污水源氫能0500010000150002000025000300003500040000熱負荷（kW）冷負荷曲線風冷熱泵蓄冷電制冷-冷機電制冷-熱泵污水源淺層地源熱泵運行模式供熱設備配置類型熱量MW類型污水源熱泵4.0處理水量2萬m/天淺層地源熱泵3.0淺層井600口中深層熱泵8.8中深層井22口風冷熱泵2.0電鍋爐5.6蓄熱削峰2.0MW供冷設備配置類型熱量MW類型淺層地源熱泵3.6淺層井600口污水源熱泵6.0處理水量2萬m/天熱泵制冷8.0熱泵+冷卻塔電制冷

16、機13蓄冷削峰6.0MW空氣源熱泵1.6能耗排放計算項目單位供熱供冷全年能耗萬kWh25702710耗電量萬kWh683631耗氫量萬Nm00直接碳排放t00總碳排放t57705330太陽能全年發電量萬kWH969氫燃料電池發電量萬kWH0凈碳排放t2301碳排放水平g/年3.7（低碳排放）運行對比1、零碳方案2、低碳方案3、中深層供熱方案負荷曲線可再生能源占比供暖期制冷期供暖期制冷期供暖期制冷期95%60%95%60%95%無項目效益對比分類項目零碳方案低碳方案中深層供熱方案投資投資范圍能源站+光伏+氫能源站+光伏能源站能源站將污水處理廠、公交場站納入零碳能源將污水處理廠納入零碳能源全部采用

17、地熱能供熱初投資-不含光伏（億元）1.431.531.81光伏投資（億元）0.740.640氫燃料電池系統初投資（億元）0.3700合計（億元）2.54（比中深層地熱方案增加13%投資）2.172.24運行能源類型電、氫電電能源消耗與制取耗電、熱量（萬kWh）耗電量：1380耗氫量：170m（750萬kWh電制?。┌l電量：230耗電量：1314耗電量：1377能源站運行能源費用（萬元）707671704碳排使用場地內綠電（萬kWh）14109700單位面積碳排放（g/年）*（3）0 零碳3.7 低碳14.8碳交易效益（萬元）*（4）（以10g/年碳排放為基準）45.9萬元34.4萬元0效益靜態回收期估算11.49.513.2示范效益1、地熱能綜合利用2、集中、分布式蓄能系統3、污水余熱利用示范4、太陽能利用示范5、氫能綜合利用6、零碳園區示范7、零碳污水處理廠8、城鎮零碳模式試點1、地熱能綜合利用2、集中、分布式蓄能系統3、污水余熱利用示范4、太陽能利用示范5、低碳園區示范1、地熱能綜合利用感謝感謝聆聽聆聽