無錫（太湖）國際科技園可再生能源區(qū)域供冷供熱一期工程節(jié)能改造項目

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一、案例名稱

無錫（太湖）國際科技園可再生能源區(qū)域供冷供熱一期工程節(jié)能改造項目

二、案例業(yè)主

該項目一期工程共有兩個區(qū)域能源站G站和B站。G站位于東南大學科技園內(nèi)，為530大廈、博覽園、立業(yè)樓、圖書館等建筑供能，業(yè)主為無錫留學人員創(chuàng)業(yè)園發(fā)展有限公司、無錫高新科技創(chuàng)業(yè)發(fā)展有限公司和無錫感知博覽園投資開發(fā)有限公司。B站位于和風路以北科研北路以南，為無錫新區(qū)科技交流中心、無錫新區(qū)科技商務中心、新區(qū)展示中心等建筑供能，業(yè)主為無錫新區(qū)管理服務中心和無錫新城雅尚酒店管理有限公司。項目改造前，夏季主要利用冷水機組供冷，冬季利用電鍋爐供暖。

三、案例內(nèi)容

1．技術原理及適用領域

（1）水源熱泵技術。

水源熱泵技術是利用地球表面淺層水源如污水、地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。

地球表面淺層水源如地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太陽進入地球的相當?shù)妮椛淠芰浚⑶宜吹臏囟纫话愣际址€(wěn)定。水源熱泵機組工作原理在夏季制冷時將建筑物的熱量轉移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量。熱泵從這些熱源吸收的熱量屬于可再生的能源，而且擁有較高的能量利用率。

不同熱量提供方式的能量利用率

該項目采用污水源熱泵技術，污水源熱泵系統(tǒng)具有如下特點：

①系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

城市污水作為一種低溫熱源，具有一年四季水量相對穩(wěn)定、水溫變化較小、熱能儲存量大，易于通過市政管網(wǎng)收集的特點，適宜作為水源熱泵的低位熱源。污水源熱泵是城市污水資源化熱能利用的主要方向。污水排熱量穩(wěn)定，目前我國各大中城市污水排熱量約占可利用排熱量的10%～16%。隨著居民生活水平提高，用水定額和用水標準的提高，特別是生活熱水供應的普及，城市污水排熱量均會有一個較大的增加。

②系統(tǒng)的節(jié)能效果。采用城市污水熱能利用系統(tǒng)，可以代替一部分高位能源的使用，提高城市能量的有效利用；據(jù)國外資料介紹，以處理水（中水）為熱源時，可節(jié)能40%～44%；以未處理水（原生態(tài)污水）為熱源時，可節(jié)能30%。

③對城市經(jīng)濟效果。

采用城市污水熱能利用系統(tǒng)，可以將熱源設備按區(qū)域加以設置，從而減輕集中鍋爐供熱的壓力，減少設備和區(qū)域管網(wǎng)的投資費用。同時，污水熱能可以回收污水處理的部分費用，降低污水處理成本。

④對城市環(huán)保效果。

采用城市污水熱能利用系統(tǒng)，可以減少煤炭等的消耗，從而相應降低CO2、NOx、SOx及粉塵的排放量。據(jù)有關資料介紹，采用水源熱泵，CO2的排放量可減少40%～51%，NOx的排放量可減少36%～49%。此外，采用水源熱泵無需空冷冷凝器或冷卻塔，有效地降低了城市的熱污染。

（2）水蓄冷技術。

近幾年，國內(nèi)蓄冷技術得到了迅猛發(fā)展，100多個水蓄冷和冰蓄冷空調(diào)工程投入了使用，對改善和緩解電力供需矛盾，平抑電網(wǎng)峰谷差起到了積極作用，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益，備受業(yè)內(nèi)人士和電力公司的矚目。

蓄能空調(diào)分為水蓄能和冰蓄能兩種。水蓄能空調(diào)主機蓄能時效率較高，蓄能水池初投資較少，但水蓄能系統(tǒng)的能量密度較少，需要體積龐大的蓄能水池。冰蓄能空調(diào)系統(tǒng)主機蓄能時效率較低，初投資較大，但冰蓄能系統(tǒng)能量密度較高，所需空間較少。

經(jīng)過經(jīng)濟技術綜合對比分析，結合該公司多年的項目施工經(jīng)驗，工程擬采用水蓄能空調(diào)系統(tǒng)，采用部分蓄能形式。

水蓄冷是空調(diào)蓄冷的重要方式之一，利用水的顯熱儲存冷量。水蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)是用水為介質，將夜間電網(wǎng)多余的谷段電力（低電價時）與水的顯熱相結合來蓄冷，以低溫冷凍水形式儲存冷量，并在用電高峰時段（高電價時）使用儲存的低溫冷凍水來作為冷源的空調(diào)系統(tǒng)。

冷量儲存的類型有溫度分層型、多水池型、隔膜型或迷宮與多水池折流型等。實踐證明，相對其他類型，溫度分層型（垂直流向型）最簡單有效。

溫度分層型水蓄冷是利用水在不同溫度時密度不同這一物理特性，依靠密度差使溫水和冷水之間保持分隔，避免冷水和溫水混合造成冷量損失。

水在4℃左右時的密度最大，隨著水溫的升高密度逐漸減小，利用水的這一物理特性，使溫度低的水儲存于池的下部，溫度高的水位于儲存于池的上部。

設計良好的溫度分層型水蓄冷池在上部溫水區(qū)與下部冷水區(qū)之間形成一個熱質交換層。一個穩(wěn)定而厚度小的熱質交換層是提高蓄冷效率的關鍵。為了在蓄水池內(nèi)垂直方向的橫斷面上，使水流以重力流或活塞流平穩(wěn)地在整個斷面上均勻地流動并平穩(wěn)地導入池內(nèi)（或由池內(nèi)引出），在上部溫水區(qū)與下部冷水區(qū)之間形成并保持一個有效的、厚度盡可能小的熱質交換層，關鍵是在蓄水池內(nèi)的上下部設置相同散水器，以確保水流在進入蓄水池時滿足佛雷得（Frande）系數(shù)，使得水流均勻分配且擾動最小地進入蓄冷池。散水器的設計及施工是溫度分層型水蓄冷的關鍵技術。

2．節(jié)能改造具體內(nèi)容

該項目淘汰冷水機組和電鍋爐，新增水源熱泵主機，并建設蓄能水池，利用附近太湖新城污水處理廠排放的中水作為系統(tǒng)的冷熱源，利用水源熱泵技術和水蓄能技術為末端用戶夏季供冷、冬季供熱。3．項目實施情況

該項目規(guī)劃總建筑面積約400萬平方米，其中包括B地塊109.1萬平方米、C地塊（部分）50.7萬平方米、F地塊147.1萬平方米、G地塊79.9萬平方米，從能源規(guī)劃及運行管理的角度出發(fā)，利用水源熱泵，并結合蓄冷/蓄熱技術實現(xiàn)區(qū)域供冷供熱。

截至2009年底，該項目已經(jīng)完成初期籌備工作。2010年率先開工建設太科園G區(qū)能源站，G區(qū)能源站已于6月具備供能條件，形成首期約30萬平方米供能能力。2012年完成B、G區(qū)能源站一期的建設，2013年實現(xiàn)供能面積約50萬平方米。2014年計劃完成C區(qū)能源站一期的建設并實現(xiàn)約20萬平方米的供能面積。

四、項目年節(jié)能量及節(jié)能效益

1．年節(jié)能量

（1）改造后系統(tǒng)（設備）用能情況及主要參數(shù)。

項目使用能源都為電能，具體設備參數(shù)如下：

B區(qū)主機運行參數(shù)：

①離心式水源熱泵上游機（1臺）。

夏季制冷工況參數(shù)：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發(fā)器側進出水溫度：13℃/5℃；

制冷量：7825 kW　輸入功率：1374 kW。夏季蓄冷工況參數(shù)：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發(fā)器側進出水溫度：12℃/4℃；

制冷量：7421 kW　輸入功率：1327 kW。

冬季制熱參數(shù)：

蒸發(fā)器側進出口溫度：12℃/4℃；

冷凝器側進出水溫度：26℃/33℃；

制熱量：9168 kW　輸入功率：1344 kW。

②離心式水源熱泵下游機（1臺）。

夏季制冷工況參數(shù)：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發(fā)器側進出水溫度：13℃/5℃；

制冷量：5932 kW　輸入功率：1001 kW。

夏季蓄冷工況參數(shù)：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發(fā)器側進出水溫度：12℃/4℃；

制冷量：5537.5 kW　輸入功率：953.3 kW。

冬季制熱參數(shù)：

蒸發(fā)器側進出口溫度：33℃/26℃；

冷凝器側進出水溫度：40℃/50℃；

制熱量：10585 kW　輸入功率：1368 kW。

冬季蓄熱參數(shù)：

蒸發(fā)器側進出口溫度：33℃/26℃；

冷凝器側進出水溫度：45℃/57℃；

制熱量：10080 kW　輸入功率：1497 kW。

③離心式水源熱泵（6臺）。夏季制冷工況參數(shù)：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發(fā)器側進出水溫度：13℃/5℃；

制冷量：6000 kW　輸入功率：1200 kW。

冬季制熱參數(shù)：

蒸發(fā)器側進出口溫度：12℃/4℃；

冷凝器側進出水溫度：40℃/45℃；

制熱量：6370 kW　輸入功率：1300 kW。

G區(qū)主機運行參數(shù)和選擇：①離心式水源熱泵。

夏季供冷工況參數(shù)：

蒸發(fā)器側進出口溫度：13℃/5℃；

冷凝器側進出水溫度：28℃/36℃；

制冷量：6000 kW　輸入功率：1200kW。

冬季制熱工況：

蒸發(fā)器側進出口溫度：13℃/5℃；

冷凝器側進出水溫度：45℃/40℃；

制冷量：6370 kW　輸入功率：1309 kW。

②離心式水源熱泵上游機。

夏季供冷工況參數(shù)：

蒸發(fā)器側進出口溫度：9℃/5℃；

冷凝器側進出水溫度：28℃/32℃；

制冷量：5900 kW　輸入功率：1220kW。

夏季蓄冷工況參數(shù)：

蒸發(fā)器側進出口溫度：7℃/3℃；

冷凝器側進出水溫度：28℃/32℃；

制冷量：5550 kW　輸入功率：1140 kW。冬季供熱工況：

蒸發(fā)器側進出口溫度：13℃/9℃；

冷凝器側進出水溫度：48℃/44℃；

制冷量：7056 kW　輸入功率：1436 kW。

③離心式水源熱泵下游機。

夏季供冷工況參數(shù)：

蒸發(fā)器側進出口溫度：13℃/9℃；

冷凝器側進出水溫度：32℃/36℃；

制冷量：6000 kW　輸入功率：1200kW。

夏季蓄冷工況參數(shù)：

蒸發(fā)器側進出口溫度：11℃/7℃；

冷凝器側進出水溫度：32℃/36℃；

制冷量：5550 kW　輸入功率：1140 kW。

冬季供熱工況：

蒸發(fā)器側進出口溫度：9℃/5℃；

冷凝器側進出水溫度：44℃/40℃；

制冷量：6370 kW　輸入功率：1309 kW。

（2）節(jié)能量計算方法。

將新能源空調(diào)系統(tǒng)（水源熱泵）的年耗電量與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)（冷水機組+電鍋爐）的年耗電量比較。

（3）項目年節(jié)能量。

該項目一期工程總冷負荷51.6MW，總熱負荷為34.9MW。夏季每日8小時計，運行天數(shù)為165天；冬季每日運行8小時，運行天數(shù)為105天。夏季供冷系統(tǒng)能效比為4.5，冬季供熱系統(tǒng)能效比為4.0。傳統(tǒng)空調(diào)供熱系統(tǒng)制熱效率為0.9，供冷系統(tǒng)制冷效率為3.0。

采用新能源系統(tǒng)的年耗電量W1為：

W1=（ ）×1000=2.2465×107kW·h

采用傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的年耗電量W2為：

W2=（ ）×1000=5.5277×107kW·h

年節(jié)電量△W為：

△W年=5.5277×107-2.2465×107=3.28×107kW·h

從上面的分析計算可知，采用新能源系統(tǒng)后，每年可節(jié)電3.28×107kW·h。

新能源系統(tǒng)比傳統(tǒng)能源系統(tǒng)年均節(jié)電量可達3.28×107kW·h。我國目前運行的發(fā)電廠平均發(fā)電1kW·h需要標準煤330克，因此折合成標準煤為3.28×107×330=1.08萬噸。

2．年節(jié)能效益

新能源空調(diào)系統(tǒng)按照平均電價0.55元/千瓦時運行（含低谷電），傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)按照商業(yè)電價1.0元/千瓦時運行。

采用新能源系統(tǒng)的年耗電量W1=2.2465×107kW·h；

則F1=2.2465×107×0.55=1236萬元。

采用傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的年耗電量W2=5.5277×107kW·h；

則F2=5.5277×107×1.0=5528萬元。

年節(jié)能效益△F年為：

△F年=5528-1236=4292萬元。

五、商業(yè)模式

該項目商業(yè)模式采用能源費用托管型，由節(jié)能服務公司提供資金、技術及運營管理服務，通過向業(yè)主收取能源費用的方式來收回投資并獲得合理利潤。同時該項目通過提高能源效率、降低能源費用獲益，為業(yè)主減少能源方面的支出。

六、融資渠道

該項目總投資21412.86萬元，為節(jié)能服務公司自有資金。