永豐基地(新)能源規(guī)劃方案.doc

北京永豐產業(yè)基地（新）能源規(guī)劃方案北京清華城市規(guī)劃設計研究院二一二年五月目 錄1.項目概況41.1永豐產業(yè)基地（新）地理位置41.2永豐產業(yè)基地（新）規(guī)劃特色51.3永豐產業(yè)基地（新）用地情況52.北京永豐產業(yè)基地（新）能源規(guī)劃原則72.1北京市能源系統(tǒng)發(fā)展狀況及主要問題72.1.1北京市天然氣發(fā)展狀況及主要問題82.1.2北京市電力系統(tǒng)現(xiàn)狀及主要問題112.1.3北京市供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀及主要問題132.2能源規(guī)劃原則143.冷熱電負荷需求預測153.1建筑冷熱負荷動態(tài)模擬153.1.1北京市氣象特點163.1.2圍護結構熱工參數(shù)173.1.3各功能房間熱擾設定183.1.4通風設定183.1.5室內設計參數(shù)183.1.6計算模擬結果193.2建筑電力負荷動態(tài)特性193.3計算結果分析204.能源供應方案與配置224.1常規(guī)模塊化分散供能方案224.2常規(guī)分散集中供能方案234.3常規(guī)區(qū)域供能方案244.4常規(guī)分布式天然氣熱電冷聯(lián)供方案254.5低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季低溫直供）方案284.6低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季大溫差供熱）方案315.方案評價355.1能源供應安全性評價355.1.1燃氣供應安全性355.1.2電力供應安全性365.2節(jié)能性評價375.2.1供熱供冷耗氣量比較375.2.2能源利用率和熱電比385.2.3能源構成比例395.3經濟性評價405.3.1靜態(tài)投資回收評價435.3.2增量投資回收評價445.4環(huán)保性評價456.管網(wǎng)規(guī)劃方案457.結論及建議461. 項目概況1.1 永豐產業(yè)基地（新）地理位置永豐產業(yè)基地（新）位于海淀區(qū)西北旺鎮(zhèn)，在中關村科技園區(qū)的西北部，屬中關村發(fā)展區(qū)海淀園之一，是永豐產業(yè)基地的一部分。沿北清路與規(guī)劃建設中永豐產業(yè)基地、航天城、生命科學園等相聯(lián)系，并與已經規(guī)劃并建設的永豐產業(yè)基地互為整體、互為補充，共同構成中關村科技園區(qū)發(fā)展區(qū)的骨架。園區(qū)所在西部地區(qū)被北京西山連綿起伏的山體環(huán)抱，用地北側緊鄰聯(lián)系南沙河景區(qū)，具有明顯的山水特征和良好的綠色生態(tài)景觀。圖1-1 永豐產業(yè)基地（新）地理位置如圖1-1所示，永豐產業(yè)基地（新）包括4-1街區(qū)a、b、c、d、e、f、g、h地塊；4-2街區(qū)k、l地塊和4-3街區(qū)j地塊。規(guī)劃總用地面積約466.2公頃，擬規(guī)劃總建筑面積403.11萬m2。a、b、c、d、e、f、g、h、j地塊規(guī)劃四至：北至玉河南路，東至京包快速路，南至北清路，西至永豐西濱河路。k、l地塊規(guī)劃四至：北至永豐南環(huán)路，東至永豐路，南至西六里屯南街，西至l地塊西側規(guī)劃路。永豐產業(yè)基地（新）a、b、c、d、e、f、g、h、j地塊規(guī)劃用地南側和北側緊鄰城市主干道北清路和城市主干道玉河南路，西側和東側分別靠近城市次干道永豐西濱河路和城市快速路京包快速路，用地內部有城市主干道永豐路穿過。周邊用地現(xiàn)狀：北部為南沙河風景保護帶，南部為中關村永豐園，占地447.59公頃，是集科研、中試、生產、商貿、技術、交易、科普于一體的科技園區(qū)，西側為西玉河的通風廊道東側京為大牛房安置房項目。規(guī)劃區(qū)內現(xiàn)狀用地主要為市政用地、教育用地、村落、農田、林地與池塘。永豐產業(yè)基地（新）k、l地塊規(guī)劃用地北側和南側緊鄰城市次干道永豐南環(huán)路和西六里屯南街，西側和東側分別靠近城市次干道l地塊西側規(guī)劃路和城市主干道永豐路。周邊用地現(xiàn)狀：南部為現(xiàn)狀亮甲店村，北部為中關村永豐園，西側為六里屯垃圾焚燒廠東側為六里屯安置房項目。規(guī)劃區(qū)內現(xiàn)狀用地主要為市政用地、村落、農田、林地與池塘。1.2 永豐產業(yè)基地（新）規(guī)劃特色永豐產業(yè)基地（新）是集企業(yè)孵化、新材料研發(fā)、產業(yè)促進、產業(yè)發(fā)展、生活配套服務于一體的綜合性科技園區(qū)。堅持“高端化、規(guī)?；?、集群化”原則，打造集研發(fā)、技術服務、中試、孵化、總部、展示、交易、高端生產為一體的國際一流材料中心，重點推進納米材料、生物醫(yī)用材料、能源環(huán)保材料和航空航天材料四大新材料產業(yè)集群的發(fā)展。1.3 永豐產業(yè)基地（新）用地情況永豐產業(yè)基地（新）的規(guī)劃總占地面積466.2公頃，規(guī)劃總建筑面積403.11萬m2，用地指標如表1-1所示。各地塊用地性質如圖1-2所示。表1-1 永豐產業(yè)基地（新）用地指標區(qū)域占地面積（畝）規(guī)劃范圍總用地466.2公頃規(guī)劃建設用地308.25公頃擬建總建筑面積403.11萬m212容積率總容積率1.5建筑密度35%建筑限高建筑控高2445米地塊綠化率35%規(guī)劃范圍總綠化率40%建筑退紅線1530米（包括綠化用地） 圖1-2 永豐產業(yè)基地（新）用地性質該次能源規(guī)劃區(qū)域為a、b、c、d、e、f、j地塊，總用地面積為342.3公頃，總建筑面積為235.6萬m2，其中已有撥地195.0公頃，不在本次能源規(guī)劃范圍內，則該次規(guī)劃用地面積為147.3公頃，建筑面積為203.3萬m2。用地性質和建筑面積如表1-2所示。表1-2 能源規(guī)劃用地性質和建筑面積用地性質建筑面積（萬m2）教育科研用地105.0住宅混合公建用地16.1其它類多功能用地71.3配套教育用地3.5體育用地2.8規(guī)劃待研究用地4.6總計203.32. 北京永豐產業(yè)基地（新）能源規(guī)劃原則2.1 北京市能源系統(tǒng)發(fā)展狀況及主要問題隨著gdp和人口總量的增長，北京市能源消費總量快速增長，如圖2-1所示。2009年的能源消費總量為1980年的3.4倍，為2000年的1.6倍。 圖2-1北京能源消耗量、gdp與人口的關系根據(jù)2010北京能源發(fā)展報告和北京市統(tǒng)計年鑒2010，2009年北京市能耗消費總量為6570.3萬噸標準煤，其中煤炭2664.7萬噸、天然氣69.4億立方米、外調電512.6億千瓦時、成品油945.7萬噸。由于北京地處北方，供熱和發(fā)電用煤比重較高，2009年供熱及發(fā)電用煤量1248.3萬噸，占煤炭消費總量的46.8%。近些年，煤炭消費占總能源消費的比例自2005年開始實現(xiàn)逐步降低，而天然氣和石油消費所占的比例則逐漸增加，如表2-1所示。能源生產量比較穩(wěn)定，內部熱電聯(lián)產的發(fā)電量為242億kwh，占電力總消費量的31.8%。表2-1 北京市歷年能源消耗量和生產量分項2000200120022003200420052006200720082009消耗量電 (億kwh)385398436461511567619675708.15758.85天然氣 (億m3)9.615.117.720.925.029.437.340.960.6569.4煤 (萬t)216121252042215829423069305629852747.72664.7原油 (萬t)755 701 748 727 809 800 796 951 1117 1164.5生產量電 (億kwh)-188.7200.4209.8209.7224.4244.9242煤 (萬t)-827.21067.9945.2642.1648.8578.5641.32.1.1 北京市天然氣發(fā)展狀況及主要問題自從1997 年北京市引入陜甘寧天然氣以來，北京市天然氣進入了高速發(fā)展時期，在能源消費結構中所占比例不斷提高。天然氣銷售量從2000年15.06億立方米增至2009年的64.54億立方米，增長了6.7倍天然氣消費領域不斷擴大，用戶類型拓展到采暖、制冷、工業(yè)、發(fā)電和天然氣汽車等領域。2008年北京天然氣用氣量55.8億m3中，采暖耗氣量占47%，發(fā)電用氣量占21%，家庭生活銷售量占年銷售量的13%；商業(yè)用戶占9%，工業(yè)占5%，制冷、汽車和其他約4%，如圖2-2所示。由于供熱用戶本身有巨大的季節(jié)不均勻性，而它又占到了北京市年總用氣量的一半以上，因此北京市天然氣的總體用氣量亦呈現(xiàn)明顯的季節(jié)不均勻性，在冬季高峰日占到日負荷量的75-80%，而夏季燃氣用于制冷用戶較少，導致冬夏季用氣量峰谷差很大。據(jù)統(tǒng)計，2008年最大月的月用氣量是最低月的6.07倍，是全年月平均用氣量的2.35倍，高月高日用氣量是低月低日用氣量的11.35倍，如圖2-3和圖2-4所示。從北京市06年-09年用氣量的變化情況來看，峰谷差日益加大，如圖2-5所示。圖2-2 北京市2008年天然氣用氣結構圖2-3 北京市2008年天然氣逐日用氣量圖2-4北京市2008年天然氣逐月用氣量圖2-5 20062009年北京市日用氣量依據(jù)北京市燃氣系統(tǒng)的主要特點，北京市燃氣系統(tǒng)存在的主要問題有：（一）燃氣氣源及管網(wǎng)設施供應能力和安全保障問題繼2004年的“氣荒”之后，2009年北京市再次遭遇了相同的處境。雖然平安度過困境，但卻是以對全市4900多個大型商場、超市、公共建筑、寫字樓和工業(yè)企業(yè)予以限氣，以及對供暖設施采取低溫運行方式為代價的。2009年采暖季期間，天然氣高峰小時流量達到240萬立方米，已接近我市燃氣管網(wǎng)門站實際供應能力，調峰能力嚴重不足，且全部通過陜京一、三線輸送，氣源單一。而北京未來“全面氣化”的燃氣發(fā)展戰(zhàn)略，更是對天然氣資源的安全保障問題提升到重要地位。（二）燃氣消費的峰谷差動態(tài)特性問題天然氣用氣量的季節(jié)不均勻性與對長輸管線供氣的依賴，給北京市的天然氣發(fā)展帶來兩方面的問題。一是“氣荒”，即冬季極端寒冷天氣下的尖峰用氣量難以滿足，不得不“停氣”，嚴重影響人民群眾的生產和生活，造成很大的經濟損失；二是無論對于長輸管線還是市內供氣管網(wǎng)，都是按照一年中的最大流量設計的，夏季管道輸送能力的閑置是很大的浪費。針對北京市天然氣目前的現(xiàn)狀特點，一方面需要填夏季低谷時候的用氣，另一方面需要在滿足冬季需求的情況下如何來削峰，緩解由于采暖負荷造成的冬季高峰的問題；同時因為需求側的不平衡導致供應側就要考慮季節(jié)性調峰問題及安全保障這兩個關鍵問題。合理優(yōu)化燃氣用戶結構，綜合優(yōu)化冬季供熱、夏季制冷和季節(jié)儲氣調峰方式等系統(tǒng)供應方式，從而降低用氣的不均勻性，以提高管網(wǎng)基礎設施的利用率。（三）燃氣供熱空調方式問題北京市的天然氣系統(tǒng)所出現(xiàn)的問題很大程度上是由于供熱空調方式所引起的，在保證北京市在用戶逐漸發(fā)展并滿足用戶需求的情況下，北京市應采用既能實現(xiàn)燃氣資源的能源梯級利用，同時又降低供熱的燃氣消耗量的供熱新模式或先進技術。然而，采用能源梯級利用的燃氣熱電聯(lián)產方式，出現(xiàn)了該方式熱電比低，導致耗氣量和發(fā)電量大以及燃氣峰谷差大的現(xiàn)狀。而單獨采用燃氣鍋爐來滿足供熱要求，比燃氣熱電聯(lián)產方式大為減少消耗天然氣，但不符合能源梯級利用原則，使得燃氣資源得到浪費。此外，目前北京市夏季制冷用氣量比例不足2%，其主要原因還是夏季燃氣制冷與電制冷相比不具有節(jié)能和經濟優(yōu)勢。因此，發(fā)展降低供熱燃氣消耗量的高效能源利用方式，發(fā)展促進夏季用氣方式、實現(xiàn)高效的制冷技術，是一個關鍵問題。綜上所述，面對這種形勢，針對各類天然氣可能的末端應用，從獲取最佳的能源利用率和最大的污染物減排效果出發(fā)，科學地規(guī)劃天然氣應用范圍，把有限的寶貴的天然氣資源用在最適當?shù)牡胤?，是當前及今后相當長時間內非常重要的任務。2.1.2 北京市電力系統(tǒng)現(xiàn)狀及主要問題20002009年，北京市總用電量由385億kwh增長到759億kwh，年平均增長率為9.7%；整點最大負荷由6090 mw增長到13000 mw，年平均增長率為16.2%，如圖2-6所示。圖2-6北京最大電力負荷逐年增長情況2009年北京市電廠總裝機容量達到635萬千瓦，其中煤電裝機310萬千瓦，燃氣裝機196萬千瓦，抽水蓄能裝機80萬千瓦，水電裝機25.3萬千瓦，風電裝機15萬千瓦，余熱發(fā)電裝機5.1萬千瓦。北京電網(wǎng)位于京津唐電網(wǎng)的西部，除承擔為首都供電的任務外，還向相鄰的天津、唐山等相鄰的京津唐東部電網(wǎng)、河北省部分地區(qū)轉送西電東送電力，在京津唐電網(wǎng)中處于十分重要的地位。依據(jù)北京市電力系統(tǒng)的主要特點，北京市電力系統(tǒng)存在的主要問題有：（一）電源及電網(wǎng)設施供應能力和安全保障問題目前北京市電源單機容量僅為1020萬千瓦級別，效率較低、機組較舊，部分還屬國家明令淘汰的范疇。北京市發(fā)電機組裝機容量約635萬千瓦，實際發(fā)電能力約400萬千瓦，本地電源支撐由2000年的40%下降到目前的30%左右，電源及設施支撐能力明顯不足，直接影響城市供電安全穩(wěn)定。（三）電力消費的峰谷差動態(tài)特性問題北京市電力高峰負荷呈大幅增長態(tài)勢，電網(wǎng)峰谷差率已接近50%，其中空調負荷比重連年上升，已占到高峰負荷的30%40%左右。可見，高峰時段電力供應壓力較大。電網(wǎng)峰谷分時實施尖峰、高峰、平段、低谷時電價。電力需求側管理和用戶結構的優(yōu)化，改善電力系統(tǒng)動態(tài)特性，提高基礎設施綜合利用率，是北京市電力系統(tǒng)目前所面臨的主要問題之一。2.1.3 北京市供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀及主要問題北京市的供熱系統(tǒng)構成如圖2-7所示，供熱的主要能源是煤和天然氣。在北京市供熱系統(tǒng)構成中，城市熱網(wǎng)的集中熱源能力從2000年的4198 mw，增加到2009年的7449mw（熱電聯(lián)產4377mw，大型調峰熱源3072mw），城市熱網(wǎng)的集中供熱面積由2000年底的5012萬m2增加到2009年的12866萬m2，全市城市熱力網(wǎng)集中供熱占21.4%，天然氣等清潔能源供熱占42.6%，燃煤區(qū)域供熱占34.5%，燃油（電）等供熱占1.0%，基本形成了以熱電聯(lián)產、燃氣、燃煤集中供熱為主導，多種能源、多種供熱方式相結合的供熱局面。單位：萬m2單位：萬m2 （a）2004年 （b）2009年圖2-7 北京市供熱系統(tǒng)構成然而，目前北京市供熱系統(tǒng)仍存在著的主要問題： （一）供熱系統(tǒng)綜合能源利用效率尚需提升熱電聯(lián)產供熱方式實現(xiàn)能源梯級利用，能源利用效率高，扣除調峰熱源，北京市現(xiàn)狀熱電聯(lián)產供熱面積約8260萬m2，占全市供熱比例低?；诂F(xiàn)有的供熱技術和模式，應進一步分析比較不同供熱方式的能源利用效率，北京市應采用合理的供熱新模式或先進技術，實現(xiàn)能源梯級利用，從而綜合提升供熱系統(tǒng)的能源利用效率，解決冬季供熱的民生問題。（二）燃氣用于供熱的資源合理利用、經濟成本和安全保障問題日趨突出天然氣用于供熱由2000年5.5億立方米增長到33億立方米，供熱用氣已占到51%。 如果按照北京“全面氣化”的燃氣發(fā)展戰(zhàn)略，并且根據(jù)市發(fā)展和改革委員會制定的能源及燃氣規(guī)劃，“十二五”時期全市供熱將更加依賴于天然氣。天然氣寶貴資源如何合理利用，“全面氣化”方案對供熱、燃氣系統(tǒng)的能源、環(huán)境和經濟成本產生怎樣的影響，以及天然氣資源保障問題，都成為城市能源系統(tǒng)高效、穩(wěn)定與安全的關鍵環(huán)節(jié)。 “十二五”期間，北京市將規(guī)劃四大熱電中心建設和區(qū)域能源中心建設。包括東北熱電中心（4臺350兆瓦燃氣熱電機組）、東南熱電中心（4臺350兆瓦燃氣熱電機組）、西南熱電中心（4臺350兆瓦燃氣熱電機組）和西北熱電中心（6臺350兆瓦燃氣熱電機組）。為適應“十二五”期間本市重點功能區(qū)域發(fā)展需求，結合區(qū)域周邊燃氣、熱力設施情況，規(guī)劃新建8個區(qū)域能源中心，到2015年，本市區(qū)域能源中心累計達到10個（含現(xiàn)狀亦莊和電子城），同時配置燃氣調峰鍋爐。熱電中心及城市熱網(wǎng)、區(qū)域能源中心的空間分布如圖2-8所示。圖2-8 “十二五”期間北京市熱源建設布局示意圖2.2 能源規(guī)劃原則針對目前北京市能源利用效率低下、燃氣熱電聯(lián)產的熱電比低導致的耗氣量和發(fā)電量大以及燃氣和電力峰谷差大的現(xiàn)狀，提出以下能源規(guī)劃原則：（1）節(jié)能減排，實現(xiàn)能源梯級利用。采用天然氣熱電冷聯(lián)供能源系統(tǒng)，并深度開發(fā)利用低品位的可再生能源，提高一次能源的利用效率。（2）提高天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的熱電比。在滿足相同的能源需求下，減少全年天然氣消耗量，尤其是冬天的消耗量；減少系統(tǒng)發(fā)電量，通過系統(tǒng)內部消耗的方式減少外送電量，為電網(wǎng)減輕壓力。（3）削減燃氣冬夏峰谷差和夏季電力峰值，提高燃氣、電力供應的安全保障性。3. 冷熱電負荷需求預測在熱電冷聯(lián)產系統(tǒng)的規(guī)劃設計中，熱電冷負荷的計算是熱電冷聯(lián)產系統(tǒng)配置的基礎，負荷計算結果的準確性將直接影響到聯(lián)產系統(tǒng)優(yōu)化配置的結果。在規(guī)劃階段，一般只能確定該區(qū)域內建筑最基本的信息，如建筑的使用功能和相應面積等，因而，熱電冷負荷只能在大量調研分析的基礎上，根據(jù)該建筑類型的基本特征，對最典型的建筑類型進行逐時模擬計算。在冷熱負荷確定的過程中，由于不同類型建筑冷熱負荷指標與負荷特性的實際測量存在較大困難，且受氣象條件所約束，而建筑能耗模擬軟件無疑是獲得冷熱負荷特性的最有效的工具，如equest、doe-2、energyplus、esp-r、dest等。本文利用清華大學建筑技術科學系開發(fā)的能耗模擬軟件dest進行模擬計算，選擇多座北京市具有代表性的學校、科研辦公樓、住宅混合公建、寫字樓、商場、酒店、幼兒園、體育館等建筑進行詳細dest建模模擬，并計算得到不同用地典型建筑冷熱負荷需求的逐時動態(tài)特性（8760h）。在電力負荷確定過程中，本文依據(jù)清華大學建筑節(jié)能研究中心對不同用地典型建筑電負荷的分項計量方法，在對北京多幢學校、科研辦公樓、住宅混合公建、寫字樓、商場、酒店、幼兒園、體育館等建筑的分項計量的監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎上，得到不同用地典型建筑電力負荷需求的逐時動態(tài)特性（8760h）。3.1 建筑冷熱負荷動態(tài)模擬利用dest-c（公共建筑版）能耗模擬軟件進行建模計算，部分模擬的建筑模型立面圖如圖3-1所示。圖3-1 北京若干典型建筑dest建筑模型3.1.1 北京市氣象特點在dest模擬計算中采用的逐時氣象參數(shù)均為北京市標準典型氣象年參數(shù)，其數(shù)據(jù)來源為中國氣象局與清華大學聯(lián)合開發(fā)的中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集。北京市室外的逐時干球溫度動態(tài)變化見圖3-2。北京最高氣溫為37.03，最低氣溫為-15.15；最熱月的平均溫度為26.38，最冷月的平均溫度為-4.03，冬季采暖室外設計溫度為-9，夏季空調室外計算干球溫度33.2，夏季空調室外計算濕球溫度26.4。圖3-2 北京室外逐時干球溫度3.1.2 圍護結構熱工參數(shù)圍護結構主要包括外墻、內墻、屋頂、外窗等，其參數(shù)按照北京市公共建筑節(jié)能設計標準根據(jù)各建筑的建筑類型設定。其中甲類建筑為單幢建筑面積大于20000 m2、且全面設置空氣調節(jié)設施的建筑；乙類建筑為單幢建筑面積30020000 m2，或建筑面積雖大于20000m2但不全面設置空調設施的建筑。各類型建筑的圍護結構參數(shù)如表3-1、3-2、3-3所示。表3-1 各類型建筑圍護結構熱工參數(shù)圍護結構名稱傳熱系數(shù)（w/m2k）甲類建筑乙類建筑體型系數(shù)0.300.30體型系數(shù)0.40體型系數(shù)0.40外墻0.7880.5920.4990.449屋頂0.5950.5420.4490.398內墻1.4911.4911.4911.491表3-2 甲類建筑外窗熱工參數(shù)外窗類型傳熱系數(shù)kc（w/m2k）遮陽系數(shù)sc窗墻面積比0.303.000.670.30窗墻面積比0.402.700.650.40窗墻面積比0.502.400.550.50窗墻面積比0.702.200.45表3-3 乙類建筑外窗熱工參數(shù)外窗類型體型系數(shù) 0.30體型系數(shù) 0.30傳熱系數(shù)kc（w/m2k）遮陽系數(shù)sc傳熱系數(shù)kc（w/m2k）遮陽系數(shù)sc窗墻面積比0.203.000.672.800.670.20窗墻面積比0.303.000.672.500.670.30窗墻面積比0.402.700.702.300.700.40窗墻面積比0.502.300.602.000.600.50窗墻面積比0.702.000.501.800.503.1.3 各功能房間熱擾設定同類建筑中相同功能的房間內擾情況設定為一致。各類房間室內發(fā)熱量產熱指標大小如表3-4所示。表3-4室內熱擾參數(shù)房間類型人員密度（人/m2）人均發(fā)熱量（w）人均產濕量（kg/h）照明功率（w/m2）設備功率（w/m2）電腦機房0.1810.151030會議室0.3630.065150門廳0.1640.084200普通辦公室0.1640.0841020衛(wèi)生間0.1610.109100走廊0.05580.084503.1.4 通風設定關于滲透風的設定，外層房間加入通風換氣次數(shù)。在空調開啟時通風換氣次數(shù)為0，空調關閉時通風換氣次數(shù)為0.5。各房間人員新風量設定參見“室內設計參數(shù)”部分。3.1.5 室內設計參數(shù)室內設計參數(shù)包括房間空調設定溫度和濕度范圍、空調運行方式及人員新風量等。同類建筑中相同功能的房間設計參數(shù)設定為一致。各功能房間室內設計參數(shù)表3-5所示。表3-5房間設計參數(shù)房間類型夏季冬季新風量(m3/h人)溫度()相對濕度(%)溫度()相對濕度(%)電腦機房21-255520會議室24-265030門廳18-285520普通辦公室24-265030衛(wèi)生間20-285520走廊20-2855203.1.6 計算模擬結果通過對各類典型建筑進行全年逐時的建筑熱環(huán)境模擬分析，計算得到永豐產業(yè)基地（新）的全年冷熱負荷模擬結果，如圖3-3所示。圖3-3北京永豐產業(yè)基地（新）的冷熱負荷需求動態(tài)特性3.2 建筑電力負荷動態(tài)特性電力負荷是扣除了冷機電耗的建筑辦公設備、照明和空調輸配能耗等其它所有電耗之和。依據(jù)清華大學建筑節(jié)能研究中心對北京市具有代表性的學校、科研辦公樓、住宅混合公建、寫字樓、商場、酒店、幼兒園、體育館等建筑的分項計量方法，得到永豐產業(yè)基地（新）的全年電負荷模擬結果（8760h），如圖3-4所示。圖3-4 北京永豐產業(yè)基地（新）的電力負荷需求動態(tài)特性（不包括冷機）3.3 計算結果分析本次能源規(guī)劃區(qū)域的用地性質主要包括教育科研用地、住宅混合公建用地、其它類多功能用地、配套教育用地、體育用地和規(guī)劃待研究用地，各用地的負荷指標取值見表3-6。綜合整個永豐產業(yè)基地（新）用地，其平均負荷指標和設計負荷見表3-7。平均熱負荷指標為45.5w/m2，平均冷負荷指標為75.7w/m2，平均電負荷指標為18.8w/m2，則設計熱負荷為92518kw，設計冷負荷為153964kw，設計電負荷為38316kw。年冬季熱需求總量為44.4萬gj，夏季冷需求總量為42.6萬gj，全年電需求總量為43.2萬gj（不包括冷機）。其動態(tài)負荷特性見圖3-5。表3-6 不同用地性質負荷指標取值用地性質教育科研用地住宅混合公建用地其它類多功能用地配套教育用地體育用地規(guī)劃待研究用地熱負荷指標454550507050冷負荷指標8080808010080電負荷指標152225151825表3-7 平均負荷指標和設計負荷項目數(shù)值設計熱負荷(kw)92518設計冷負荷(kw)153964設計電負荷(kw)38316平均熱負荷指標(w/m2)45.5平均冷負荷指標(w/m2)75.7平均電負荷指標(w/m2)18.8熱負荷需求總量(萬gj)44.4冷負荷需求總量(萬gj)42.6電負荷需求總量(萬gj)43.2圖3-5 永豐產業(yè)基地（新）冷熱電負荷動態(tài)特性4. 能源供應方案與配置根據(jù)規(guī)劃區(qū)域的負荷預測，選取六種能源供應方案進行比選，具體方案如下。4.1 常規(guī)模塊化分散供能方案方案一：常規(guī)模塊化分散供能方案。冬季利用分散燃氣鍋爐承擔熱負荷，夏季利用分散電制冷機承擔冷負荷，電負荷由城市電網(wǎng)承擔，示意圖如圖4-1所示。圖4-1方案一示意圖模塊化分散供能是指一個建筑采用一個能源站的模塊化供能方式。特點是無外網(wǎng)，無外網(wǎng)散熱損失，動力耗能少，但燃氣鍋爐數(shù)量多，不易管理和維修。常規(guī)模塊化分散供能方案的系統(tǒng)流程圖如圖4-2所示，其中，冬季燃氣鍋爐效率按90%考慮，夏季電制冷機cop按5考慮。圖4-2方案一流程圖根據(jù)負荷模擬結果，并考慮一定的富裕度，增加能源供應的安全性，常規(guī)分散供能方案的設備配置如表4-1所示：表4-1 方案一主要配置設備配置設備容量燃氣鍋爐342.8mw電制冷機702.2mw4.2 常規(guī)分散集中供能方案方案二：常規(guī)分散集中供能方案。冬季利用分散集中燃氣鍋爐承擔熱負荷，夏季利用分散電制冷機承擔冷負荷，電負荷由城市電網(wǎng)承擔，示意圖如圖4-3所示。分散集中供能是指多個相鄰的使用性質相同的建筑使用一個能源站的分散供能方式。特點是供能半徑小，冷熱水通過一次網(wǎng)直供，外網(wǎng)規(guī)模小，散熱損失和動力耗能小，易克服水力失調。常規(guī)分散集中供能方案的系統(tǒng)流程圖如圖4-4所示。冬季燃氣鍋爐效率按90%考慮，由于有一次熱網(wǎng)，但供熱半徑較小，考慮5%的外網(wǎng)散熱損失；夏季電制冷機cop按5考慮，分散放置。圖4-3方案二示意圖圖4-4方案二流程圖根據(jù)負荷模擬結果，并考慮一定的富裕度，增加能源供應的安全性，常規(guī)分散供能方案的設備配置如表4-2所示：表4-2 方案二主要配置設備配置設備容量燃氣鍋爐352.8mw電制冷機702.2mw4.3 常規(guī)區(qū)域供能方案方案三：常規(guī)區(qū)域供能方案。冬季利用區(qū)域燃氣鍋爐集中承擔熱負荷，夏季利用分散電制冷機承擔冷負荷，電負荷由城市電網(wǎng)承擔，示意圖如圖4-5所示。圖4-5方案三示意圖該方案與常規(guī)分散供能方案相比，鍋爐投資較省，便于集中管理和維修，但外網(wǎng)投資大，外網(wǎng)和熱力站散熱損失大，輸送動力消耗大，易造成水力失調。系統(tǒng)流程圖如圖4-6所示。冬季燃氣鍋爐效率仍按90%考慮，外網(wǎng)規(guī)模大，供熱半徑大，考慮10%的外網(wǎng)和熱力站散熱損失，夏季電制冷機cop仍按5考慮，分散放置。圖4-6方案三流程圖根據(jù)負荷模擬結果，并考慮一定的富裕度，增加能源供應的安全性，常規(guī)區(qū)域供能方案的設備配置如表4-3所示：表4-3 方案三主要配置設備配置設備容量燃氣鍋爐372.8mw電制冷機702.2mw4.4 常規(guī)分布式天然氣熱電冷聯(lián)供方案方案四：常規(guī)分布式天然氣熱電冷聯(lián)供方案，示意圖如圖4-7所示。冬季燃氣內燃機發(fā)電后的高溫煙氣和高溫冷卻水余熱通過換熱器與熱網(wǎng)水換熱后供出，承擔基本熱負荷，剩余熱負荷由調峰燃氣鍋爐承擔；夏季利用燃氣內燃機發(fā)電后的高溫煙氣和高溫冷卻水余熱驅動吸收式制冷機承擔基本冷負荷，剩余冷負荷由電制冷機承擔；電負荷由城市電網(wǎng)承擔，天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電直接上網(wǎng)或并網(wǎng)。圖4-7方案四示意圖燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，是一種建立在能源梯級利用概念基礎上，將供熱、制冷及發(fā)電過程一體化的能源綜合利用系統(tǒng)?；驹硎牵菏紫壤萌細獾母咂肺粺崮茉谠瓌訖C中做功發(fā)電，再利用原動機發(fā)電所產生的廢熱進行供熱或驅動吸收機制冷。常規(guī)分布式天然氣熱電冷聯(lián)供方案冬夏季系統(tǒng)流程圖如圖4-8所示。 （a）冬季流程圖（b）夏季流程圖圖4-8方案四流程圖常規(guī)分布式天然氣熱電冷聯(lián)供方案的能流圖如圖4-7所示： （a）冬季能流圖（b）夏季能流圖圖4-9方案四能流圖由上圖可以看出，常規(guī)分布式天然氣熱電冷聯(lián)供方案實現(xiàn)了能源的梯級利用，對于提高能源利用效率、改善冬夏燃氣峰谷差及電力峰谷差具有積極的意義。根據(jù)負荷模擬結果，并考慮一定的富裕程度，常規(guī)分布式天然氣熱電冷聯(lián)供方案的設備配置如表4-4所示。該方案能源中心占地約2萬m2。表4-4方案四主要配置設備配置設備容量燃氣內燃機94mw吸收機制冷機74.2mw 燃氣鍋爐320mw電動制冷機502.5mw由于燃氣內燃機作為燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的原動機，其性能參數(shù)非常重要，因此將燃氣內燃機主要參數(shù)列于下表。表4-5內燃機主要技術參數(shù)表項目數(shù)值入口天然氣流量（nm3/h)974總輸入熱量（mw)6.03過量空氣系數(shù)1.81發(fā)電量（mw)4.04發(fā)電效率43.6%煙氣溫度（）390中冷水第一段熱量（kw）1059高溫缸套水熱量（kw）657油冷水熱量（kw）370中冷水第三段熱量（kw）2784.5 低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季低溫直供）方案方案五：低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季低溫直供）方案，示意圖如圖4-11所示。冬季在能源中心內，燃氣內燃機發(fā)電后的高溫煙氣和高溫冷卻水驅動煙氣吸收式余熱回收機組回收煙氣余熱（降至30左右）并提取低品位的淺層地熱供熱，同時設置河水源熱泵和電動熱泵，與煙氣吸收式余熱回收機組一起承擔基本熱負荷，剩余熱負荷由末端能源站的直燃吸收式熱泵承擔，同時進一步提取淺層地熱。夏季利用燃氣內燃機發(fā)電后的高溫煙氣和高溫冷卻水驅動吸收式制冷機并與能源中心內的電制冷機一起承擔基本冷負荷，剩余冷負荷由末端能源站的直燃吸收式制冷機和分散電制冷機承擔。電負荷由城市電網(wǎng)承擔，天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電一部分由能源中心內的河水源熱泵和電動熱泵以及循環(huán)泵等消耗，剩余電量與城市電網(wǎng)并網(wǎng)或直接上網(wǎng)。 圖4-11方案五示意圖該方案能夠深度回收煙氣余熱，使排煙溫度降至10左右，同時在能源中心和熱力站充分提取低品位的淺層地熱和河水熱，采用低溫直供的方式送出熱量，能夠大大提高能源利用效率，減少冬季耗燃氣量和全年輸出電量。低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季低溫直供）方案分成三部分：能源中心、熱力站和分散地源熱泵。與方案四相比，該方案具有以下技術關鍵點：（1） 冬季熱網(wǎng)采用低溫直供；（2） 深度回收煙氣余熱，排煙溫度降至10左右，避免了煙囪冒白煙；（3） 能源中心內充分提取低溫地熱，挖掘了可再生能源的利用潛力，同時減少耗氣量；（4） 能源中心內設置電動熱泵來消耗機組發(fā)電量，減少系統(tǒng)上網(wǎng)發(fā)電量；（5） 末端調峰與低溫地熱相結合，進一步提高能源利用效率，減少耗氣量。該方案的冬夏季流程圖如圖4-9所示，其能流圖如圖4-10所示。（a）冬季流程圖 （b）夏季流程圖圖4-12方案五流程圖（a）冬季能流圖（b）夏季能流圖圖4-13方案五能流圖從上圖可以看出，與方案四相比，該方案由于深度回收了煙氣余熱，并且與可再生能源相結合，提高了能源利用效率。根據(jù)負荷模擬結果，其設備配置如下表所示。該方案能源中心需要埋管約2500根，熱力站需要埋管約4400根，分散地源熱泵需埋管約1600根，能源中心占地約2萬m2，地埋管占地共約21萬m2。表4-6方案五主要配置設備配置設備容量燃氣內燃機64.0mw煙氣余熱回收機組冷量45.0mw電壓縮熱泵冷量12.6mw直燃吸收式熱泵冷量141.3mw地源熱泵冷量23.2mw電制冷機412.5mw，23.5mw4.6 低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季大溫差供熱）方案方案六：低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季大溫差供熱）方案，示意圖如圖4-14所示。該方案冬季采用間接供熱的方式。在能源中心內，燃氣內燃機發(fā)電后的高溫煙氣驅動煙氣吸收式余熱回收機組回收煙氣余熱（降至40左右）供熱，同時設置河水源熱泵和電動熱泵，與煙氣吸收式余熱回收機組一起承擔基本熱負荷，剩余熱負荷由熱力站處的直燃吸收式換熱機組承擔。夏季利用燃氣內燃機發(fā)電后的高溫煙氣驅動吸收式制冷機并與能源中心內的電制冷機一起承擔基本冷負荷，剩余冷負荷由熱力站的直燃吸收式制冷機和分散電制冷機承擔。電負荷由城市電網(wǎng)承擔，天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電一部分由能源中心內的河水源熱泵和電動熱泵以及循環(huán)泵等消耗，剩余電量與城市電網(wǎng)并網(wǎng)或直接上網(wǎng)。圖4-14方案六示意圖該方案一次網(wǎng)采用大溫差供熱，通過熱力站處的吸收式換熱機組使熱網(wǎng)回水溫度降至10左右來回收煙氣余熱，并通過電動熱泵最終使排煙溫度降至10，同時在能源中心提取河水熱，在熱力站提取淺層地熱，可以提高能源利用效率，減少冬季耗燃氣量和全年輸出電量。低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季大溫差供熱）方案也分成三部分：能源中心、熱力站和分散地源熱泵。與方案四相比，該方案具有以下技術關鍵點：（1） 冬季熱網(wǎng)采用間接連接，一次網(wǎng)采用大溫差供熱，熱網(wǎng)供回水溫度為90/10。（2） 深度回收煙氣余熱，排煙溫度降至10左右，避免了煙囪冒白煙；（3） 能源中心內設置電動熱泵來消耗機組發(fā)電量，減少系統(tǒng)上網(wǎng)發(fā)電量；（4） 熱力站吸收式換熱機組與低溫地熱相結合，進一步提高能源利用效率，減少耗氣量。與方案四相比，該方案冬季采用了間接供熱方式，通過熱力站處的吸收式換熱機組使一次網(wǎng)回水溫度降至10左右，實現(xiàn)了大溫差供熱，提高了管網(wǎng)的輸送能力，降低了管網(wǎng)投資和輸送能耗。該方案的冬夏季流程圖如圖4-15所示，其能流圖如圖4-16所示。與方案四相比，該方案也顯著提高了能源利用效率，但由于可再生能源所占比例較低，節(jié)能性低于方案五。（a）冬季流程圖（b）夏季流程圖圖4-15方案六流程圖（a）冬季能流圖（b）夏季能流圖圖4-16方案六能流圖根據(jù)負荷模擬結果，其設備配置如下表所示。該方案需要地埋管約3100根，能源中心占地約2萬m2，地埋管占地約8萬m2。表4-7方案六主要配置設備配置設備容量燃氣內燃機64.0mw煙氣余熱回收機組冷量23.5mw電壓縮式熱泵冷量11.1mw吸收式換熱機組冷量141.9mw地源熱泵冷量23.2mw電制冷機432.5mw，23.5mw5. 方案評價本能源規(guī)劃共提出六種能源供應方案，以上對各個方案進行了詳細闡述，并給出了方案的配置，下面將從能源供應安全性、節(jié)能性、經濟性和環(huán)保性等角度對各方案進行對比分析和評價，以選出最佳能源供應方案。5.1 能源供應安全性評價5.1.1 燃氣供應安全性圖5-1給出了方案四至方案六的逐月耗燃氣量比較，由于方案一至方案三夏季不耗氣，對燃氣冬夏峰谷差無削弱作用，逐月耗燃氣量不予給出。從圖中可以看出，三聯(lián)供方案冬夏都消耗燃氣，具有削減燃氣冬夏峰谷差的作用，但方案四的冬季耗氣量大，與夏季的燃氣峰值差值仍較大，削減冬夏峰谷差的作用不明顯；而方案五和方案六的冬季耗氣量小，冬夏峰值差別小，對于平衡燃氣冬夏利用，提高燃氣管網(wǎng)利用率等具有顯著效果。圖5-1 不同方案逐月耗燃氣量比較圖5-2給出了不同方案的全年總耗氣量比較。顯然，常規(guī)的供能方案全年耗氣量小，而對于分布式的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)來說，從圖中可以明顯看出，方案五在滿足相同的能源需求前提下冬季耗氣量最少，且全年耗氣總量也最少，相對于常規(guī)三聯(lián)供方案四，方案五和方案六的冬季耗氣量分別減少了52%和40%，全年總耗氣量分別減少了44%和31%。圖5-2 不同方案全年總耗氣量比較綜上可以得出，方案五在燃氣供應方面具有較大優(yōu)勢，較大程度的保障了燃氣供應安全性。5.1.2 電力供應安全性圖5-3為不同方案的全年上網(wǎng)發(fā)電量比較，可以看出，與方案四相比，方案五和方案六在滿足相同的能源需求情況下，顯著減少了全年發(fā)電量，全年凈輸出電量分別減少了43%和28%，為北京市政府減輕財政壓力。圖5-4為不同方案的冬夏電力峰值比較?？梢钥闯觯?lián)供方案均削減了夏季電力峰值，圖中顯示方案四對于削減電力峰值的作用明顯，但從圖5-3中可以看出，方案四是在發(fā)電量很大的前提下起到較好的削減峰值作用，且冬夏電力峰谷差仍然較大，而方案五和方案六在發(fā)電量較小的情況下較好的起到了平衡冬夏電力消耗的效果。其中，方案五在電力供應方面具有較大優(yōu)勢，全年發(fā)電量小且削減夏季電力峰值作用明顯，較大程度的保障了電力供應安全性。圖5-3 不同方案全年上網(wǎng)發(fā)電量比較圖5-4不同方案冬夏電力峰值比較5.2 節(jié)能性評價5.2.1 供熱供冷耗氣量比較供熱供冷耗氣量計算公式為：式中 系統(tǒng)供熱供冷等效耗燃氣量，萬nm3； 系統(tǒng)冬季總耗燃氣量，萬nm3；系統(tǒng)夏季總耗燃氣量，萬nm3；系統(tǒng)冬季凈輸出電量，萬kwh；系統(tǒng)夏季凈輸出電量，萬kwh。以上計算公式是為了比較不同方案的節(jié)能性，將系統(tǒng)的能源輸入輸出全部折算成一次能源天然氣。圖5-5為不同方案供熱供冷耗氣量比較?？梢钥闯?，方案五的全年耗燃氣量最少，節(jié)能性最好。經計算，相對于方案一，方案四、方案五和方案六全年供熱供冷節(jié)能分別為32%、50%和41%，其中冬季供熱節(jié)能分別達到51%、76%和61%以上； 夏季供冷節(jié)能分別為-6%、-2%和-13%。圖5-5不同方案供熱供冷耗氣量比較5.2.2 能源利用率和熱電比不同方案的能源利用率和熱電比如表5-1所示?？梢钥闯?，方案五的全年綜合能源利用率明顯高于其它方案，并且與方案三相比，熱電比提高了近2倍。表5-1 全年能源利用效率和熱電比項目方案一方案二方案三方案四方案五方案六冬季供熱效率90%85.5%81%46.1%91.8%73.7%發(fā)電效率37.1%37.3%37.3%熱電比1.242.461.98夏季供冷效率250%250%250%65.4%85.3%69.4%發(fā)電效率34.8%30.2%31.9%全年綜合能源利用率340%336%331%434%477%452%表5-2給出了聯(lián)供系統(tǒng)的年平均能源綜合利用效率，該數(shù)據(jù)僅僅表明聯(lián)供系統(tǒng)本身的能源利用效率，可以看出，方案五仍然是效率最高的，這主要是由于方案五在能源中心內不僅深度回收了煙氣余熱，還充分提取了淺層地熱，大大節(jié)約了一次能源消耗。表5-2 聯(lián)供系統(tǒng)年平均能源綜合利用效率項目方案一方案二方案三方案四方案五方案六年平均能源綜合利用率73.3%101.8%79.3%5.2.3 能源構成比例供熱能源構成比例如圖5-6所示。方案一至方案三為單一燃氣鍋爐供熱方式，能源構成比例不予列出；方案四的燃氣調峰比例較大，基本負荷均由三聯(lián)供系統(tǒng)承擔，方案五和方案六均提取了淺層地熱，并且深度回收了煙氣余熱，與三聯(lián)供系