廣州大學(xué)城區域能源規劃的實(shí)踐與思考

  0 引言

 

  改革開(kāi)放以來(lái)，我國經(jīng)濟高速持續發(fā)展，大大地推動(dòng)了城鎮化的進(jìn)展，新城區、開(kāi)發(fā)區、新型園區的建設在各地蓬勃展開(kāi)。為提高區域建設和運營(yíng)水平，建設能源節約型和環(huán)境友好型社會(huì )，國內學(xué)者對區域能源規劃的發(fā)展方向、思路以及能源供給方式等問(wèn)題進(jìn)行了研究，取得了一定的成果[1~3]。

 

  廣州大學(xué)城是廣州建設現代化生態(tài)城市目標規劃中的重要組成部分。在廣州大學(xué)城項目工程建設的起步階段，建設單位組織相關(guān)專(zhuān)家以高效、節能、潔凈環(huán)保為目標，對區域能源利用進(jìn)行了規劃，該規劃方案在大學(xué)城建設中得到了較好的實(shí)施，本文就該規劃在大學(xué)城的實(shí)踐進(jìn)行論述。

 

  廣州大學(xué)城近期規劃面積約18 平方公里，選址于廣州市番禺區小谷圍島，有包括中山大學(xué)、華南理工大學(xué)等10 所部、省、市屬高校入駐，隨后廣東科學(xué)中心、北亭廣場(chǎng)、數字家庭產(chǎn)學(xué)研孵化基地等公共服務(wù)、研發(fā)和商業(yè)項目相繼建成于廣州大學(xué)城內。大學(xué)城規劃容納20 萬(wàn)大學(xué)生，島內人口約35 萬(wàn)人。大學(xué)城的能源需求主要是教學(xué)、科研、商業(yè)和生活用電力、空調制冷、生活熱水，無(wú)工業(yè)負荷。

 

  1 廣州大學(xué)城區域能源規劃成果

 

  2003 年初，廣州大學(xué)城建設指揮部辦公室委托華南理工大學(xué)組織專(zhuān)家成立研究小組，編制廣州大學(xué)城區域能源規劃。研究小組完成了廣州大學(xué)城建筑節能設計標準等8 個(gè)專(zhuān)題研究，出版了《廣州大學(xué)城區域能源規劃研究》[4]。

 

  1）建筑主體節能優(yōu)化設計。廣州大學(xué)城對建筑的節能設計專(zhuān)門(mén)制定了《廣州大學(xué)城建筑節能設計標準》，標準要求通過(guò)采用合理的建筑設計方案，強化建筑自然通風(fēng)降溫功能，提高圍護結構隔熱性能和提高空調設備能效比等節能措施，在保證相同的室內熱環(huán)境的前提下，與目前建筑外遮陽(yáng)、建筑自然通風(fēng)等狀況均不良好且采用低效率分體空調方式的空調建筑相比較，全年建筑空調能耗應減少65%。

 

  2）分布式能源供應系統規劃方案。采用燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電冷三聯(lián)供技術(shù)，發(fā)電總裝機容量約為126MW。系統以天然氣為燃料，通過(guò)100MW的燃氣輪機組直接發(fā)電，燃機的排氣進(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生4.0MPa 中壓蒸汽進(jìn)入抽凝式汽輪機組發(fā)電；從燃氣輪機抽出部分1.0MPa 低壓蒸汽，用于向用戶(hù)供汽和用于制冷站吸收式制冷機組；鍋爐尾部煙氣余熱用作生活熱水的熱源；能源站生產(chǎn)的電力用于供給電壓縮制冷空調系統和作為日常用電的一部分，不足部分向電網(wǎng)購買(mǎi)。整個(gè)系統能源利用效率可達80%以上。通過(guò)調節燃氣輪機、余熱鍋爐和蒸汽輪機的運行工況，可以滿(mǎn)足不同季節、氣候下各種冷、熱、汽負荷的需求，具有很高的靈活性。

 

  3）可再生能源利用規劃。對太陽(yáng)能利用（室外公共區域照明、熱水空調）、垃圾焚燒發(fā)電、風(fēng)力利用、低焓值能源利用（珠江水水源、地源熱泵）等方案進(jìn)行了研究，提出了2010 年新能源和可再生能源在大學(xué)城用能中占8%~10%比例的目標。

 

  4）能源供應系統運行機制。按照社會(huì )化、市場(chǎng)化機制進(jìn)行投資、建設和運營(yíng)管理。建議采用政府（廣州大學(xué)城管理委員會(huì )）調控下的能源服務(wù)公司特許經(jīng)營(yíng)模式進(jìn)行運作，該能源服務(wù)公司應該是允許外資介入的，鼓勵用戶(hù)參股的，所有制多元化并且完全按照市場(chǎng)機制運作的獨立法人機構。通過(guò)政府-能源服務(wù)公司-用戶(hù)-電網(wǎng)四方依法協(xié)議，依靠高科技和現代化的科學(xué)經(jīng)營(yíng)管理，達到用戶(hù)、公司、電網(wǎng)、社會(huì )" 四贏(yíng)" 的目標。項目的啟動(dòng)、能源服務(wù)公司的組建均采用面向社會(huì )（國內外）招標的形式運作。

 

  2 廣州大學(xué)城區域能源的實(shí)踐

 

  2.1 建筑節能

 

  廣州大學(xué)城的圍護結構材料全部選用了輕質(zhì)隔熱型墻體材料，如陶粒砼砌塊、加氣砼砌塊、燒結空心砌塊。大學(xué)城房建工程竣工建筑面積520 余萬(wàn)m2，應用了各種新型墻體材料共970626 m3，有力杜絕了實(shí)心黏土磚在大學(xué)城的使用，達到節約能源、保護耕地的目的。廣州大學(xué)城建筑的門(mén)、窗、走廊設計充分考慮了穿堂風(fēng)的形成，自然通風(fēng)效果顯著(zhù)。

 

  在屋面設計中，全部采用25mm 厚的擠塑板、30mm 厚的模塑板、130mm 厚的加氣砼為隔熱保溫層材料；外窗設計規定了窗墻面積比，盡量減少全玻璃幕墻的建筑，并在部分公共建筑中采用了垂直遮陽(yáng)板、水平遮陽(yáng)板等外遮陽(yáng)措施，在玻璃的選材上采用了熱反射鍍膜玻璃等節能玻璃。

 

  2.2 分布式能源系統

 

  廣州大學(xué)城的分布式能源系統由分布式能源站、區域供冷系統和集中生活熱水系統組成。

 

  1）分布式能源站

 

  分布式能源站是廣州大學(xué)城分布式能源系統的核心，能源站以天然氣為燃料，規劃設計建設4 套78MW等級燃氣- 蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組。首期2 套機組于2009 年10 月投產(chǎn)。根據設計，其功能是滿(mǎn)足大學(xué)城區（含10 所大學(xué)和中心商務(wù)區）對熱、冷等多種能源的需求。但由于體制等客觀(guān)原因，能源站目前未能實(shí)現向大學(xué)城區域內直接供電，其發(fā)電通過(guò)110kV 電纜接入電網(wǎng)。

 

  能源站余熱鍋爐尾部的煙氣余熱用于制備生活熱水和1# 冷站（規劃中）及能源站站內空調主機生產(chǎn)空調冷凍水。能源站的一次能源天然氣得到了梯級綜合利用，系統的能源利用效率達到80%以上，達到了高效節能、優(yōu)化能源結構、控制污染、改善環(huán)境的目的。

 

  2）區域供冷系統

 

  大學(xué)城區域供冷系統采用先進(jìn)的冰蓄冷技術(shù)，規劃總裝機容量為10.6 萬(wàn)冷噸，包含由4 個(gè)冷凍站及相對應的冷凍水枝狀管網(wǎng)、末端換熱間組成的4 個(gè)相對獨立的系統。目前已建成并運行2#、3#、4# 冷站及相應的管網(wǎng)，裝機容量7.7 萬(wàn)冷噸。用戶(hù)包括十所高校、廣東科學(xué)中心、北亭廣場(chǎng)、數字家庭和數字電視產(chǎn)學(xué)研孵化基地、南國會(huì )國際會(huì )議中心等。冷站冷量通過(guò)末端換熱間內的板式換熱器送往各單體建筑內的末端空調系統。末端換熱間已建成300 余間，內設電動(dòng)調節閥等自控裝置及冷量計費裝置，末端板換間與冷站、冷站與冷站之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)形成自控傳輸網(wǎng)絡(luò )。

 

  3）集中生活熱水系統

 

  廣州大學(xué)城集中生活熱水系統由熱水制備站、一次熱水主干管網(wǎng)、分散熱力（加壓）站、二次熱水管網(wǎng)及單體熱水系統組成，為開(kāi)式循環(huán)系統。

 

  熱水制備站熱源主要為分布式能源站余熱鍋爐煙氣余熱換熱制備60℃生活熱水送往分散熱力站。

 

  用戶(hù)用水終端采用預付費IC 卡水表計量，少數團體用戶(hù)采用機械式水表總表計量。

 

  2.3 能源供應系統運營(yíng)模式

 

  經(jīng)市政府批準，廣州大學(xué)城建設指揮部辦公室在建設期組建了全資國有企業(yè)廣州大學(xué)城投資經(jīng)營(yíng)管理有限公司及其子公司廣州大學(xué)城能源發(fā)展有限公司，負責區域供冷項目和集中生活熱水項目的投資和運營(yíng)管理，項目建設則委托大學(xué)城指揮辦負責。兩公司本著(zhù)“服務(wù)高校師生，服務(wù)大學(xué)城”的宗旨，確保區域供冷系統、集中生活熱水系統的穩定運行，為大學(xué)城近20 萬(wàn)師生提供空調冷凍水和生活熱水服務(wù)。

 

  2007 年底，廣州大學(xué)城能源發(fā)展有限公司與中國華電新能源有限公司合作，成立廣州大學(xué)城華電新能源有限公司，由該項目公司負責大學(xué)城能源站的投資、建設和運營(yíng)管理。

 

  3 廣州大學(xué)城能源規劃實(shí)踐的思考

 

  廣州大學(xué)城區域能源規劃的研究取得了一些令人矚目的成果，這些成果對大學(xué)城的建設和運營(yíng)管理發(fā)揮了重要的指導作用。作為廣州大學(xué)城能源項目的建設者和運營(yíng)管理者，幾年來(lái)在項目的建設和運營(yíng)管理中，對區域能源規劃有一些切身體會(huì )和思考。

 

  1） 區域能源規劃與該區域的總體規劃功能與定位是密不可分的。廣州大學(xué)城區域能源規劃對廣州大學(xué)城作為高校園區的功能以及作為廣州市城市空間發(fā)展格局中生態(tài)敏感區的定位的把握是非常準確的，為此明確提出了能源規劃的指導思想，即節能、高效、生態(tài)環(huán)保以及建立與市場(chǎng)經(jīng)濟相適應的能源管理運營(yíng)體系。

 

  2） 區域能源負荷特點(diǎn)的把握及負荷大小的準確預測是區域能源規劃的重要環(huán)節。廣州大學(xué)城作為高校園區，能源消耗主要群體為高校師生，因此，大學(xué)城的能源負荷特點(diǎn)是峰谷差大，存在季節（寒暑假）、晝夜的不平衡。針對這些負荷特點(diǎn)，能源站燃機設備選擇航改型輕型機。航改型輕型機啟?？?，機組由4 臺燃機組成，并可單臺、多臺運行，在不同負荷下運行均可獲得較高的運行效率，較好滿(mǎn)足了大學(xué)城供熱負荷需求。區域供冷系統采用了冰蓄冷技術(shù)，實(shí)現負荷的移峰填谷。負荷預測方面廣州大學(xué)城電力負荷預測[5]對校區用電負荷采用分類(lèi)建筑綜合用電指標計算用電負荷，對其它如保留村則按人均綜合用電指標法進(jìn)行負荷預測?？照{負荷的預測是通過(guò)不同類(lèi)別建筑空調需求的調查統計，在對日逐時(shí)負荷分析的基礎上，采用全年逐時(shí)冷負荷軟件計算，在掌握一定統計規律的基礎上，確定不同功能區域的空調合理同時(shí)使用系數[6]。

 

  但幾年來(lái)的運行數據表明，空調實(shí)際使用負荷與預測負荷還是存在一些差距。

 

  3）具體分析區域內的地理環(huán)境、生態(tài)環(huán)境條件以及氣象條件，因地制宜地選擇區域內供冷供熱等能源產(chǎn)品的供應方式。

 

  4）區域能源規劃實(shí)施離不開(kāi)國家能源政策、法規的支撐。2010 年3 月，廣東省物價(jià)局批復對大學(xué)城投資經(jīng)營(yíng)管理有限公司等兩家單位試行蓄冰電價(jià)，使得大學(xué)城區域供冷蓄冰運行具有合理的經(jīng)濟性；廣州大學(xué)城分布式能源站的建設規劃，一直得到省、市政府的關(guān)注和支持，為能源站的市場(chǎng)定位問(wèn)題，省政府多次組織協(xié)調，認為能源站的建設是解決廣東省乃至全國能源面臨的效率、結構、安全、環(huán)境等問(wèn)題所做的一次積極的探索和嘗試[7]。2006 年省政府批復了《廣州大學(xué)城分布市能源站供電改革試點(diǎn)方案》， 2008 年南方冰雪災害造成部分城市大面積停電的現實(shí)，已使有識之士更加迫切地感受到分布式能源是解決區域能源供應可靠性的有效途徑?？紤]到區域供冷、分布式能源帶來(lái)的環(huán)境效益和其它社會(huì )效益，政府如果在天然氣價(jià)格上對其給予適當優(yōu)惠，同時(shí)適當引導區域內用戶(hù)使用分布式能源系統提供的產(chǎn)品，那將是對分布式能源的有力支持。因此，能源規劃更期待國家政策、法規的突破。