“双碳”背景下区域供冷的应用与展望.pdf
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1、“双碳”背景下区域供冷的应用与展望王雅丹刘盾盾(珠海澳大科技研究院,珠海)摘要:随着城镇化进程加快,城市空调碳排放、热岛效应及夏季电力供应短缺等问题愈加显著。区域供冷技术可有效降低传统空调相关的碳排放,利于电网“削峰填谷”且在峰谷电价政策下具有可观的经济效益。本文通过总结国内典型区域供冷项目特征,分析了区域供冷对用户、运营商、电力系统及城市环境等不同主体的意义,指出了“双碳”背景下区域供冷发展所面临的主要问题,为我国区域供冷技术未来的研究应用提供依据。关键词:区域供冷;峰谷电价;低碳城市;建筑节能;综合能源王雅丹,女,年生,硕士研究生,研究助理刘盾盾(通信作者)珠海市横琴粤澳深度合作区环岛东路
2、 号创意谷栋 :收稿日期:引言为应对气候变化这一全球性挑战,我国在内的 个缔约方于 年签订 巴黎协定,约定大幅减少全球温室气体排放。在此背景下,我国提出了“年碳达峰、年碳中和”的“双碳”目标。城市作为人类经济生产活动的集中区域与能源消耗的主体,在实现“双碳”目标中有着举足轻重的地位。近年,伴随社会经济增长与城市化进程推进,城市的能源消耗及相应碳排放体量也在不断增长。空调系统能耗在城市整体能耗中占比明显,高层建筑密集区域的空调夏季运行除造成相应碳排放外,分散空调的使用也使建筑附近的微气候环境升温,加剧了城市热岛效应。区域供冷的冰蓄冷设备在夜间利用低谷电价时段进行蓄冷,在昼间用电高峰时释放存储的冷
3、量以补偿制冷需求。区域供冷系统为城市建筑密集区域提供了与分散空调系统相同的供冷功能,在合理规划下系统能耗和碳排放最多可降低,同时避免了冷却塔造成的城市热岛效应。据国际能源署预测,全球每年约 冷量被用于供冷,其 中 约 划 归 于 区 域 供 冷,占 总 量 的。自 世纪初始,区域供冷在我国已有众多项目落地运行,技术条件较为成熟。本文通过总结国内典型区域供冷项目特征,分析区域供冷对用户、运营商、电力系统及城市环境等不同主体的意义,指出“双碳”背景下区域供冷发展所面临的主要问题,为我国区域供冷技术未来的研究应用提供依据。峰谷电价峰谷分时电价政策作为蓄冷项目的重要实施条件,是由各省发展和改革委员会根
4、据近期用电需求对用户制定的引导政策。该政策依据电网负荷特性曲线的分布,将全天负荷对应时刻分为尖峰、峰值、平段、低谷等不同时段,以电力系统供电真实成本为参考,对不同时段制定分时电价。该政策旨在通过引导用户用能行为,尽量减小电网负荷的峰谷差值,实现电网系统负荷“削峰填谷”,维护电网安全运行,提升运行效益。适用此政策的储能用户可通过合理规划设备运行策略,有效节省设备运行费用。据国家能源局公布,年全社会用电量为 亿,同比增长,城乡居民生活用电量为 亿,同比增长 。年我国社会经济形势在疫情影响下仍处于增长态势,城乡居民用电量同比显著增长。据此预测,随着 年社会经济形势复苏,社会用电需求将进一步增长。国家
5、发展和改革委员会为鼓励发展新型储能系统,扩大了峰谷电价政策的实施地区范围和适用时段,对于已实行峰谷电价的城市进一步增加峰谷电价差。浙江、湖南等省市峰谷电价增设个高峰段,河南省工业峰谷电价差由 年的 元()调整为 年的 元(),涨幅达 。伴随峰谷电价政策的完善,区域供冷技术的经济性持续看好。区域供冷当城市出现快速的人口和经济增长时,空调负荷也会急剧增长,对于夏季气候炎热地区这点尤为明显。区域供冷凭借自身的高效能源利用和集中散热,可有效降低区域内制冷相关碳排放及废热。区域供冷不同于传统分散式空调,以能源站为区域的“整体机房”,为区域内全部建筑空调系统提供冷水。系统冷源可以为电动制冷机、由工业废热提
6、供动力的吸收式制冷机、河流湖泊等自然冷源。冷水通过埋地的保温管网分配给供冷区域内建筑用户,再经建筑内二级泵输送至空调末端,从而满足建筑空间的供冷需求。在吸收了建筑内的热量后,冷水通过回水管返回制冷站,经冷却后重新进入下一个供冷循环。区域供冷通常选用冰蓄冷设备,在夜间储能、昼间峰值电价时释冷。相比于分散式空调,区域供冷旨在提供高能源利用效率的区域整体供冷图区域供冷系统示意图方案,减少空调碳排放。区域供冷系统示意见图。区域供冷范围内的建筑业主与供冷站运营商签订长期供冷协议,运营商通过确保以最低的寿命周期成本优化供冷流程,获得较好的经济效益。区域供冷设备的设计寿命通常超过空调制冷暖通空调 年第 卷增
7、刊,初投资回收后持续获得的融冰收益较为可观。在此运行模式下,运营商可根据区域内空调需求做整体调控,实现区域能源的优化调度。区域供冷系统整体循环中的冷量损失远小于集中供热系统的热量损失,能源利用效率高。区域供冷运营商利用峰谷电价蓄冷的日效益计算式:()式中为能源站日售冷量;为冰蓄冷主机制冷工况的性能系数;为用户峰谷电价,下标表示峰值,表示谷值;为蓄冰日用电量。根据工程实际,区域供冷系统初投资估算标准如下:制冷机房内设备含安装费用为 元,用冷建筑内管道及末端设备含安装费用为 元,室外管网费用为 元。假设某套区域供冷设备蓄冰量为,初投资按 元估算。假设项目所在城市峰、谷电价分别为、元(),能源站日售
8、冷量为 ,能源站蓄冰日用电量为 ,冰蓄冷主机制冷工况性能系数取,系统全年运行 。计算得到区域供冷初投资约为 亿元,日峰电融冰收益为 万元,项目回收期约为。算例中各项取值较保守,且运营商同时向用户收取相应冷费,项目静态投资回收期一般可控制在内。国内典型项目区域供冷这一概念最早出现在 世纪 年代,首个项目哈特福德()于 年在美国康涅狄格州落地。之后,北美、欧洲及日韩等地区将区域供冷作为一种应对能源环境问题的对策在商业建筑及学校等项目中开展应用。年,我国首个区域供冷北京中关村科技园项目落地实施。区域供冷项目近年在我国不同地区得到了实践,积累了宝贵经验。国内区域供冷典型案例汇总见表。表区域供冷典型项目
9、项目城市区域面积万投入运行年份峰谷电价差(元()说明北京中关村 科 技园区域供冷北京 蓄冷量 ,服务用户类型以商业、办公、会展为主广州大学城 区 域供冷广州 总投资 亿元,冷负荷 万,供冷面积 万,年节约用电 万 珠江新城核 心 区集中供冷广州 冷负荷 万,为座商业建筑、座公共建筑及广州地铁供冷,供冷面积 万 亚龙湾冰蓄 冷 区域供冷三亚 冷负荷 万,双回 供冷管网向区域内酒店、商业服务、旅游娱乐等场所供冷,供冷面积 万,额定负荷 上海虹桥区 域 供冷上海 冷负荷万,总投资 亿元,热、冷、电区域三联供,以天然气为发电能源,发电输送到公用电网,而其余能源用于区域内供热、供冷,满足区域内所有用户的
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