双碳背景下热泵和蓄能在未来供热系统中的前景分析

背景介绍 未来建筑智慧能源供热系统 碳排放达峰与碳中和愿景 我国全面提高自主贡献目标； 中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政 策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值努力争取2060年前实现碳中和 在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话 到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量 依据哥本哈根气候大会中国政府承诺 根据IEA数据2018年中国碳排放约为100亿吨CO2 和“十三五”能源规划到2020年，我国非化石能源消费比重达到15% 其中建筑运行约为21亿吨CO2，占21%，建材和建造约为18亿吨CO2，占18%；同美国、日本等发达国家相比，我国建筑运行碳排 煤炭消费比重降至58%，消费量在41亿吨左右； 放占比偏低，建筑材料和建造碳排放占比偏高（新建建筑量过大导致，我国年新建7%，发达国家1%)。 到2030年，非化石能源比重达到20%，煤炭比重降至50%左右，消费量在42亿吨以上。 未来我国北方城镇供热面积将达到200亿m其中各类热泵复（地源热泵、水源热泵、空气源 2016年12月21日，总书记主持召开中央财经领导小组第十四次会议 2017年12月5日，国家发展改革委等十部委发布： 《关于印发北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）的通知》 我国北方城镇燃煤集中供热、农村分散式燃 煤采暖煤炭消耗体量巨大，同时雾霾频发我国大气环境问题函待解决。 2国家政第 我国新建燃煤锅炉将受到严格控制：北京、天津、河北、山西、山东等地区地级及以上城市建成区原则上不得新建燃煤锅炉禁止新建20吨/时以下的燃煤锅炉其他地区 1高度依赖进口 继2004年我国首个LNG终端投入运营以来，中国天然气 进口量激增，2018年中国已成为世界头号天然气进口国据中国海关总署发布数据显示，2018年5月当月通过输气管道和海上运输共进口天然气已达741万吨 2 制约因素·天然气供应能力 陕西省铜川市印发 《铜川市铁腕治霾打赢蓝天保卫战三年行动方案（2018一2020年）》《铜川市铁腕治霾打赢蓝天保卫战2018年工作要点》 禁止新建扩建燃煤发电、燃煤热电联产 和燃煤集中供热项目 陕西省西安市印发 《西安市“铁腕治霾·保卫蓝天”三年行动方案（2018一2020年）（修订版）》 禁止新增燃煤集中供热站 累计输送电量 全国全口径发电装机容量177708万千瓦 电力供应能力持续增强。全国非化石能源发电装机容量68865万干瓦，占全国总装机容量的38.8% 火电设备利用小时数下降中国电力投资过剩局面或将加剧 2013776 GW 稳定因素：工业生产 未来建筑智慧能源系统互联图 双碳背景下未来能源形式的重要组成部分一一热泵+蓄能 可有效削峰填谷，减缓发电侧电力投资，提高供电可靠性 热泵蓄能意义 为应对过大的电网峰谷差，国家不得不投入巨资建设调峰电厂、抽水蓄能电站，依靠扩大投资规模增加装机容量来满足短暂的尖峰用电，增加了发供电成本，难以实现能源 背景介绍 标准体系建设：主编建筑能源领域的大部分标准，如《地源热泵系统工程技术规范》，《蓄能空调 工程技术标准》，《公共建筑节能改造技术规范》，《公共建筑节能设计标准》，《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》，《可再生能源建筑应用工程评价标准》，《区域供冷供热系统应用技术规程》，《蓄能空调工程测试和评价标准》，《中深层地热热泵供暖技术规程》，《地埋管地源热泵岩土热物性测试技术规程》等等；并开展相关的课题研究 结合项目的具体需求和资源条件情况，热泵技术的应用主要分为 分散式和集中式两种方式： 集中式热泵系统 分散式热泵系统 可利用不同建筑和区域的同时使用率，减小装机负荷和投资采用较大设备，设备效率高，运行稳定热源方便管理，整体占地面积小可以利用能源峰谷价差采用蓄能 冷热源分散建设，无同时使用率冷（热）源以及配电设备装机大，初投资大；。设备容量小，效率相对较低，较难大规模采用蓄能技术 分散式热泵技术与北方清洁取暖政策相结合 在用户侧推广电驱动热泵，充分利用地热、污水、空气 低品位工业余热等低温热源，并结合蓄热或按可中断负荷模式满足电网调节的灵活性 第一批北方地区冬季清洁取暖试点：天津、石家庄、唐山、保定、廊坊、衡水太原、济南、郑州、开封、鹤壁、新乡12个 第二批北方地区冬季清洁取暖试点：邯郸、邢台、张家口、沧州、阳泉、长治晋城、晋中、运城、临汾、吕梁、淄博济宁、滨州、德州、聊城、菏泽、洛阳安阳、焦作、濮阳、西安、咸阳 分散式热泵技术在北方清洁取暖地区应用情况 以电力通过热泵供暖作为主要供暖能源河南省洛阳市、焦作市等清洁取暖试点城市农村地区 空气源热泵助力打赢蓝天保卫战 2019年2月20日，北京市人民政府办公厅印发 主推空气源热泵-热泵热风机 《北京市污染防治攻坚战2019年行动计划》 以焦作市为例，焦作市三年双替代累计任务量为37.8万户，80%以上为电代煤，按照约40%为热泵热风机约近10%为蓄热式电暖气测算，热泵热风机需求量为12万户，蓄热式电暖气需求量约为3万户；全国35个清洁取暖试点城市热泵热风机需求量约为420万户，蓄热式电暖气需求量约为100万户 分散空气源热泵应用效果调研 2016年和2017年国家空调设备质量监督检验中心完成了300多台空气源热泵产品的检测工作，项目系统能效水平如下： 2.502.402.30 相变蓄能综合供暖供冷系统：利用空气能和峰谷电价政策，在谷价电或机组能效高的时段蓄能，其 他时段释能不用电。此外，可以通过空气源热泵技术高效利用光伏电能，转换为冷热能量储存在相变蓄能罐中，用于给用户供冷、 供暖和供热水，解决光伏能源的就地消纳和高效使用问题 铺设在底层保温层和蓄能单元之间 循环热、冷水（或氟），用于给蓄能单元蓄热或冷。铺设面积根据供暖面 积定制。 控制器 用于转换和控制和系统工作模式和 蓄能单元 重量： 9kg内装蓄能材料重量：4.5kg蓄能量：900千焦（0.25千瓦时）蓄能材料相变点：25℃蓄能密度：200kJ/kg 运行费用对比 案例分析 胡庄变电所试点工程：位于昌平区十三陵镇水库西路泰胡路小区旁边，目前安装三套系统，配置均为 1.5P格力空调外机，电功率900W，所带房间共计165.2m²。 图实测日系统运行数据全天电费：（按工商业电价计算）0.2581（谷段电价）×8×0.9+0.7255（平段电价）X5×0.9+1.2442（高峰电价X3×0.9=8.48241元室内温度：基本平稳保持在20℃左右； 获嘉县工业余热热泵集中供暖工程项目概况 地理位置----本项目为获嘉县工业余热热泵集中供暖工程。项目位于河南省新乡获嘉县内，涉及西部行政中心、南部产 业集聚区和东部，集中供热拟覆盖县城主要城区，一期集中供热面积约340.7万m。 供热能效低 保障性差 规划目标：实现中心城区集中供热普及率达到90%，区域供 余热资源条件 水量：2.7万吨/小时 水温：循环冷却水供水、回水温度比较稳定，供水温度为32℃~41℃，回水温度 ◆水质：循环冷却水水质呈碱性（PH8.68~9.08）、硬度较大（钙硬182.33~590.47mg/L），氯离子浓度较大（134.40~492.73mg/L）。 方案比选 循环冷却水水量与工艺生产有关，正常生产产生比较稳定的冷却循环水约2.7万吨/小时。假定按照企业冷却水降温要 求提取10℃温差计算，可从中提取314MW热量，提供近400MW的热负荷，可为约800~1000万m2的建筑面积供热。工业余热可以完全满足近期规划供热需求，可以满足远期大部分建筑供暖需求， 方案比选-未端温度 调研目前散热器所需温度。（项目采用65℃） 热泵COP随着冷凝器供水温度变化的曲线（冷凝器侧温度升高1℃，机组COP下降1.5%~2%） 综上，本项目对于末端为散热器、风机盘管的建筑供回水温65/50℃； 供能系统流程图 供热管网和热泵站布置 结合本项目基础条件，考虑节约投资，缩短施工周期并兼顾地面美观，本项目建议采用直埋敷设。 路沿预华路向西在与学府路相交之后向北沿学府路至北干道西段，最后沿 北干道西路向东敷设至10区；另一路沿行政大道往北延伸，至文圣路向东，再北拐到新华街，敷设至19区。在主干管上分别引支路依次至各热泵能源站。 业‧主用地情况，将获嘉县集中供暖区域分为21个区域近期建设21个分散式热泵站。在中新化工厂内建换热站，从换热站敷设主干管穿过中新化工厂向东沿凤凰大道延伸，自行政大行街北拐，主 济宁市文化中心能源站 ·济宁市文化中心地处太白湖新区（北湖新区），位于太白湖湾以东，是该区域重要的文化景观中心。该项目由集中设置的能源 站作为各个建筑物冷热源，采用地埋管地源热泵系统，满足该项目全年供暖空调需求。目前一期项目已投入运行。 建筑面积29.91万m²，分两期建设，其中供暖 负荷需求分析 负荷需求分析 30000 系统设计 按《地源热泵系统工程技术规范》附录C要求，热物性参数： W-6714“醉 选择4台离心热泵机组：制冷量4600kW，制热量4600kW. 选择1台螺杆热泵机组制冷量1614kW，制热量 贵阳中天未来方舟可再生能源集中供能 中天·未来方舟项目位于贵阳市云岩区。是目前国内少有的大 规模供热且使用率很高的热泵供热商业项目。项目建筑面积约800万平方米，商业面积约150万平方米。项 目采用南明河作为热泵系统的低位冷、热源，建设1、2、5号能源站系统；采用污水源热泵建设3、4号能源站系统，满足区域的冷、热负荷需求。6号站采用风冷热泵和热源塔热泵系统 1号能源站可再生能源集中供能系统区域供冷（热）面积156万m²，建设能源站1座，设备供热总装机负荷56.9MW其中热泵系 统供热装机负荷48.9MW。2号能源站可再生能源集中供能系统区域供冷（热）面积138.8万m²，建设能源站1座，设备供热总装机负荷49.3MW.其中 负荷预测和水资源分析 热负荷时间延续图能源系统方案100% 机房平面布置 项目管网建设 该系统热源侧采用封闭式换热器，从地下2~3km深 温度在70～90℃甚至更高范围的岩石中，提取蕴藏其中的地热能作为热泵系统的低温热源创业园 首页>委工作动态 2017年12月29日，国家发改委等六部委联合印发： 促进北方采暖地区燃煤减量替代的通知 发改环资（2017）2278号 《关于加快浅层地热能开发利用促进北方采暖地区燃煤减量替代的通知》 近年来，一些地区积极发展浅层地热能供热（冷）一体化服务，在减少燃煤消耗、提 高区城能源利用效室等方面取得明显成效·为贯彻落实《国务院美于印发大气污染防治行动计划的通知》（国发（2013）37号）、《国务院关于印发“十三五”节能成排综合工作通知》《国发（2016）66号）以及国家发改萃委等部门《关于印发<重点地区煤消费减重替代管理暂行办法》的通知》（发改环资（2014）29B4号）和《关于推进北方采暖地区城镇清洁供暖的指导意见》（建城（2017）196号），因地制宣加快推进法层地热能开发利用，推进北方采晚地区居民供热等领域燃煤减里普代，提高区域供热（冷）能源利用效率和清洁化水平，改垂空气环境质里，现提出以下意见。 提出统筹推进浅层地热能开发利用 地方相关政策 2019年1月18日西安市人民政府发布：《西安市“十三五”节能减排综合工作方案》方案提出推进浅层地热能、中深层地热能等解决 发文机关：市政府办公厅发文字号： 成文时间：2019-01-21 18:06发布时间：2019-01-21 18:06有效性：有效 《西安市“十三五”节能减排综合工作方案》已经市委、市政府同意，现印