广州大学城DES规划、实践和思考

广州大学城冷热电三联供系统工程规划、实践和思考华贲强化传热与过程节能教育部重点实验室华南理工大学天然气利用研究中心2005、5内容一、广州大学城冷热电三联供分布式能源站的背景及规划二、广州大学城分布式能源站两年来的建设实践三、广州大学城分布式能源站引发的问题和思考一、广州大学城分布式能源站的背景及规划1、广州大学城建设背景和规模2、广州大学城区域能源规划制订3、广州大学城用能需求和约束条件4、广州大学城分布式能源站的规划内容“科教兴粤”要求加快广东高等教育发展步伐现有大学规模扩展受到局限广州“南拓”发展规划提供了土地和环境资源2003年1月决定在小谷围岛建设广州大学城建设广州大学城的决策1、广州大学城建设背景和规模大学城建设及与广东高等教育15.346.782084281360204060801001201402002年2005年2010年广东省高等教育发展规划高等教育入学率（%）在校学生数（万人）空间上广州未来发展的中心地带生态结构中的位置南、北两个生态走廊的中间旧城区和新城区之间城市生态结构两个绿心之间三心合一绿心、智心、中心广州大学城广州大学城─新广州大学城一期18平方公里30万人口（学生20万）大学城二期43平方公里中等城市规模大学城与未来广州发展《广州大学城区域能源规划》研究小组负责人：华贲参加单位：华南理工大学广州大学广东工业大学中科院能源所2、制订广州大学城区域能源规划2003年6月27日，《广州大学城区域能源规划》通过专家审查《广州大学城区域能源规划》主要内容1.广州大学城区域能源规划总则2.广州大学城建筑主体节能设计3.大学城区域能源供应系统规划4.大学城可再生能源规划5.能源供应系统运营机制研究大学城能源规划总则国家重点基础研究开发(973)项目:”高效节能的关键科学问题”，研究技术成果之一:建筑物复合能量系统集成建模和优化-----大学城建筑物建设中必须贯彻的能源利用三原则：在建筑物的设计和维护结构必须是节能的；能源供应系统必须按照分布式能源站/冷热电多联供的思想（DES/CCHP）建设；充分重视和大力发展可再生能源。广州大学城建筑主体节能制定了《广州大学城建筑节能标准》，提出从小区建筑合理布置和单体围护结构优化设计两方面建筑节能措施,给出了技术经济优化数据(投资加3%以下,50-60元/平方米,6-11年回收)；提出在现有基础上降低50～65％的节能目标。为在广东推行2003年颁布《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》，做出了典型示范作用。一期10大学校区800万m2建筑将于2005年9月全部完成。已建建筑均采用了各种保温、遮阳、自然通风等节能措施，基本实现既定节能目标。大学城区域能源供应系统规划天然气分布式能源系统，同时提供电力、空调冷冻水、生活热水服务（DES/CCHP）；按照用能特点，采用燃气—蒸汽联合循环—抽汽制冷的系统配置方案；4个共11万冷吨区域集中供冷站（电制冷＋蒸汽吸收制冷＋冰蓄冷系统）MaxL=1.6km；生活热水以余热锅炉低温烟气为主要驱动热源，低压抽汽辅助。大学城可再生能源规划—（2006—2020）风力发电装机：30.4MW(2020年)垃圾焚烧装机容量：7-20MW（2006-2010年）太阳能光热、光电利用可再生能源：2010年5%2020年8-10%总投资约10亿元，投资回收期10年区域生态循环经济的样板投资运营市场化+政府宏观调控设立“广州大学城能源服务公司”政府—公司—大学三方协议特许经营多元化股权结构、多方集资采用BOT模式，向国内外公开招标依靠高科技现代化管理创造“四赢”能源供应系统运营机制广州大学城分布式能源站的挑战和机遇无冬季采暖负荷，冬季如何经济性运行？负荷波动较大（无工业，少商业），如何灵活调节？地域较广，介质输送距离长，如何确保冷热介质输送损耗控制？广州大学城分布式能源站的挑战和机遇用户集中，便于计量管理负荷变化有规律：教学：8-22:00，生活：午、夜已设立共同管沟，区域布置合理公用工程（电、热）现有价格高LNG项目启动，06年天然气全面上岸广州电网缺电严重，有利于实现新的机制大学城能源需求特点•主要消耗能源为电力（包括电制冷）电力负荷峰谷差大，空调制冷占总能耗的50%以上•空调系统设计负荷为11万冷吨•空调负荷三个不均衡：•季节不均衡，包括季节变化和寒暑假负荷波动•昼夜不均衡，作息时间和学生流动•区域不均衡，商业区、住宅区、学校区不同类型•热水需求：季节性强，时间负荷极不均衡。3、广州大学城用能需求和条件0123456789101112130.30.40.50.60.70.80.91.0月平均月份广东典型用电年负荷曲线048121620240.40.60.81.0时间(小时)典型用电日负荷夏季冬季广东典型用电日负荷曲线大学城用电负荷预测（kW）050000100000150000200000谷段平段峰段谷段平段峰段谷段平段峰段夏季春、秋过渡季冬季大学城设计日逐时冷负荷445041213883365734564985195425708672649791598830299412829347876711594192443106727795468346461897686666225557735230020000400006000080000100000120000140000123456789101112131415161718192021222324时间RT规划设计容量120MW，采用燃气——蒸汽联合循环系统较大的运行可调性和灵活性，解决季节、昼夜和假期三个不平衡问题。设计工况下能源利用效率可以高达80％以上。与电制冷和冰蓄冷系统运行配合。暑假期间可以作为调峰电站发电上网，缓解广州夏季用电紧张局面。大学城分布式能源站特点：4、广州大学城分布式能源站的规划内容PG6391C，41780kW天然气117690kW烟气，574.40C428.6t/h3.43MPa，4350C15000kW燃气轮机`PG6391C，41780kW天然气117690kW烟气，574.40C428.6t/h燃气轮机`3.43MPa，4350C15000kW63t/h63t/h蒸汽,0.5MPa电网电力蒸汽蒸汽吸收制冷冷冻水压缩制冷生活热水地表水1350C烟气大气广州大学城区域能源站规划系统示意图050000100000150000200000谷段平段峰段谷段平段峰段谷段平段峰段夏季春、秋过渡季冬季大学城用电负荷（kW)自发电功率（kW)能源站区内供电功率估算05000100001500020000谷段平段峰段谷段平段峰段谷段平段峰段夏季春、秋过渡季冬季用电量（万kWh)自发电量（万kWh)能源站区内供电量估算241四个集中供冷站分布3-200000200004000060000800001000001200001400001357911131517192123时间RT冰槽释冷主机供冷主机蓄冷基本负荷设计日冰蓄冷空调系统运行策略不同空调负荷率下的运行策略－10100002000030000400005000060000700001357911131517192123时间RT冰槽释冷主机供冷主机蓄冷基本负荷0.5负荷率下冰蓄冷空调系统运行不同空调负荷率下的运行策略生活热水集中供应系统规划服务对象：大学城的20万大学生和10万居民的洗澡生活热水设计指标：学生每人每天40升60度热水，居民每天每天60升60度热水。生产与供应原则：连续生产，分散储存，容量保证集中使用需求。二、广州大学城分布式能源站两年来的建设实践1、建设和运作机制变化和原因2、DES与电网公司的协调进展3、集中供冷系统建设4、生活热水供应系统建设6、燃气轮机电站建设进程2004年9月已完成350万m2的建筑面积，10所大学其它建筑将于今年9月完工，中心区建设陆续开；18km2的农村已变为绿地占40%的生态旅游城区;2004年9月第一批学生4万余人已经正式进入大学城上课；供冷、热水系统按过渡方案启用；2007年大学城完全完工，学生人数从原计划14万增加到20万，总人口增至30万;电站与电网协议正在达成，燃气轮机选型订货在即，保证2006年中建成。能源系统整体进展情况广东天然气规划2006广东LNG1、建设和运作机制变化和原因（1）2003年8月业主招标先后有国内及美、日、法、马来西亚、新加坡、香港等十余家公司组团竟标；与电网公司的协调关系未作为指标前提，要求投标者自己协调；最后，两个组团递交标书，宣布招标失败。（2）原因分析—与电网公司的关系未达成协调直接原因：在DES规划之前，电网公司已经按照常规供电方案进行电网系统设计；本质原因：广州大学城DES与十所大学间存在售电交易；电力体制改革尚未明确支持DES；电力法第25条事实上构成项目审批障碍;运作策略：先沟通解决，还是后解决？1、建设和运作机制变化和原因1、建设和运作机制变化和原因（3）对策：成立广州大学城能源发展公司暂代业主；由广州大学城投资公司牵头，吸收国营永大集团公司、民营迪森公司组成；后来，十所大学入股公司，迪森公司退出；宣布：项目建成后仍转交投资业主。整个项目一直在广州大学城建设领导小组（常务副省长任组长）广州大学城建设指挥部（广州市委书记任总指挥）直接领导下进行；2、DES与电网公司的协调进展（1）从2003年8月到2004年10月，在广东省政府的协调下，多次召开协调会，作出了“120MW机组视同为大学城内有10所大学参股的大学城能源发展公司的自备电站”和“按照自备电站形式建设”的决定，允许电力在整个大学城内部直供；但仍未能解决。2、DES与电网公司的协调进展（2）2005年1月，在广东省委、省政府“广州大学城分布式能源站作为广东电力体制改革试点，能源站向十所大学直供电”批示精神下，5单位联合制订改革试点方案。广电集团表示，大学城DES除内部直供外，多余的电可以上网，使得能源站的利用效率和经济性将会进一步提高。2、DES与电网公司的协调进展（3）已建成电网（包括220/110KV系统，110/10KV系统，向用户供电的10KV/380V系统）所投入的资金处理问题，提出3个解决方案：资金偿付，电网公司资金入股，DES公司过网供电。系统运营管理2个方案：电网公司承包，DES专业运营公司承包。2、DES与电网公司的协调进展（4）电网接入系统协议签订、项目审批程序即将完成；能源站可行性研究报告已经多次修改通过专家评审，进入主机选型、设计施工阶段。3、区域集中供冷系统建设进展：供冷过渡期方案已经从04年9月开始供冷，总装机容量10,450RT，冰蓄冷在建;冷站装机容量备注二冷站2150RT×2二级泵系统三冷站2150RT一级泵系统四冷站2000RT×2二级泵系统过渡方案基本装机情况区域供冷系统过渡期运行状况区域供冷过渡方案于2004年9～10月对大学城部分学校用户进行供冷；平均每台冷水机组正常运行时间每天均超过12小时，配套二级泵、冷却塔运行基本正常;管网温升基本控制在0.5℃，没有出现某些人所担心的情况;存在问题：部分管网清洗不足；个别冷站系统存在泄漏；管网流量平衡问题；将在今年改进。区域集中供冷系统当前进展：二期工程冷站土建工程主体、冰槽正在施工主管网已经全部施工完成，即将调试冲洗订购的二期双工况冷机正在安装调试区域供冷系统将于2005年9月全部完工，并全面为10所大学和中心去建筑城供冷，设计能效比（EER）为3.7.生活热水系统过渡方案和建设进展•生活热水集中供应的过渡方案：岛对面永大电厂抽出低压蒸汽作为热源，设置集中热水储罐。已经投入运行，反映良好。•启用生活热水使用计量计费系统，避免浪费。•热水输送管网正在全面施工过程中，今年9月将全部完工。4、生活热水供应系统建设生活热水系统最终方案：•分析总结过渡方案运行数据，核定生活热水设计负荷和使用规律；确保系统的可靠性和经济性。•与能源站主体建设同步，建成生活热水生产系统；按照“