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多能协同供热系统技术
时间: 2017-7-4 来源: 作者:

一、重点技术介绍
(一)应用范围
  多能协同供热系统技术根据建筑物系统特性、建筑物周边能源结构、气候资源条件等不同主要分为以下几种:
  1.太阳能与低谷电蓄热协同供热技术
  2.太阳能与空气源热泵协同供热技术
  3.空气源热泵与低谷电蓄热协同供热技术
  4.太阳能、空气源热泵与低谷电蓄热协同供热技术
  5.多能协同供热系统控制技术
  太阳能作为可再生能源热利用的成熟技术已广泛应用在民用居住中的生活热水供应中。但太阳能也有不连续、不稳定的特点,当用于建筑供热时,需要解决昼夜间、阴雨(雪)天太阳辐射很少或没有时的蓄热、用热问题。电作为二次能源,具有传输使用方便,电热转换效率高等特点。直接利用低谷电供热或蓄热,能够平衡电力负荷,削峰填谷,发挥很好的经济效益和社会效益;或者将电用作动力,驱动热泵为建筑供热,这种用电作为能量搬运机(热泵)动力的电力间接热利用方式,能效比可达到3~5倍,即一份电能可得到3~5份热能。因此在多能协同供热系统中,以太阳能集热、低谷电蓄热和热泵供热三种能源协同,构成建筑供热系统。该多能协同供热系统可广泛用于各种环境、村镇乡村等各中小型民用建筑中,具体目录见附录一。

(二)技术原理
  多能协同供热技术是在充分利用可再生能源太阳能的条件下,利用电作为稳定、持续热源,或利用低谷电加热与蓄热,或利用电驱动热泵供热的多能协同供热。研发的技术要点体现在“协同”上,即要求三种热源:太阳能集热、电热、热泵产热发挥各自优势,取长补短、协同匹配,互联供热。实现供给方(三种热源):有效供给,物尽其用;需求方(热用户):按需用热,即用即付,供需平衡。
  多能协同供热系统构成:系统热媒为水,循环动力为水泵,热源为太阳能、电能(电加热或电蓄热)和热泵供热能的组合,用户末端为暖气片或风机盘管等形式采暖。
  多能协同供热原理:需要根据建筑物热负荷特性、周边能源结构和气象条件以及自然资源条件等,优化确定多能协同种类、能源协同比例、调控优化技术方法等,以形成多能协同系统解决方案和典型设计。

(三)技术方案设计方法
  1. 技术设计流程
  (1)建筑年供热负荷模拟计算与分析
  建筑热负荷计算:最大设计热负荷、平均热负荷、最小热负荷;全年热负荷延续图及分析;逐时热负荷计算,全年平均热负荷模拟计算与分析。
  (2)研究分析建筑用能特点,综合多能协同技术和系统经济性分析,形成多能协同系统解决方案与设计。
  太阳能供热辐射总能量分析与评估
  太阳能与低谷电蓄热协同分析与评估
  太阳能与空气源热泵协同供热分析与评估
  空气源热泵与低谷电蓄热协同供热分析与评估
  太阳能、空气源热泵与低谷电蓄热协同供热分析与评估
  多能协同供热系统控制分析与评估
  根据建筑热负荷情况,经上述比较分析后,优化多能协同系统解决方案,进行设备布置和管路等附属设施设计后,形成完整的技术方案。

 


图1多能协同供热技术方案设计流程

 

  2. 主要设备
  多能协同供热技术的主要设备常用的是太阳能集热器,常用生产厂商有力诺集团股份有限公司、皇明太阳能集团及山东桑乐太阳能有限公司等;低谷电蓄热装置,常用生产厂商有沈阳世杰电气有限公司、安徽国电能源设备工程有限公司等;热泵机组,常用生产厂商有约克(中国)商贸有限公司、麦克维尔中国空调有限公司等。

(四)技术适用性和经济性分析
  1. 技术适用性分析
  多能协同供热的技术可行性分析重点有四个:
  (1)用户用热需求分析。采暖季热用户采暖用热逐时负荷需求,包括设计热负荷、平均热负荷、最小热负荷;全年热负荷延续图及分析;逐时热负荷计算,全年平均热负荷模拟计算与分析等;
  (2)太阳能热利用有效供给。根据用户热负荷特性分析,分析确定太阳能热水供暖所占比例份额及供给的时段。
  (3)低谷电直接加热供热与蓄热协同供热分析。结合太阳能承担的供热负荷及其时段,分析是否具备实施电蓄热的空间条件和经济条件。用户需具备足够的空间及场地建蓄热装置,需具有充足的管道布局空间及适当的峰谷电价差等。
  (4)空气源热泵热水机组协同供热分析。作为电蓄热协同供热方案的比选,空气源热泵协同供热方案也是可选用的方案之一,尤其是具备供暖和制冷两种规模化稳定需求的用户。同时也应考虑实施的室内外空间及与太阳能热源衔接方式等问题,室外机有安装位置;热泵热水机组应有与太阳能供暖系统相连接管道敷设空间;采用风机盘管制冷剂系统直接空调或制冷,应有室内机安装位置。
  2. 经济可行性分析
  多能协同建筑供热技术的经济可行性分析重点在于其与常规制热方式在初投资(或改造投资)和运行成本上的综合经济比较。
  3.效益分析
  多能协同供热项目效益计算应根据具体协同内容与方式进行。
  太阳能低谷电蓄热协同供热计算公式:
  采暖季节约收益=(∑加热功率×采暖加热时长×夜间低谷电价)-原加热系统采暖季运行费用
  太阳能空气源热泵协同供热计算公式:
  采暖季节约收益=(∑热泵功率×热泵开机时长×夜间低谷电价)-原加热系统采暖季运行费用

(五)风险控制方法及对策
  项目技术方案设计时需仔细考察项目现场,充分了解当地自然资源条件、分析项目特点以及项目周边能源现状、变压器容量及设备空间承重等情况,因地制宜确定适宜该项目的多能协同供热系统与设计,严控技术风险。
  选择实力强、技术成熟、服务到位的设备供应商和管理到位、经验丰富的施工队伍,严控设备风险和施工风险。
  可采用EMC合同能源管理模式或者业主与节能供应商共同投资的模式,减少投资风险及效益回报风险。

(六)技术应用推广关键点及建议
  1. 多能协同的优劣是协同供热项目能否推广的关键点。在可以使用“弃风弃光”电的区域,推动政府部门出台相关政策,允许采用大用户直接交易方式利用夜间新能源供电蓄热,加之太阳能集热的直接利用,可极大地降低运行成本,有助于太阳能电蓄能技术的推广。
  2. 对于需要使用常规发电(热力发电)的项目,可通过经济技术比较,采用电驱动热泵替代电直接供热(或电蓄能)的协同供热方式,进一步扩大电代煤的范围和效果,全部或部分减免外部电力工程建设费用,吸引用户采用太阳能、电蓄能和空气源热泵供能的协同供热技术。
  3. 夜间低谷电蓄热供热项目利用低负荷时段电能来制热,有助于用户均衡负荷,对超容用户及按需量法缴纳基本电费的用户也是一个重要的推广关键点。

 

二、典型案例

  (一)项目背景
  项目名称:济南护理职业学院供暖项目
  业主单位:济南护理职业学院
  投资单位:国网山东节能服务有限公司、山东佳节能源科技有限公司
  项目投资:480万元
  实施面积:6.5万平方米(包括公寓、食堂、办公楼、教学楼)
  年收益:74.75万元
  运营费用:15.2元/平方米

  (二)技术方案
  本项目采用分布式多能互补供暖系统,共设两个供热站。1#站采用500KW蓄热器+18台空气源热泵;2#站采用600KW和700KW蓄热器各1台。
  室内温度冬季为18-22℃,夏季温度约为25℃,室外计算温度-7℃。

  (三)商业模式
  项目采用EMC方式实施。

  (四)经济可行性分析
  冬季供热时间为11月15日至第二年3月15日,有效采暖日共120天。
  采暖季总费用:173.55万元(按济南市供热办公室规定,学校建筑采暖价格26.7元/m2);集中供热年运行费用:98.8万元;每年可节省运行费用74.75万元,节省43%以上。
  节省的主要原因一是系统能效比提升;二是安装蓄热电锅炉合理利用谷段优惠电价,节省了大量的运行费用。

  (五)效益分析
  项目静态投资回收周期为480÷74.75=6.42年。


附录一:多能协同供热技术应用范围

一、太阳能与低谷电供热、蓄热
  村镇、乡村住宅:采暖、生活用热
  远离市区单体建筑:采暖、生活用热
  学校:学生喝的开水、学生洗浴用热水;
  医院:病房开水、洗浴热水、采暖等;
  酒店:开水、热水、采暖等;
  车站、高速公路服务区:采暖,开水;
  企业:生产工艺热水、企业员工开水。

二、太阳能与空气源热泵
  医院:制冷与采暖、病房开水等;
  酒店:开水、制冷、采暖,热泵余热制取洗浴热水等
  行政事业单位:制冷、采暖;
  车站、高速公路服务区:制冷、采暖、热水供应;
  企业:生产工艺热水、企业员工开水,采暖、制冷。

三、太阳能、电蓄能与热泵供能
  适合大中型公共建筑、民用建筑及工业建筑。

 

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