若何“多能互补”
，北京某静脉财富园的幻想与启发

本源 ：《CE碳科技》微信群众号

作者：中城气候 屈志敏、吕蒙

屈志敏：现就职于中城气候第三奇不雅不雅部，注册公用设备工程师（热通空调） ，北京注册征询（投资）工程师，某静脉财作为次要参编人介入了《糊口残剩转运站除臭技能请求》集团标准编制，富园从事征询筹划工作近十年，想启如今次要从事热通筹划、多能互补除臭通风筹划、若何新动力综合独霸研究相干工作。北京

2022年7月 ，住房和城乡培养汲引部连络国度展开和更始委员会宣布《城乡培养汲引局限碳达峰履行筹划》，富园该筹划提出 ，想启要优化都邑培养汲援引能筹划 ，多能互补鞭挞建筑太阳能光伏一体化培养汲引，若何鞭挞既有群众建筑屋顶加装太阳能光伏琐细 ，北京加快智能光伏独霸奉行 ，在太阳能成本较丰富区域及有晃荡热水需求的建筑中，积极奉行太阳能光热建筑独霸，同时相机行事鞭挞地热能 、生物质能独霸 ，奉行氛围源等各类电动热泵技能 。

在多么的除夜布景下，财富园区积极向零碳园区展开
，优化财富园区动力供给筹划尤其需求
。本文以北京市某静脉财富园为例 ，从园区可独霸的动力圭表类型解缆，对光伏发电、氛围源热泵、水源热泵、沼气发电、沼气锅炉等动力独霸编制举办分化，断定公允的供能筹划，构成以可再生干净动力
、可独霸财充盈热为主的干净动力筹划，为展开零碳园区奠定技能根本
。

1、项目外不雅

某厨余残剩措置项目位于该静脉财富园 ，以措置厨余残剩为主 ，配套培养汲引污水措置琐细及厌氧发酵产沼琐细 。该园区有已建成的残剩熄灭厂，可直接为该项目供给蒸汽 。该项目次要有4座单体建筑，其根本信息如表1所示。经算计
，项目占空中积为10120.52m²
，建筑面积为16145.62m²。

园区可自供动力有该项目邻厂熄灭中心蒸汽、花费工艺自产沼气、污水措置琐细自产再生水；可独霸的可再活泼力有太阳能
、氛围能等 。个中 
，污水措置琐细筹划污水措置量为850m³/d，平均措置量为35.4m³/h；园区筹算可独霸沼气量为110000Nm³/d，平均小时沼气量为4583Nm³/h ，光伏板可筹算独霸屋顶面积为6000m² 。

表1 单体建筑根本信息

2 、用能需求分化

1 、工艺花费用汽

厨余残剩措置中，工艺花费采取气压0.8MPa的饱和蒸汽，最除夜用汽量为10t/h，个中除油工艺8t/h，脱氨工艺2t/h；全天总用汽量为128t/d，个中除油工艺80t/d，脱氨工艺48t/d
。

2、建筑空调用热用冷

各单体建筑空调能耗包含夏季供次要夏季供冷两部分 。供热及供冷负荷均按方针预算断定 ，如表2所示 。经算计 ，筹算负荷总量为1380kW 。

表2 建筑空调用热用冷负荷预算

2
、解缆糊口用电

该项目为财富项目，光伏发电量可作为自用电无缺消纳。为便于比照分化动力屈就及用能成本，以光伏发电琐细筹算的可发电量为项目用电量 ，此外用电均为市政用电，不计进比照分化局限。沼气用能筹划分化需求不合口径，沼气筹算筹划为全数发电上彀，故将沼气发电上彀收益丧损掉落踪落作为沼气独霸成本。

3
、动力独霸屈就分化

1  、光伏发电

该项目力目力眼光伏板可独霸屋顶面积为6000m²，光伏发电屈就一样往常可达21%，即屈就额定光照强度1000W/m²，额定发电量为210W/m²
，光伏琐细总装机容量为1260kW ，建筑光伏琐细投资市场平均成本为4.5元/W
。屈就我国太阳能成本分布气候，北京市全年辐射量良多于5800MJ/（m²·a），按发电屈就21%筹算，思虑0.8的折减系数 ，该光伏琐细单位面积的全年发电量为270kW·h/m²，全年最低发电总量为1620000kW·h  。北京市财富用电价值为0.8元（/kW·h），比照市政用电，该光伏琐细年俭仆用电成本129.6万元
。光伏发电琐细的各功用方针及经济方针如表3所示。光伏发电琐细筹划独霸年限为25年，经筹算，光伏发电琐细年用电成本为22.7万元。

表3 光伏发电琐细的综合方针

2、沼气锅炉独霸

该项目可独霸沼气总量为110000m³/d，平均小时可独霸沼气量为4583m³/h。工艺花费沼气的CH₄含量为45%～55%，热值为21MJ/Nm³ ，为天然气的60% 。常例蒸汽锅炉屈就一样往常不低于93%
。屈就式（1），可筹算每蒸吨蒸汽所需破钞的沼气量。

式中：L为每蒸吨蒸汽所需沼气量
，Nm³/t；h₁为气压0.8MPa的饱和蒸汽焓值
，取2773kJ/kg；h₂为20℃常温水焓值 ，取83kJ/kg；qz为沼气热值，取21MJ/Nm³；ε为沼气锅炉屈就，取93%。

经筹算
，每蒸吨气压0.8MPa的饱和蒸汽破钞沼气140m³ ，该工艺全天所需蒸汽量为128t/d，则对应的沼气量为17920m³/d。供能筹划中 ，全数采取蒸汽换热供给热水举办24h延续供热，屈就供热负荷，折算蒸汽破钞量及所需破钞的沼气量，如表4所示 。经算计 
，沼气破钞量为4493m³/d。此外
，新建沼气锅炉琐细 ，屈就最大年夜小时用汽12t/h的需求 ，设置设备放置3台额定蒸发量4t/h的沼气锅炉及配套补水琐细，屈就工程经验预算
，琐细初投资为300万元
。

表4 供热沼气破钞量筹算

注：筹算负荷按0.8MPa饱和蒸汽与20℃常温水焓差并思虑0.95的蒸汽-水换热屈就举办折算；蒸汽破钞量按全天24h负荷恒定举办筹算 。

3、沼气发电余热独霸

沼气经由过程发电机组发电上彀 ，机组尾气经由过程余热锅炉举办二次独霸 ，制备工艺花费所需0.8MPa饱和蒸汽，机组缸套冷却水经由过程换热器制备供热所需轮回热水。经验数据注解 
，出口沼气发电机组发电屈就可达43%，烟气独霸屈就为20% ，缸套冷却水余热独霸屈就为25% ，即夏季热电联产总屈就可达88% ，夏季热电联产总屈就可达63%。该项目筹划沼气量为110000Nm³/d，全数投进沼气发电机组
，按独霸屈就可完成的供能局限如表5所示。

表5 沼气发电余热独霸的可供用能

该项目沼气发电的上彀电价均价为0.45元（/kW·h）；所产蒸汽可袒护工艺花费所需全数用汽；所产热水可以担当供热负荷5350kW，按热负荷方针60W/m²，可担当建筑总面积89160m²的供热需求。沼气发电作为园区兼顾筹算筹划  ，不受该项方针供能筹划筹划影响，故沼气发电余热独霸只需求添加余热锅炉及换热琐细，屈就工程经验预算，琐细初投资为300万元。

4、污水高层次热能

该项目污水措置琐细的筹划污水措置局限为850t/d，流量能晃荡在800t/d，平均小时污水流量为33.3t/h 。再生水对外保送时夏季可以贯穿连接在20℃
，夏季可以贯穿连接在25℃以上。再生水可经由过程水源热泵举办高层次热能独霸，夏季为空调琐细供给7℃冷水，夏季为空调琐细供给45℃热水。一样往常水源热泵机组制冷能效比可以抵达5.6
，45℃制热能效比可以抵达4.2
，屈就再生水小时流量，水源热泵可以担当主花费车间
 、办公区供热及供冷负荷
，水源热泵耗电量如表6所示。该项目需求新建污水源热泵琐细
，包含热泵机组、一二次侧轮回水泵、补水琐细等，屈就工程测算，初投资为100万元放置 。

表6 污水源热泵耗电量筹算

注：为简化预算，日耗电量按全天24h热负荷恒定举办筹算 。

5
、氛围源热泵

氛围源热泵受区域限制，酷冷区域没法采取常例氛围源热泵，气温-20℃以下热泵功用衰减起码60% ，与采取纯电力供热的能耗根本等效
，经济性差 。酷冷区域氛围源热泵需求活期除霜 ，热泵功用衰减40% ，能效比接近2.0 。长江中下流区域等夏热冬冷区域契合采取氛围源热泵举办夏季供次要夏季制冷，孤单采取氛围源制冷机组完成夏季供冷不受区域限制 。

该项目可采取氛围源热泵孤单为糊口办公区夏季供冷，夏季经由过程其他编制担保项目供热 。氛围源热泵制冷能效比不低于3.6，屈就此标准筹算夏季供冷能耗 ，如表7所示。屈就工程测算，氛围源热泵琐细初投资为80万元放置，与污水源热泵琐细初投资相当。

表7 氛围源热泵制冷能耗筹算

4 、综合动力独霸经济性分化

1、沼气锅炉+氛围源热泵+市政供电

该项目花费的沼气经由过程沼气锅炉制备0.8MPa饱和蒸汽供工艺独霸，部分蒸汽经由过程汽水换热制备热水
，为建筑供热供给轮回热水 。氛围源热泵以多联机空调琐细的编制为糊口办公区夏季供冷
。解缆糊口用电采取市政供电，传统供能筹划不独霸太阳能，为与光伏发电系实足一经济性分化口径
，屈就前述断定解缆糊口全年用电量为1620000kW·h。该项目花费用0.8MPa饱和蒸汽由沼气锅炉供给，工艺花费的沼气破钞量为17920m³/d ，年用沼气成本为725.8万元。该项目供热负荷为950kW ，由沼气锅炉供给，经前述分化
，供热沼气破钞量为4493m³/d ，年用沼气成本为60.7万元 。该项目空调负荷为430kW
，年用电量为143340kW·h，市政财富用电电价为0.8元/（kW·h），年用电成本为11.5万元 。该项目解缆糊口年用电量为1620000kW·h，市政财富用电电价为0.8元（/kW·h） ，年用电成本为129.6万元。沼气锅炉+氛围源热泵+市政供电的经济性分化如表8所示 。

表8 沼气锅炉+氛围源热泵+市政供电的经济性分化

2、沼气发电+氛围源热泵+市政供电

工艺花费沼气经由过程沼气发电琐细发电后余热独霸 ，同时制备0.8MPa饱和蒸汽和供热用轮回热水。氛围源热泵以多联机空调琐细的编制为项陌糊口办公区夏季供冷。解缆糊口用电采取市政供电，全年用电量为1620000kW·h 。该项目花费用0.8MPa饱和蒸汽全数经由过程沼气发电余热制备，蒸汽为沼气发电的出格产品 ，比照沼气锅炉供汽编制  ，该供汽编制不计成本
。该项目供热负荷为950kW ，全数独霸沼气发电余热
，热水为沼气发电的出格产品
，比照沼气锅炉供汽换热编制，该用热编制不计成本 。该项目空调负荷为430kW
，年用电量为143340kW·h，市政财富用电电价为0.8元/（kW·h），年用电成本为11.5万元。该项目解缆糊口年用电量为1620000kW·h  ，市政财富用电电价为0.8元/（kW·h）
，年用电成本为129.6万元。沼气发电+氛围源热泵+市政供电的经济性分化如表9所示
。

表9 沼气发电+氛围源热泵+市政供电的经济性分化

3、沼气发电+水源热泵+太阳能

该独霸编制优先独霸可再活泼力及财充盈热。工艺花费沼气经由过程沼气发电琐细发电后余热独霸，同时制备0.8MPa饱和蒸汽和供热用轮回热水。污水措置琐细再生水经由过程水源热泵同时担当解缆糊口办公区建筑夏季供次要夏季供冷
。屋顶敷设光伏发电琐细补偿项目用电 ，年发电量为1620000kW·h。该项目花费用0.8MPa饱和蒸汽全数经由过程沼气发电余热制备，蒸汽为沼气发电的出格产品，比照沼气锅炉供汽编制，该供汽编制不计成本 。该项目花费区供热负荷为735kW ，全数独霸沼气发电余热 ，热水为沼气发电的出格产品
，比照沼气锅炉供汽换热编制，该用热编制不计成本。该项目用水源热泵担当解缆糊口办公区部分的夏季供次要夏季供冷。

经筹算，水源热泵琐细的供热年用电成本为11.8万元，供冷年用电成本为7.4万元 。屈就前述分化 ，光伏发电琐细年用电成本为22.7万元
。沼气发电+水源热泵+太阳能的经济性分化如表10所示 。

表10 沼气发电+水源热泵+太阳能的经济性分化

4、动力筹划比照分化

从琐细用能屈就及经济性来看 ，动力筹划比照分化如表11所示 。

表11 动力筹划比照分化

5、结 语

经综合比选，本项目幻想下场采取沼气发电+水源热泵+太阳能的多能互补筹划 ，可袒护其全数用能需求，这是一种可再活泼力独霸的较优组合
，当然光伏发电琐细初投资较高
，但其投资收受领受期较短（4.35年）。同时，沼气可全数发电上彀
，烟气余热及缸套水余热的再独霸除夜除夜降低琐细热能华侈，进步集团用能屈就，而水源热泵对工艺自产再生水的二次热能独霸进一步进步财富园区综合用能屈就。

集团来看，综合独霸工艺自产沼气、光伏发电 
、水源热泵等 ，构成多能互补的动力筹划，合营构建财富园区动力中心 ，是将来财富园区完成零碳排放的次要路途，理应激起充分正视。

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