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伍小亭:天津市热泵技术的区域能源系统

来源:暖通空调在线 作者:嘟嘟 2016-09-19 10:43:19
[暖通空调在线原创]   
    天津的综合能源站,是基于我们在六年前做的一个项目成功了。我们所谓的区域能源站,第一,它的规模大概在天津的情况,意味着是从20万-50万平米之间的供应服务规模,最小也是15万平米以上。第二,它一定是基于热泵技术的,不是指单一的锅炉房,所以说它一定是基于热泵技术的。第三,它是根据服务对象项目所在地所具有的资源条件,有多种多样的技术路线组合,有单一的深层地热梯级利用的能源站;有深层地热梯级利用+埋管地源热泵的能源站,它是一个多种的。

 
    再有,我们这种综合能源站,它一定是百分之百的复合系统。也就是说,它一定有调峰。我们现在做下来理解的有两个含义,至少要保证“两个可靠”,弥补一个不确定性。

   【两个可靠 一个不确定】

    所谓“两个可靠”,第一,供应的可靠,因为有调峰,不至于风险变成百分之百。第二个,因为我们无法准确预测各种形式能源价格的变化。因为是多能互补,就有可能在一些特定情况下来取舍某种能源利用的权重,改善系统潜在经济上的不利,这是“两个可靠”。
 
    “一个不确定”,埋管地源热泵尽管现在都是精心计算,精心分析,算全年负荷,算全年平衡,但是供应的对象很难确定,现在的计算理论模型也很难和实际完全吻合。在这种情况下如果没有冷热调峰,实际上它是有风险的。但是有了冷热调峰,有了运行调配,我们就把埋管地源热泵这种地下平衡的问题至少有了一个外在改善手段,保证这个系统长治久安。

   【地源热泵】会衰减,您怎么看?
 
    我说衰减,第一,它不是地源热泵必然的弊端;第二,如果说衰减,实际上任何系统从换热的角度,它都会随着整个系统运行过程中的污染、机器长期使用效率磨损下降,但是他们所说的“衰减”是一年不如一年,我说那一定是没法实现地下的热平衡,出现了热危机,那么这个也可能是负的热危机,那显然是不行。有了一个复合式系统,或者带冷热调峰系统,能源弊病就可以得以克服。
 
    最后一点,现在天津推的所谓区域能源站,我们“十三五”规划大概几十个站,实际上它都是通过市场化运作的,我们是觉得一个能源站的推出没有广泛的投资主体积极参与是不可能的。而且天津的能源站从经济角度存在的前提,可能是基于天津特殊的集中供热的政策。比如说它允许收热网接入费,至少历史上是基于按面积收费的收费政策。但是除此之外,它没有任何所谓其它补贴,比如说你用热泵了,有热泵的补贴,这是一分钱没有。
 
    而且到目前为止也没有电价的优惠,只是告诉你,你可以享受峰谷电价,就是这么一种情况。但是天津连续三次,大概八个能源站的特许经营招标中,我们意想不到的是,不仅有来自天津的投资主体,而且来自全国的投资主体都是积极参与,导致最后我们的标的,大家中标的标的远比我们想象的要低。我觉得投资主体基于自己技术的考量和判断,他们的能力超出了我们的想象。
    
   【天津区域能源站的规划与实践】发展、运作模式、研究与实践

    从发展来讲,其实天津的区域能源站最早起步于天津生态城的生态城2号能源站。这是十年前的项目,由于种种原因,它到去年才刚刚能够并网,不是非常的成功。当时所做这个站时,所做的所有计算分析都证明它有很高的一次能源效率。因为它是发出来电来驱动热泵,然后余热来实现冬季供热、夏天供冷。而且整个发电机配置的原则叫做所有余热尽产尽销,保证发电机能够在使用的一个季节内,至少在某一天内是满负荷连续运行保证发电机的效率和寿命,这是生态城2号能源站。
 
    后来我们有了一个专门的区域供冷站,当时城市规划理念下做成所谓“东方曼哈顿”,大量超高层建筑,我们规划了九个区域的能源站。这个区域是以供冷为主,到目前为止只实现了一个,今年夏天开始实现供冷。后来的能源站没有一个能源站只供冷,也没有一个能源站离开了热泵技术。2001年,文化中心3个能源站管90万平米。鉴于一组文化建筑的归属不同,那些人非要条条框框,不得已为之。但这个能源站的成功给了整个市场,给了政府一个很大的信心,这个能源站可能到现在也是一个最大规模的单一项目。
 
    夏天是带蓄冰运行,地下24小时转的。我们很多文献都不太主张地源热泵埋管是24小时使用,认为它的恢复是有问题的,我们也担心。但是现在已经经历了6个制冷季,5个供暖季。到目前为止,从地温观测来讲还没有出现明显的升高和降低。或者有升高和降低,它的幅度是极小的,就是这样一个概念。后来我们陆陆续续做了一些站,从去年开始,大家筹划“十三五”的时候,我们想在“十三五”实现85处大大小小将近200个站,靠近用户的,大概想解决5千万平米的供能规模,这是天津站目前的发展。
 
    说到这里,有些人会问我们,这些规划都能落地吗,天津这个规划还是做得比较实,我们是配合着规划局、规划院一起做这个。是在城市总体规划中寻找潜在的地能资源,包括深层地热,包括浅层地能,包括污水处理厂,包括景观水体,都把它视为潜在地能资源。然后根据这些资源的分布,以及城市规划中用户的分布,来决定这些可能的区域能源站落地和实施。
这是关于“十三五”规划,总而言之这种方式已经被社会所接受。而且目前做的能源站没有一个成为政府的负担,这是一个政府乐见的事,有民间投资主体积极响应。
 
    所谓的区域能源规划,其实我说的区域能源规划是很窄层面上。在天津我们工作的范围内,它就是区域结合资源条件的供暖供热规划。我们有一点点体会,这样一个规划往往容易跟城市现有规划架构不协调,或者不吻合,所以我们有这么几个理解。一个,区域能源规划,我们现在做的区域能源规划一定是非城市级的,基本上是园区级的概念。第二,它不是总体的,涵盖了方方面面的能源规划,只是基于可再生能源供冷供热的专项的,或者一个专题规划。第三,它是一定要以工程规划为基础的。
 
    为什么说到这一点,因为大家知道传统规划里有工程规划,然后又有电力规划,包括燃气规划,这些规划完全确定之后,你另搞一套,必然导致资源重复配置浪费。现在城市一开发,告诉你一个地块既能有燃气,也能百分之百满足城市供热,然后又有其它条件,最后开发商自己都晕了,我究竟选哪种方式呢,实际上这是一个资源重叠配置。比如这里是以燃气为主,又能结合一些可再能源,深层地热结合,为什么热电厂大型管网一定要设在这里了。反过来人家这里已经通过了,你再另搞一套,告诉他们这是可再生能源,似乎也是不适合的,因为我们遇到过这样的项目。
 
    有这样的一个机会,我们为什么不做呢,我说不行,人家热电厂给这块供应,是热电厂成立的最大前提。现在我们把它毙掉了,原来规划的热电厂,已经在建热电厂存在的前提就没有了,这本身对社会是一个巨大的浪费。我们的区域能源规划一定是以成熟的,或者定型的工程规划作为基础,不能随意突破,不管是以什么名义。
 
    这个区域能源规划的目的是为区域能源站选址和建设提供一些前提和依据。天津能源站的运作模式,一个是业主的自建自营,这个很普遍。一个是自建他营,类似于合同能源管理。再有一个是特许经营,特许经营所针对的对象一定是能源站,它是要供热的。因为供热在北方地区是政府主导的,需要特许经营的。
 
    我们主要来说特许经营的运作模式,所谓的特许经营,我想大家都知道。它是由一家能源公司独立承担投资建设,包括运营的全过程服务。而且政府许可对供热对象实行收费,是这样一种模式。
 
    在天津基本上是这样的,通过规划,前期的能源规划等等这些,确立能源站的建设意向。根据这个建设意向,对这个能源站结合详细规划条件进行能源站选址。选址之后,根据这个能源站项目所在地的各种资源条件,来编制以技术为主的建设方案。这个建设方案包含了技术,包含了选址,包含了对完整财务意义上的经济测算。然后把它作为特许经营招标的基础文件,进行特许经营的招标。
 
    招标之后,谁中标,谁作为投资主体,然后去办立项、科研等等,相当于开发商开发一个项目一样,最终你把它建成。现在天津规定运行25年-30年之后,运行期满移交给政府,基本上我们的特许经营是这样一种模式。
 
    我们的特许经营经历了两个阶段,第一个阶段,标的变成一个供冷价格。因为我们当时规定天津市允许公共建筑收取125块钱/平米热网接入费,这在全国中是比较高的。供冷是125元,是我们测算下来单体自建的冷源投资。我们给你供了,能源站不建了,钱还是得花,这么来的125元。供热,公共建筑是160元,怎么来的呢,是130元-30元。30块钱是近几年开始征收的基金,建筑费允许你收。第二,供热费,按天津市集中供热规定来收取。投标的标的是什么呢,因为综合能源站的供应对象全部都是公共建筑,投标的标的是供冷价格。我们当时测算出来了供冷价格,我们心里有数,拿这个作为标的,谁给的低就给谁。
 
    第一批两个能源站投标时,我们测算下来的财务平衡价格大概是在5毛钱左右一个千瓦时,财务平衡的价格保证8%的内部收益率,然后有法定时长的社会折旧期,这么算下来。但是他们招下来,折算成每平米31块钱。按照我们给的5毛钱左右一个千瓦时的能量价格,实际上一平米应该在40几块钱到50块钱左右的供冷费,这是一个靠谱的数。但是没有想到大大低于我们的预期,这是我们一种形式的经营,以供冷价格为标的。
 
    第二,政府一看这事挺好,它给变了,怎么变呢?你向用户收取供冷建设费,允许你收,还是按照自建的平均成本,一平米建筑面积125块钱。然后供热费允许按照天津市标准收取,天津公共建筑供暖面积每平米40块钱,还有超高时怎么折算,就是允许你按照现行的其它形式热源来收。然后把供冷费也约束死了,以前设计院算的还挺高,现在他们投起来这么低,我就认为31块钱是一个正确的价格。它以供热建设费为标的,以前供热建设费是130+30,这样收。这时候你告诉我不需要130块钱建设费,就要100,就要80。最后政府照收,然后把余额按时收费。
 
    每个站向社会招标时都极其踊跃,一般都会有10个以上主体,不仅有天津的,还包括北京、东北的。将来大家有兴趣的话,也可以参与天津的招标。

【前提条件】天津能源站

    天津深层地热的情况,天津深层地热资源比较丰富,它是属于断陷盆地型中低温的地热资源。在天津出一口90度以上的井并不是特别新鲜的事,基本上达到3千多米,越靠近热储的地带时,出的越好。当然这口井90多度的水,在一里地之外就打不出来的情况也有。
 
    再一个,天津处于适宜采用浅层地能开采方式区域。我们有一个项目,最早做的跨中心项目,鉴于种种原因,4千个埋管管不了90万平米。当时资源评估机构给我们的咨询报告是允许以灌定采,灌的能力可以做到30吨,这样做下来的井,按井30吨取水能力配备,但是回灌依然很难,这个井现在都成了我们的心病。在天津基本上否决了浅层地下水的水源热泵形式,我们有比较丰富的浅层地能条件。                
 
    任何一个能源站都有热泵,离开了热泵就没有了综合能源站。第二是多源复合。第三,我们一定有蓄能的。第四,调峰。根据我们的经验,蓄能是改善经济性的一个非常重要途径,而且蓄能也是改善可靠性的一个非常重要措施。凡是找我们做的,一般他们第一个做了,再去投,还找我们。伍总,什么都不管,只要把蓄能能力做上,这个太划算了,这个技术途径有很多很多。
 
    我们热源调峰大概的比例控制在,因为我们做过全城温度计算,大概控制在25%-30%。大家一听吓一跳,这个还是可再生能源,答案是肯定的。这25%-30%复合角度的调峰,其实全年供热量中,这部分调峰热源所提供的热量往往不足10%。你要遇上一个暖冬,可能也就是5%,6%,它并没有对可再生能源利用产生本质的影响。而且对你运行的价格也没有本质的影响,但是整个系统的经济性大为改善。
 
    再一个,每个站都会做财务意义上的经济评价。也就是说,以我们的研究为基础做的特许经营招标能够得到市场上的响应。我想并不是所有投标主体都是那么盲目的,他们有各种各样技术专家和财务专家,对这个东西做分析。他认为有利可图,至少不会亏大本,他才会积极踊跃的干这件事。毕竟没有人给他提供补贴,没有人承担他的经济性。我们在这里列了一些简单规划原则,我不一一说了。
 
    我们主要的研究还是在如何提高能源站的效率上,这是一个很关键的问题。大家手里都有一本新颁布的《公共建筑节能标准》,我可以告诉大家大型的地源热泵系统,特别是三工况机组,各个厂家提供的效率,反算成国标规定的工况,很多都达不到参数。
 
    【区域能源的几点思考】
    第一,尽管进行了详细的负荷计算,但冷热负荷容量依然偏大,一般统计下来会大15%-20%,这是测试数据的结果。
    第二,尽管经过了认真的水力计算,实际运行数据表明我们的水泵扬程依然偏高。
    第三,尽管对于闭式水系统并不应该有“并联损失”,这是指水泵,但实际测算表明,并联水泵超过3台,这个并联的损失还是明显的。
 第四,大规模井群并没有出现想象的核心区域显著恶化的现象,证明土壤的恢复能力还是不错的。
    第五,尽管土壤换热器24小时工作,但换热效果现在看起来经受住了考验,依然能够保证。现在第六年,第七年,第八年,我们还会持续监测。
    第六,土壤的恢复能力比想象的好,没有明显季节热堆积现象的出现。
    第七,浅层地下水回灌情况依然不理想。
    第八,蓄能系统地采用确有明显的经济效益。我们现在已经运行的能源站第三方的研究,季节效率,包括输配泵的效率都做到了大概3.05%以上。
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