山西高校新校區(qū)供熱方案研究

路廣英 李雙貴

1 高校新校區(qū)規(guī)劃概述

面向山西省轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展、建設(shè)中部地區(qū)文化強(qiáng)省、再造一個山西的發(fā)展目標(biāo)，為構(gòu)建太原都市圈創(chuàng)新型核心區(qū)域、推動太榆同城化、在太原都市圈核心地帶形成新的經(jīng)濟(jì)與文化增長點(diǎn)、提升文化教育產(chǎn)業(yè)地位、滿足山西省高校的發(fā)展需求，山西省政府決定建設(shè)山西省高校新校區(qū)。山西省高校新校區(qū)位于晉中市北部地區(qū)，規(guī)劃范圍南至現(xiàn)狀緯四街，北至規(guī)劃緯六路，西至規(guī)劃經(jīng)一路，東至聶店西側(cè)邊界—中都北路，總用地規(guī)模9 890畝，合6.59 km2。

規(guī)劃以理工醫(yī)科院校和綜合性科研院校為主，以構(gòu)建區(qū)域創(chuàng)新系統(tǒng)為目標(biāo)，以教育和服務(wù)功能為核心，以有機(jī)聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過高校新校區(qū)建設(shè)促進(jìn)文化交流與創(chuàng)意迸發(fā)，形成新的科技創(chuàng)新中心。

高校新校區(qū)是太原都市圈發(fā)展的重要功能組成，是太榆同城化的重要抓手，是太原都市區(qū)產(chǎn)業(yè)提升、經(jīng)濟(jì)增長的科技智庫、創(chuàng)意基地。高校新校區(qū)位于太原都市區(qū)的中心位置，代表了都市圈未來的文化、生態(tài)、科技發(fā)展方向，故此，從形象上就樹立了其“文化之心、綠色之心、未來之心”三結(jié)合的形象定位。面向太原都市圈發(fā)展核心區(qū)域，集中優(yōu)勢教育力量，整合先進(jìn)科研力量，在太原都市圈的核心區(qū)域，打造一個中部地區(qū)一流的“智慧谷”，作為推動太榆同城化的重要抓手。

規(guī)劃范圍共容納10所校區(qū)，包括山西醫(yī)科大學(xué)、太原師范學(xué)院、晉中學(xué)院、太原理工大學(xué)、山西傳媒與藝術(shù)學(xué)院、山西煤炭學(xué)院、山西中醫(yī)學(xué)院、山西職工醫(yī)學(xué)院、山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院、山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院。規(guī)劃總居住人口計算為11.51萬人，其中，學(xué)生11.39萬人，同時10%的教師約1.1萬人留宿校區(qū)。規(guī)劃就業(yè)人口為1.33萬人，主要為校區(qū)教師、科研人員、職工及管理服務(wù)人員。規(guī)劃區(qū)域總供熱面積為432萬m2，總熱負(fù)荷為216 MW。

2 高校新校區(qū)周邊熱源概述

晉中市現(xiàn)狀供熱方式有三種:分散鍋爐房、熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房供熱。熱電廠有兩座即位于108國道西側(cè)的寇莊恒能2×25 MW熱電廠和位于市區(qū)南部郭村國電榆次2×300 MW熱電廠。據(jù)晉中市城市和城郊供熱專項規(guī)劃，到2020年規(guī)劃面積將達(dá)到4 000萬m2(未包括高校新校區(qū))，熱源主要為國電榆次熱電廠和瑞光熱電廠，分別供2 450萬m2和1 920萬m2。而高校區(qū)新增加430萬m2原規(guī)劃沒有包含，瑞光熱電廠既向太原供熱也向晉中供熱，無法滿足這么大負(fù)荷的增加。而高校新區(qū)為了環(huán)保和節(jié)約用地也不允許新建大型熱源廠，那么熱源問題就成了急需解決的重大問題。由山西國際能源集團(tuán)氣化投資有限公司投資的長治到太原的煤層氣輸氣管線，年輸氣能力4.95億m3，管線的終點(diǎn)在晉中市的楊盤，為晉中市利用煤層氣提供了良好的發(fā)展空間。

3 熱源選擇

供熱熱源規(guī)劃應(yīng)按照建設(shè)低碳城市的要求，注重使用清潔綠色新能源，不斷提高能源利用效率。低碳城市是指在城市空間內(nèi)實行低碳經(jīng)濟(jì)，包括低碳生產(chǎn)和低碳消費(fèi)，建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，建設(shè)一個良性的可持續(xù)的能源生態(tài)體系。低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，實質(zhì)是高能源利用效率和清潔能源結(jié)構(gòu)問題，核心是能源技術(shù)創(chuàng)新。

據(jù)此規(guī)劃區(qū)采用瑞光熱電廠作為主熱源，實行熱電聯(lián)產(chǎn)，提高能源綜合利用，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保目標(biāo)，供熱面積260萬m2。另外在局部區(qū)域采用分布式燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要實行能量梯級利用，以煤層氣為一次能源，同時產(chǎn)生電能和熱(冷)能的分布式供能系統(tǒng)，供熱面積172萬m2，主要用于辦公、科技產(chǎn)業(yè)等對冷負(fù)荷需求大的區(qū)域，共設(shè)五座分布式能源站，分布于太原理工大學(xué)、太原師范學(xué)院、晉中學(xué)院、山西中醫(yī)學(xué)院及山西醫(yī)科大學(xué)內(nèi)。每個站的供熱(冷)能力為30萬m2～80萬m2，單站占地面積約500 m2。

4 分布式燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)分析

1)分布式燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展背景。

分布式燃?xì)饫錈犭娙?lián)供技術(shù)引起廣泛應(yīng)用與關(guān)注的時代背景使小型分布式供電方式成為電力工業(yè)新的發(fā)展方向，天然氣(煤層氣)在能源結(jié)構(gòu)中占有越來越重要的位置，同時季節(jié)性缺電成為一種急需解決的能源供需矛盾，節(jié)能成為時代發(fā)展的主題之一。

2)分布式燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)的構(gòu)成。

該系統(tǒng)主要由燃機(jī)設(shè)備和余熱利用設(shè)備構(gòu)成，有多種組織形式。系統(tǒng)的基本組成燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)由燃機(jī)設(shè)備和余熱利用設(shè)備構(gòu)成，其中燃機(jī)設(shè)備是系統(tǒng)的核心，包括燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。余熱利用設(shè)備包括余熱鍋爐、吸收式制冷機(jī)、換熱裝置、電制冷機(jī)、燃?xì)忮仩t等。燃機(jī)通過燃燒煤層氣發(fā)電后，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馑腿胗酂崂迷O(shè)備，冬季可用于取暖，夏季可用于供冷，還可生產(chǎn)生活熱水，驅(qū)動熱量不足部分可由補(bǔ)燃的燃?xì)膺M(jìn)行供應(yīng)。

根據(jù)項目的條件，聯(lián)供系統(tǒng)及其設(shè)備配置可作多種形式的變化，如可采用冰蓄冷裝置、蓄熱裝置、熱泵等，提高系統(tǒng)的整體能源利用效率。

3)分布式燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)的發(fā)展實例。

分布式能源在國內(nèi)外已有了不少實際應(yīng)用，并且發(fā)展?jié)摿薮?。美?003年DES/CCHP裝機(jī)容量56 GW，占總電力的7%;發(fā)電量310億kW·h，占總電量的9%。2010年達(dá)92 GW，占總電力的14%;規(guī)劃2020年達(dá)187 GW，占總電力的29%。日本至2003年CCHP裝機(jī)6.5 GW，其中建筑項目1.43 GW。英國2000年4.76 GW，到2010年發(fā)展至10 GW。

北京已建及在建CCHP項目:北京中關(guān)村國際商貿(mào)城一期(在建)，中國科技促進(jìn)大廈(在建)，北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)監(jiān)控中心(已建成投用)，北京次渠門站綜合樓項目(已建成投用)，奧運(yùn)能源展示中心(在建)，中關(guān)村軟件園軟件廣場(在建)，清華問津國際公寓能源站(在建)，寶能熱力公司三聯(lián)供項目(在建)，培新業(yè)務(wù)樓三聯(lián)供項目(在建)，水利醫(yī)院三聯(lián)供項目(在建)，中關(guān)村國際生命醫(yī)療園(籌建)等。

上海已建及在建CCHP項目:黃埔中心醫(yī)院(已建成)，浦東國際機(jī)場(已建成投用)，上海交大軟件大樓(已建成投用)，上海舒雅良子健康中心(已建成投用)，閔行中心醫(yī)院(已建成投用)，上海理工大學(xué)(已建成投用)，上海天座大酒店(已建成投用)。上海計劃到2010年裝機(jī)量達(dá)300 MW，2020年裝機(jī)量達(dá)1 GW。

廣州已建及在建CCHP項目:廣州大學(xué)城(已建成投用)，廣東東莞鞋廠(已建成投用)，廣東鋁業(yè)集團(tuán)(已建成投用)，廣東某藥業(yè)集團(tuán)(在建)等。

4)分布式燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)的節(jié)能效益。

與集中式發(fā)電遠(yuǎn)程送電比較，DES/CCHP可以大大提高能源利用效率。傳統(tǒng)的大型發(fā)電廠的發(fā)電效率一般為35%～55%;扣除廠用電和線損率，終端的利用效率只能達(dá)到30%～47%。DES/CCHP系統(tǒng)把發(fā)電排放的熱能，通過供熱或轉(zhuǎn)換后供冷，實現(xiàn)能源的多級利用，能源利用率可達(dá)85%，沒有或僅有很低的輸電損耗和輸熱(冷)損失，而傳統(tǒng)的輸配電路損耗高達(dá)10%左右。

DES/CCHP的梯級用能中建筑物能源需求的特點(diǎn)是暖通空調(diào)、熱水供應(yīng)、電氣、炊事各占用能的比例為65%，15%，14%，6%，其中80%屬于低品位能量，目前多半采用燃料和電力，“高質(zhì)低用”，屬于浪費(fèi)。煤層氣用來燒水做飯，雖說是一種非常理想的清潔燃料，但就其熱量利用效率來說是極其不合算的。利用煤層氣產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈦砑訜釤崴?，達(dá)到80℃ ～100℃，從熱力學(xué)第二定律計算可知其利用效率極低。作為民用燃料又不得不使用。作為工業(yè)燃料直接燒鍋爐，將大量熱能浪費(fèi)在煙氣中，更是極不經(jīng)濟(jì)的做法。所有的能量一旦從高品位降到低品位，就很難再回收回來，這就是能源在質(zhì)量意義上的浪費(fèi)。充分利用燃料的火用值不但是節(jié)能的關(guān)鍵，也是節(jié)錢的關(guān)鍵。

煤層氣作為能源利用的最高效率是電熱冷三聯(lián)供。從熱力學(xué)第一定律來說，它的節(jié)能原理就是能把能量吃光榨盡。從熱力學(xué)第二定律的角度來說，它充分的利用了高品質(zhì)的能量，同樣在能量質(zhì)的角度起到了節(jié)能效果。

燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)根據(jù)“溫度對口、梯級利用”的原則，盡可能按照需求提供各子系統(tǒng)的輸入:高品位熱能(＞450℃)優(yōu)先用于動力系統(tǒng)發(fā)電;中品位的熱能(溫度約在170℃ ～450℃)用于對口的中低溫區(qū)域的熱力循環(huán)系統(tǒng);低品位的熱能(溫度一般低于170℃)用于低溫區(qū)域的熱力循環(huán)系統(tǒng)提供吸收式低溫?zé)崃康倪^程。將燃?xì)獍l(fā)電、供冷、供熱有機(jī)結(jié)合，梯級利用一次能源，其能源利用率將會比各種形式的熱電聯(lián)供高。

煤層氣在燃?xì)廨啓C(jī)里就有30%～40%的能量轉(zhuǎn)化為電能，一次轉(zhuǎn)化的效率就高于一般火電廠的鍋爐蒸汽輪機(jī)機(jī)組的效率。再加上排出高溫?zé)煔猱a(chǎn)生的高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)電，使能量利用率達(dá)到60%以上。剩余的能量還可以用來制冷，產(chǎn)生熱水，用于各種不同能級的用戶，系統(tǒng)能量梯級充分利用，使能量利用率達(dá)到80%以上的最高境界。這便是煤層氣電熱冷三聯(lián)供的功能價格比燒煤還有競爭力的根本原因。

5 結(jié)語

高校新校區(qū)建設(shè)目標(biāo)是建設(shè)成為國內(nèi)先進(jìn)水平的節(jié)能、環(huán)保、低碳、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)實踐區(qū)和城鎮(zhèn)化示范區(qū);成為體現(xiàn)先進(jìn)建筑科技、建設(shè)科技的展示區(qū);成為體現(xiàn)地域文化特征和時代風(fēng)貌的觀光游覽區(qū)。通過新技術(shù)應(yīng)用爭取國家更多的節(jié)能環(huán)保政策及資金支持。因此在高校新校區(qū)部分區(qū)域建設(shè)煤層氣分布式能源示范項目不僅可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，還可以取得良好的社會效益，為我省的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)做出一定貢獻(xiàn)，也完善了高校新校區(qū)的建設(shè)目標(biāo)。

［1］ 趙廣忠.關(guān)于陽泉市市區(qū)供熱運(yùn)行方案的探討［J］.山西建筑，2011，37(9):130-131.