熱泵技術(shù)在陜西的推廣應(yīng)用研究

黃偉鋼，蘇 耕，曹 艷，雷紅衛(wèi)，翟北鴻

（陜西電力科學(xué)研究院 電力節(jié)能服務(wù)公司，西安 710054）

熱泵技術(shù)在陜西的推廣應(yīng)用研究

黃偉鋼，蘇 耕，曹 艷，雷紅衛(wèi)，翟北鴻

（陜西電力科學(xué)研究院 電力節(jié)能服務(wù)公司，西安 710054）

通過對陜西省自然氣候條件、淺層地?zé)釤醿八牡刭|(zhì)構(gòu)造的分析，研究了陜西熱泵技術(shù)推廣方向、機制及市場主體，介紹了熱泵技術(shù)推廣的具體案例。推行熱泵技術(shù)，引導(dǎo)電能消費，實現(xiàn)節(jié)能降耗，是陜西省落實《電力需求側(cè)管理辦法》要求，確保完成國家規(guī)定節(jié)能量指標(biāo)的重要方向。

電力需求側(cè)管理；熱泵技術(shù)；工業(yè)余熱

國家發(fā)展和改革委員會等六部委聯(lián)合下發(fā)的《電力需求側(cè)管理辦法》中明確，電網(wǎng)企業(yè)作為電力需求側(cè)管理的重要實施主體，應(yīng)主動承擔(dān)科學(xué)用電、節(jié)約用電的責(zé)任，自行開展并引導(dǎo)用戶實施節(jié)能項目，每年節(jié)約電力電量指標(biāo)不低于售電營業(yè)區(qū)內(nèi)上年售電量、最大用電負荷的0.3%。按照陜西省電力公司目前的售電量規(guī)模，2013年度節(jié)約電量指標(biāo)為1.91億kWh。建設(shè)節(jié)能服務(wù)體系，以合同能源管理方式開展節(jié)能服務(wù)，是落實《電力需求側(cè)管理辦法》要求，確保完成國家規(guī)定節(jié)能量指標(biāo)的重要保障措施。在政府的大力倡導(dǎo)及國家電網(wǎng)公司的統(tǒng)一規(guī)劃下，陜西省電力公司及陜西電力節(jié)能服務(wù)公司做了大量工作，如：采用拉大峰谷電價、實行可中斷負荷電價、加大電力節(jié)能網(wǎng)絡(luò)小組活動力度等措施，引導(dǎo)用戶充分接受節(jié)能減排理念，通過調(diào)整生產(chǎn)運行方式，采用變頻調(diào)速技術(shù)、熱泵技術(shù)等節(jié)能技術(shù)，降低需求側(cè)的能源消費。

陜西省具備推廣熱泵技術(shù)的自然條件：屬典型大陸氣候，全省極端最高氣溫主要分布在36～42℃之間，極端最低氣溫主要分布在-17～-32℃[1]。陜西西安、咸陽及榆林等地區(qū)的工業(yè)區(qū)均有大量的工業(yè)余熱水資源可以利用。因此，有必要制訂熱泵技術(shù)在陜西省的推廣規(guī)劃，提出全面推進的整體方案。

1 陜西省具備推廣熱泵技術(shù)的自然條件

1.1 自然氣候條件

陜西省屬于典型的大陸氣候，關(guān)中屬于南溫帶季風(fēng)氣候，關(guān)中盆地地勢平坦，透水性好，蘊藏著較為豐富的地下水，是自然條件最好的地區(qū)。年平均氣溫12.08℃[2]，尤其是西安、咸陽這些地方由于城市效應(yīng)，冬暖夏熱，都需要制暖和制冷，供熱期和制冷期均為120天。陜北地區(qū)氣候干燥，全年干燥少雨，屬于貧水或極貧水，年平均氣溫9.24℃，采暖期在140～160天，制冷期為60天。陜南地區(qū)冬季濕冷，水資源非常豐富，年平均氣溫13.70℃，傳統(tǒng)設(shè)計范圍屬于不供暖的地區(qū)，但是隨著這些年的經(jīng)濟發(fā)展，人民生活水平提高，對建筑的供暖需求也越來越多。

1.2 淺層地?zé)釤醿η闆r

陜西省地?zé)豳Y源規(guī)模大，儲備多，有著優(yōu)厚的地?zé)豳Y源條件。陜西關(guān)中地區(qū)面積約2.2萬km2,構(gòu)造位置為鄂爾多斯塊與秦嶺造山帶之間一個復(fù)式地塹，邊緣為2組不同方向斷裂追蹤，呈鋸齒狀[3]，總體由西安和固市2個較大規(guī)模次級凹陷組成，新生界沉積厚度分別為7 000 m和6 800 m，構(gòu)成了良好的地?zé)岬刭|(zhì)條件。關(guān)中地區(qū)的大地?zé)崃髦灯骄鶠?.078 8 W/m2，比背景值（華北大地?zé)崃髦担?.070 6 W/m2高出 0.008 2 W/m2。

依據(jù)《GB 11615—89地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》，已經(jīng)詳查咸陽地?zé)峥偯娣e為300 km2，結(jié)合開采的地?zé)峋畢?shù)對咸陽南、北、中地區(qū)地?zé)岣鲀哟_定了評價深度，用熱儲計算法得到咸陽地?zé)豳Y源總量為2.093×1013MJ，以20%的回收率計算，折合標(biāo)準(zhǔn)煤1.43億t。

1.3 水文地質(zhì)構(gòu)造

以西安地區(qū)為例，西安地處渭河平原，土壤松軟，厚度達200～300 m，水位20～40 m，平均導(dǎo)熱系數(shù)約1.5 W/（m·K）,平均定容比熱約2 200 kJ/（m3·K），利于熱擴散，非常適合做土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，是待開發(fā)地源熱泵市場的地區(qū)[4]。

2 熱泵技術(shù)的方向、機制及市場主體研究

2.1 推廣方向研究

陜西省熱泵推廣方向為：貧水區(qū)應(yīng)當(dāng)多采用土壤源換熱形式，如：陜北地區(qū)；富水區(qū)則應(yīng)該采用水源換熱形式，如：陜南地區(qū)；關(guān)中地區(qū)因為水文結(jié)構(gòu)差異較大，應(yīng)該視情況而定，基本的原則就是地下水資源豐富的地區(qū)宜采用水源換熱，地下水資源較匱乏時，采用土壤源換熱的形式更為合理、經(jīng)濟。在西安、咸陽、寶雞及榆林等大型城市，還有大量的城市污水、地?zé)嵛菜肮I(yè)余熱，也是良好的熱泵熱源。

2.2 推廣機制研究

一是要進行熱泵技術(shù)推廣總體規(guī)劃，制定工作方案。要摸清情況，制定規(guī)劃，提出全面推進的整體方案。

二是要加大宣傳力度，選出一批應(yīng)用地源熱泵技術(shù)效果好的典型，集中一段時間進行宣傳，不斷擴大這項技術(shù)知識的普及面。

三是要制定標(biāo)準(zhǔn)，制定熱泵生產(chǎn)企業(yè)準(zhǔn)入制度，對施工企業(yè)的資質(zhì)、技術(shù)等進行嚴(yán)格管理。

四是要強化電力節(jié)能網(wǎng)絡(luò)小組功能。通過陜西省電力公司節(jié)能網(wǎng)絡(luò)小組，加大對節(jié)能技術(shù)的推廣力度。

2.3 市場主體研究

電力大用戶是陜西省電力公司推廣熱泵技術(shù)的一個重要方面。電力大用戶一般都有大量的余熱可以利用，這些余熱可以通過水源熱泵技術(shù)回收，用于車間、辦公樓、職工洗澡等方面。陜西華特新材料股份有限公司有多臺高溫玻璃爐窯，用電負荷較大，工業(yè)余熱較多，屬于咸陽市供電局重點監(jiān)控的電力大用戶。該企業(yè)用于拉絲車間的余熱水流量約為150 t/h，余熱水入口溫度15℃，出口溫度35℃，可利用余熱溫差20℃，適合采用水源熱泵技術(shù)回收余熱。

一般大型火電廠實際熱效率僅為40%，約60%的熱量被凝汽器循環(huán)水帶到環(huán)境中。電廠循環(huán)冷卻水排水溫度在50℃以下，屬于低品位熱源，直接利用范圍較窄。同時，火電廠的生產(chǎn)過程中存在各種余熱，如：鍋爐排污、除氧器排汽等均屬于攜帶余熱的工質(zhì)。采用水源熱泵回收電廠余熱，是陜西省電力節(jié)能服務(wù)公司推廣熱泵技術(shù)的另一重要方向。大唐發(fā)電公司西安灞橋熱電廠裝機850 MW，離西安市區(qū)較近，回收其循環(huán)水余熱用于西安東郊市區(qū)居民供熱可行性較高。

在建筑行業(yè)推廣熱泵技術(shù)是節(jié)能的一個重要方面。西安蓮湖區(qū)某大型酒店采暖/制冷面積約30 000 m2，460間客房。該酒店的中央空調(diào)系統(tǒng)為20世紀(jì)90年代初期產(chǎn)品，效率低。依據(jù)該酒店的具體情況，采用燃氣熱泵系統(tǒng)對原中央空調(diào)系統(tǒng)進行更換，節(jié)能效果將非常顯著。

3 推廣實例及節(jié)能效果

3.1 企業(yè)簡介

陜西華特玻纖材料集團有限公司前身為陜西玻璃纖維總廠，于1966年由天津市遷入陜西興平，是中國最大的特種玻纖生產(chǎn)企業(yè)，也是西北地區(qū)唯一的一家大中型玻纖生產(chǎn)企業(yè)，公司隸屬省國資委監(jiān)管。

陜西華特集團擁有員工3 100余人，占地面積27.7萬m2，建筑面積12.9萬m2。公司擁有高硅氧、無堿、耐堿、濕法薄氈、貴金屬（鉑、銠、銥）加工、表面涂覆、玻璃鋼復(fù)合材料等專業(yè)生產(chǎn)線，年產(chǎn)玻纖紗7 000 t，玻纖織物2 500萬m，濕法薄氈3 500萬m2，玻璃鋼2 000 t。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息、航空航天、新型墻體、環(huán)保節(jié)能、電絕緣、體育器材等諸多領(lǐng)域，是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的結(jié)構(gòu)材料和功能材料。

企業(yè)現(xiàn)有3臺蒸發(fā)量10 t/h的鏈條爐，冬季運行方式為3臺全開，夏季運行方式為1臺運行，用于生產(chǎn)供氣。

工業(yè)余熱水流量約為150 t/h，可利用溫差20℃。

3.2 水源熱泵技術(shù)方案簡介

針對陜西華特玻纖材料集團有限公司余熱水熱力參數(shù)，陜西省電力節(jié)能服務(wù)公司與陜西華特玻纖材料集團有限公司就采用水源熱泵技術(shù)回收余熱方案達成了一致，目前項目已經(jīng)進入施工階段。

（1）工程概況

本項目共計6個車間，總建筑面積約14 133 m2，每個車間建筑面積及冷、熱負荷計算見表1?？衫糜酂豳Y源為水溫32.5℃，水量150 m3/h的循環(huán)水。方案設(shè)計為將此余熱資源作為空調(diào)系統(tǒng)熱源，并結(jié)合水源熱泵機組為建筑供熱，夏季采用冷卻塔作為系統(tǒng)的冷源。

（2）主要設(shè)備選型

項目主要設(shè)備選型如表2所示。

（3）項目節(jié)能量估算

初步估算項目實施后，采暖期折合節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1 159.4 t。相對于采用水冷空調(diào)加蒸汽供熱系統(tǒng)，熱泵系統(tǒng)全年節(jié)電量為1 791 462.7 kWh，相對于采用風(fēng)冷空調(diào)加蒸汽供熱系統(tǒng)，熱泵系統(tǒng)全年節(jié)電量為1 987 014.9 kWh。

表1 工程面積及冷熱負荷計算

表2 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備選型

4 結(jié)束語

在陜西省推行熱泵技術(shù)，引導(dǎo)電能消費、實現(xiàn)節(jié)能降耗，是陜西省電力公司和陜西電力節(jié)能服務(wù)有限公司落實《電力需求側(cè)管理辦法》要求，確保完成國家規(guī)定節(jié)能量指標(biāo)的重要方向。本文通過對陜西省自然條件的分析，研究熱泵技術(shù)推廣方向、機制及市場主體，介紹了熱泵技術(shù)推廣的具體案例，為陜西省熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用提供了參考。

：

[1]徐軍昶,高彥斌,李四虎.基于GIS的陜西省極端氣溫及其重現(xiàn)期的空間分布特征研究[J].陜西氣象，2010(1)：6-9.

[2]李琦,宋令勇,張文靜,等.陜西氣溫及日照時間變化特征分析[J].北京師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2010(6)：395-400.

[3]黃偉鋼,蘇耕,曹艷,等.陜西關(guān)中地區(qū)地?zé)岚l(fā)電可行性研究[J].陜西電力，2012(10)：75-77.

[4]張道,曹琦.淺論陜西省水文地質(zhì)構(gòu)造及其適合的地源熱泵形式[J].制冷與空調(diào)，2010(4)：14-17.

Promoting research of heat pump technology in Shanxi province

HUANG Wei?gang,SU Geng,CAO Yan,LEI Hong?wei,ZHAI Bei?hong
（Shanxi Electric Power Research Institute Electricity Energy Conservation Service Company,Xi’an 710054,China）

Through analysis of the Shaanxi province natural climate condition,the shallow heat reservoir and the hydrogeologi?cal structure,the article studies the Shaanxi heat pump technology promotion direction,mechanism and market main body.Promotion of the specific case of heat pump technology is introduced.Heat pump technology,which guides the electricity consumption to real?ize saving energy and reducing consumption,is important direction in Shanxi Province to carry out the"DSM method"requirement,en?sure to complete energy saving index prescribed by the state.

DSM;heat pump technology;industrial surplus

TK018

B

1009-1831（2013）05-0034-03

2013-08-06

黃偉鋼（1979），男，陜西寶雞人，碩士研究生，工程師，從事電力需求側(cè)管理、電力節(jié)能調(diào)度、電力交易運營系統(tǒng)及發(fā)電廠經(jīng)濟性分析等方面研究工作。