重慶某新區(qū)可再生能源規(guī)劃分析

張桂玲 陳 靜 楊 柳

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重慶某新區(qū)可再生能源規(guī)劃分析

張桂玲 陳 靜 楊 柳

（重慶大學(xué) 重慶 400045）

能源安全是全球發(fā)展過程中面臨的重大問題，區(qū)域能源規(guī)劃是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)城市低碳目標(biāo)的重要舉措。以重慶某新區(qū)為例，分析規(guī)劃區(qū)能源需求，根據(jù)可再生能源分散性，域性特點(diǎn)，對(duì)可再生能源及清潔能源進(jìn)行合理規(guī)劃，建立多能互補(bǔ)的能源供應(yīng)體系，分析其節(jié)能環(huán)保效益。

可再生能源；節(jié)能效益；環(huán)保效益

0 引言

我國是世界最大的發(fā)展中國家，在能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)的結(jié)構(gòu)中，常規(guī)能源占總能耗的90%，在發(fā)展過程中表現(xiàn)出對(duì)常規(guī)能源的過分依賴[1,2]。我國的風(fēng)能、水能、太陽能等可再生能源儲(chǔ)量豐富，具有較大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前全面倡導(dǎo)節(jié)能減排的大背景下，區(qū)域可持續(xù)低碳發(fā)展成為能源規(guī)劃的基本思路，而目前對(duì)于區(qū)域可再生能源的利用大部分停留在概念性分析階段，實(shí)用性有待提高。

本文以重慶某新區(qū)為例，結(jié)合該地區(qū)的地形地貌特點(diǎn)和當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y源，從該區(qū)的能源需求、能源分配情況入手，通過對(duì)規(guī)劃區(qū)不同功能區(qū)域的能源需求分析，合理地進(jìn)行能源規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)可再生能源多能互補(bǔ)，為以后的區(qū)域能源規(guī)劃提供參考。

1 新區(qū)概況

圖1 規(guī)劃區(qū)總體布局圖

圖2 組團(tuán)分布圖

規(guī)劃區(qū)位于重慶南部，對(duì)距離主城區(qū)約50公里，總體規(guī)劃布局見圖1。該區(qū)總面積約26平方公里，于2010年開工建設(shè)，預(yù)計(jì)2020年全部建成。圖2是根據(jù)區(qū)域功能不同對(duì)規(guī)劃區(qū)進(jìn)行分區(qū)的示意圖，各個(gè)組團(tuán)的能源需求各不相同，自然能源分配情況不同，能源配置也不盡相同。

2 規(guī)劃區(qū)的能源需求

本文分別從城市居民生活常用能源消耗方面對(duì)規(guī)劃區(qū)的能源需求進(jìn)行分析，主要包括空調(diào)用能、生活熱水用能、居民生活用電及生活燃?xì)獾南摹?/p>

（1）規(guī)劃區(qū)地屬我國典型的夏熱冬冷地區(qū)，夏季“高溫高濕”，冬季“潮濕寒冷”，該地區(qū)建筑夏季存在空調(diào)需求，冬季存在供暖需求，且全年以空調(diào)需求為主導(dǎo)。本文采用面積指標(biāo)法對(duì)規(guī)劃區(qū)的冷熱負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估，公共建筑的空調(diào)供暖面積按建筑面積的90%、對(duì)于不采用集中供暖的居住建筑，其分體空調(diào)供暖面積按照建筑面積的70%計(jì)算，冷熱負(fù)荷指標(biāo)參照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取值。計(jì)算得出各個(gè)組團(tuán)的公共建筑、居住建筑冷熱負(fù)荷見圖3，規(guī)劃區(qū)總的冷負(fù)荷為752.37MW，熱負(fù)荷為311.42MW。

（2）采用生活熱水指標(biāo)法計(jì)算生活熱水負(fù)荷，參照相關(guān)規(guī)范選取生活熱水指標(biāo)，對(duì)各組團(tuán)的生活熱水負(fù)荷計(jì)算結(jié)果如圖4所示，計(jì)算得出規(guī)劃區(qū)域內(nèi)生活熱水總負(fù)荷為463.12MW。

（3）采用負(fù)荷密度法計(jì)算規(guī)劃區(qū)用電負(fù)荷，計(jì)算結(jié)果見圖5。隨著建設(shè)進(jìn)程推進(jìn)，每年的用電負(fù)荷不同，規(guī)劃區(qū)建設(shè)完成至2030年，用地負(fù)荷達(dá)到181.17MW。

（4）燃?xì)庳?fù)荷

對(duì)于燃?xì)庳?fù)荷的計(jì)算，不同功能的建筑計(jì)算方法不同。對(duì)于居住建筑燃?xì)庳?fù)荷，根據(jù)居民人均耗熱指標(biāo)預(yù)測(cè)，取值2300MJ/(人·年)，氣化率取100%；對(duì)于公建商業(yè)類建筑，公建耗熱量按居民用氣耗熱量的30%計(jì)算；對(duì)于燃?xì)馄嚕鶕?jù)每百公里耗氣指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，天然氣熱值為35.544MJ/m3，統(tǒng)計(jì)出新區(qū)公交車、環(huán)衛(wèi)車、出租車等汽車數(shù)量，可以計(jì)算出燃?xì)馄囁牡锰烊粴饬俊?/p>

計(jì)算得出，規(guī)劃區(qū)域內(nèi)年用氣量為3315萬m3，年平均日用氣量9.08萬m3/日，高峰小時(shí)負(fù)荷為15500m3/h。

圖3 各個(gè)組團(tuán)的冷熱負(fù)荷

圖4 各個(gè)組團(tuán)的生活熱水負(fù)荷

圖5 用電負(fù)荷

3 能源規(guī)劃的原則和目標(biāo)

能源供應(yīng)的中斷將給城市經(jīng)濟(jì)帶來極大的損害，能源供應(yīng)安全性是能源利用的首要問題?！耙虻刂埔耍茖W(xué)合理，系統(tǒng)優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)適用”是能源規(guī)劃中的基本原則，“開源節(jié)流，溫度對(duì)口，梯級(jí)利用，多能互補(bǔ)”是能源規(guī)劃的技術(shù)思路[3]。結(jié)合地方能源優(yōu)勢(shì)，充分利用可再生能源，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能、低碳減排是能源規(guī)劃的目標(biāo)[4,5]。因此，本規(guī)劃區(qū)堅(jiān)持以下的能源規(guī)劃原則：

（1）堅(jiān)持區(qū)域可持續(xù)發(fā)展：新區(qū)的能源規(guī)劃應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)，結(jié)合總體布局，最大限度的利用區(qū)域內(nèi)太陽能、風(fēng)能、地表水、淺層地?zé)崮艿瓤稍偕茉?，從能源的可供性和生態(tài)環(huán)境的承載能力綜合分析，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保障社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

（2）節(jié)約能源：積極推廣節(jié)能技術(shù)，降低建筑能耗，推動(dòng)節(jié)能型社會(huì)的建設(shè)。

（3）因地制宜：結(jié)合規(guī)劃區(qū)地形地貌特點(diǎn)，充分依托地區(qū)資源優(yōu)勢(shì)，提高能源利用效率，確定科學(xué)合理的能源利用形式，實(shí)現(xiàn)多元化可持續(xù)的能源供給。

4 規(guī)劃區(qū)能源利用技術(shù)

4.1 規(guī)劃區(qū)能源現(xiàn)狀分析

（1）規(guī)劃區(qū)太陽能分布情況

地方太陽能資源的分布情況的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括兩個(gè)參數(shù)，即太陽能的豐富性評(píng)價(jià)與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。中國氣象局發(fā)布的《太陽能資源評(píng)估方法》中對(duì)太陽能資源的豐富程度進(jìn)行可劃分，標(biāo)準(zhǔn)見表1。對(duì)于太陽能資源穩(wěn)定程度用各月的日照時(shí)數(shù)大于6h天數(shù)的最大值與最小值的比值表示，穩(wěn)定度等級(jí)的判定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 太陽能資源豐富程度等級(jí)分布圖

表2 太陽能資源穩(wěn)定程度等級(jí)分布圖

根據(jù)規(guī)劃區(qū)的氣象數(shù)據(jù)顯示規(guī)劃區(qū)的太陽總輻射量為848.30kW·h/(m2·a)，年太陽輻射量為3053.89MJ/(m2·a)，屬于“太陽能資源四類地區(qū)”。規(guī)劃區(qū)太陽能資源一般，經(jīng)計(jì)算可知規(guī)劃區(qū)太陽能資源穩(wěn)定程度指標(biāo)為1.11，太陽能資源穩(wěn)定地區(qū)。

根據(jù)本次規(guī)劃區(qū)的地形地貌特點(diǎn)及太陽能的分布情況，考慮采用利用太陽能制備生活熱水、利用太陽能光伏發(fā)電。對(duì)于居民建筑，生活熱水50%的熱量由太陽能熱水系統(tǒng)提供，其余由電加熱器輔助提供；對(duì)于公共建筑，熱水負(fù)荷的30%由太陽能熱水系統(tǒng)提供，其余由空氣源系統(tǒng)、江水源系統(tǒng)提供。太陽能光伏發(fā)電的光伏光熱模塊面積商業(yè)建筑占地面積的2%計(jì)算，光電轉(zhuǎn)換效率按8%計(jì)算，由此可確定各組團(tuán)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏光熱模塊面積和年發(fā)電量，用于滿足部分用電需求，不足的部分由外網(wǎng)提供。通過對(duì)規(guī)劃區(qū)太陽能的合理利用，能夠取得可觀的節(jié)能效益。

（2）地表水資源

地表水源熱泵系統(tǒng)是利用地球表面的河流、湖泊或水池中的低位熱能資源，采用熱泵原理，通過少量高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。水源熱泵的工作原理是由電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，使工質(zhì)反復(fù)在蒸發(fā)器中氣化吸熱、在冷凝器中液化放熱，實(shí)現(xiàn)熱量的交換和傳遞，并通過閥門完成工況的切換。相比于空氣而言，地表水溫度較為穩(wěn)定，冬季比室外氣溫高，夏季比室外氣溫低，是一種比較理想的低位熱源。

綦江是一個(gè)依山傍水的城市，規(guī)劃區(qū)被三河圍繞，分別是綦江河、通惠河、登瀛河。本次能源規(guī)劃中，為了充分利用可再生能源，減少傳統(tǒng)化石燃料使用比例，可在三大河流附近的公共建筑群中采用地表水源熱泵空調(diào)技術(shù)，在提高系統(tǒng)能效的同時(shí)節(jié)約能耗，提高可再生能源利用率。但由于系統(tǒng)水量限制并考慮溫排水對(duì)江體水生植物的影響，本規(guī)劃中考慮采用復(fù)合式系統(tǒng)，利用江水源熱泵技術(shù)的同時(shí)，采用其他技術(shù)配合使用。

（3）空氣能

熱源塔熱泵是一種以空氣為熱源，通過塔體與空氣的換熱作用，實(shí)現(xiàn)制冷、供暖以及提供生活熱水等多種功能的新設(shè)備。規(guī)劃區(qū)地屬夏熱冬冷地區(qū)，夏季“高溫酷暑”，冬季“低溫高濕”，有利于熱源塔熱泵在全年均能保持較高能效運(yùn)行，有效解決了風(fēng)冷熱泵夏季制冷能耗高，冬季換熱器易結(jié)霜所導(dǎo)致COP值低的問題。本次能源規(guī)劃中，將重點(diǎn)突出熱源塔熱泵技術(shù)的應(yīng)用，在地源熱泵使用條件受限的地方，采用熱源塔熱泵作為各組團(tuán)區(qū)域供冷供熱方案的主要冷熱源之一。

4.2 規(guī)劃區(qū)供冷供熱系統(tǒng)配置

表3 各組團(tuán)區(qū)域供冷供熱方案

表4 規(guī)劃區(qū)能源供應(yīng)比例

根據(jù)地形地貌及能源分配特點(diǎn)，規(guī)劃區(qū)采用區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)，滿足規(guī)劃區(qū)的冷熱需求。即由一個(gè)或多個(gè)能源站集中制備熱水、冷水或蒸汽等冷熱媒介，通過區(qū)域管網(wǎng)輸配到各單體建筑內(nèi)，提供給用戶，具體規(guī)劃方案見表3。規(guī)劃區(qū)能源配置見表4，可再生能源比例占16.08，國家《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中要求對(duì)可再生能源使用率大于15%可見規(guī)劃區(qū)的能源配置情況符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針，有利于推動(dòng)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

5 節(jié)能與環(huán)境效益分析

對(duì)于規(guī)劃區(qū)能源系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效益的分析，分別采用系統(tǒng)的節(jié)電量、CO2排放量作為節(jié)能效益與系統(tǒng)環(huán)保效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)。計(jì)算過程中，電力折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)取1.23噸/萬kWh，認(rèn)為1噸標(biāo)煤燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生2.4567噸二氧化碳。通過計(jì)算，得出通過合理配置得出的供熱系統(tǒng)、供冷系統(tǒng)、通過太陽能光伏發(fā)電每年的節(jié)電量、每年節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤量、減少的CO2排放量見圖6。

（1）太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保效益

規(guī)劃區(qū)采用太陽能熱水系統(tǒng)制備生活熱水，每年節(jié)約的電量為8632.48kWh，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤10618噸，減少CO2排放量26085.12噸。

（2）太陽能光伏發(fā)電節(jié)能環(huán)保效益

規(guī)劃區(qū)采用太陽能光伏發(fā)電，年發(fā)電量為138kWh，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤169.75噸，減少CO2排放量417.03噸。

圖6 系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效益示意圖

（3）熱源塔系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保效益

規(guī)劃區(qū)通過熱源塔技術(shù)，每年節(jié)約的電量為12670.23kWh，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤15584.39噸，減少CO2排放量38286.18噸，可見該技術(shù)有相當(dāng)大的節(jié)能潛力。

（4）江水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保效益

規(guī)劃區(qū)三大河流附近的公共建筑通過采用江水源系統(tǒng)與冷水機(jī)組的復(fù)合式系統(tǒng)，每年節(jié)約的電量為2794.96kWh，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3437.81噸，減少8445.66CO2排放量噸。

（5）供氣節(jié)能環(huán)保效益

一般燃?xì)庠罹叩男蕿?0%，本規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，民用燃?xì)庠罹呔捎霉?jié)能型燃?xì)庠罹?，效率高?0%。根據(jù)燃?xì)庥脷庵笜?biāo)以及耗熱量需求，計(jì)算得出采用節(jié)能型灶具每年能夠節(jié)約的天然氣量776.57萬m3天然氣，相當(dāng)于節(jié)約9429.87噸標(biāo)準(zhǔn)煤，CO2排放量減少2.32萬噸。由此可見，通過提高燃?xì)庠罹咝士梢跃哂酗@著的節(jié)能效益。

[1] 中華人民共和國統(tǒng)計(jì)局.我國歷年統(tǒng)計(jì)年鑒及相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[EB/OL]. http://www.stats.gov.cn/, 2011-04-01 [2013].

[2] 張麗峰.中國能源供求預(yù)測(cè)模型及發(fā)展對(duì)策研究[D].北京:首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué),2006.

[3] 羅磊,馬宏權(quán),郁松濤,等.武漢東湖國家自主創(chuàng)新示范區(qū)能源規(guī)劃案例分[J].暖通空調(diào),2011,(12):1-6.

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Energy Planning Analysisof Renewable Energy of a New District in Chongqing

Zhang Guiling Chen Jing Yang Liu

( Chongqing University, Chongqing, 400045 )

Energy security is a major issue facing the global development, regional energy planning is an important measure of the current implementation of urban low-carbon objectives. This paper analysis the energy demand of a new district in Chongqing. According to renewable energy dispersion, regional characteristics of renewable energy and clean energy, proper planning can complement a multi-energy supply system to analyze its economic and environmental benefits.

Renewable energy; economic benefits; environmental benefits

1671-6612（2016）05-557-04

TU83

A

張桂玲（1990.11-），女，在讀碩士研究生，E-mail：461816649@qq.com

陳 靜（1968.08-），女，副教授，E-mail：chenjing7716@126.com

2015-06-09