未來(lái)社區(qū)低碳能源場(chǎng)景設(shè)想

張 曦， 林俊光， 葉 蕾， 俞李斌

(1.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，浙江 杭州 311121;2.浙江－北歐(浙能)低品位能源利用國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311121;3.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春130000)

1 概述

社區(qū)是城市治理的基本單元，也是城市品質(zhì)發(fā)展水平的標(biāo)志。2019年3月20日，浙江省政府印發(fā)了《浙江省未來(lái)社區(qū)建設(shè)試點(diǎn)工作方案》(浙政發(fā)［2019］8號(hào))，標(biāo)志著浙江省未來(lái)社區(qū)建設(shè)試點(diǎn)工作全面啟動(dòng)。未來(lái)社區(qū)試點(diǎn)建設(shè)將聚焦人本化、生態(tài)化、數(shù)字化三維價(jià)值坐標(biāo)，以和睦共治、綠色集約、智慧共享為內(nèi)涵特征，突出高品質(zhì)生活主軸，構(gòu)建以未來(lái)鄰里、教育、健康、創(chuàng)業(yè)、建筑、交通、低碳、服務(wù)和治理等九大場(chǎng)景創(chuàng)新為重點(diǎn)的集成系統(tǒng)，打造有歸屬感、舒適感和未來(lái)感的新型城市功能單元。本文介紹構(gòu)建低碳化未來(lái)社區(qū)的關(guān)鍵系統(tǒng)，對(duì)未來(lái)社區(qū)低碳能源場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)想。

2 未來(lái)社區(qū)低碳場(chǎng)景

低碳化未來(lái)社區(qū)的構(gòu)建主要涉及數(shù)字化綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)、分類分級(jí)資源循環(huán)系統(tǒng)、綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)。未來(lái)社區(qū)低碳場(chǎng)景見圖1。

2.1 數(shù)字化綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)

作為低碳化未來(lái)社區(qū)的重要基礎(chǔ)，數(shù)字化綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)以多元協(xié)同的能源技術(shù)為核心，以社區(qū)綜合管廊及微能源網(wǎng)、用戶側(cè)管理為手段，實(shí)現(xiàn)各種能源和資源的互聯(lián)互通、高效利用。

圖1 未來(lái)社區(qū)低碳場(chǎng)景

① 多元協(xié)同的能源技術(shù)

天然氣分布式能源具有更節(jié)能、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保、更合理、更靈活等特點(diǎn)，適用于有相對(duì)穩(wěn)定的電、熱(冷)負(fù)荷，并有持續(xù)的天然氣氣源供應(yīng)的場(chǎng)所。天然氣分布式能源系統(tǒng)涉及儲(chǔ)能技術(shù)、熱泵技術(shù)、光伏建筑一體化技術(shù)等。

儲(chǔ)能技術(shù)是通過裝置或物理介質(zhì)將能力儲(chǔ)存起來(lái)，以便需要時(shí)利用的技術(shù)?？紤]到未來(lái)社區(qū)的特點(diǎn)和用能需求，在未來(lái)社區(qū)場(chǎng)景中，儲(chǔ)能技術(shù)主要以電化學(xué)類儲(chǔ)能為主。

熱泵技術(shù)是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低位熱能，經(jīng)過電能做功，提供可被人們所用的高位熱能的裝置［1］。在未來(lái)社區(qū)場(chǎng)景中，熱泵技術(shù)可與其他能源技術(shù)耦合供能，滿足多變負(fù)荷工況下的用能需求。

光伏建筑一體化技術(shù)是未來(lái)社區(qū)場(chǎng)景中一項(xiàng)重要技術(shù)。它是將太陽(yáng)能發(fā)電(光伏)產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)。光伏與建筑相結(jié)合是未來(lái)光伏應(yīng)用中最重要的領(lǐng)域之一，發(fā)展前景十分廣闊，是未來(lái)社區(qū)建筑節(jié)能的方向，擁有巨大的市場(chǎng)潛力。可采用的新型太陽(yáng)能電池主要有碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池等。

② 社區(qū)綜合管廊

綜合管廊指建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施。綜合管廊按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理的模式，涵蓋給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等管線，統(tǒng)籌了各類管線規(guī)劃、建設(shè)和管理，解決了反復(fù)開挖路面、架空線網(wǎng)密集、管線事故頻發(fā)等問題。相較于傳統(tǒng)市政管線直埋的形式，綜合管廊具有綜合性、長(zhǎng)效性、環(huán)保性、可維護(hù)性、抗震防災(zāi)性、運(yùn)營(yíng)可靠性、高科技性等特點(diǎn)。

2.2 分類分級(jí)資源循環(huán)系統(tǒng)

① 分質(zhì)循環(huán)智慧水務(wù)

在未來(lái)社區(qū)建設(shè)過程中，可以分別從雨水資源、中水資源、空調(diào)冷凝水資源對(duì)社區(qū)內(nèi)水資源進(jìn)行智慧循環(huán)利用。

② 可追溯的垃圾分類回收

在社區(qū)中進(jìn)行垃圾分類，將大量采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)，從垃圾分類宣傳、垃圾分類投遞、垃圾分類收集、垃圾分類本地處置等環(huán)節(jié)入手，涉及廚余垃圾、其他垃圾、可回收垃圾和有害垃圾等類別。

2.3 綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)

綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)作為低碳化未來(lái)社區(qū)的神經(jīng)中樞，利用互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源管理、資源協(xié)調(diào)、智慧管家等功能，從而打造高效智慧、供需互動(dòng)、健康舒適、循環(huán)無(wú)廢、綠色共享的低碳化未來(lái)社區(qū)。

① 能源管理功能

a.供應(yīng)側(cè)管理

未來(lái)社區(qū)的綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)是數(shù)字化技術(shù)與能源新技術(shù)的深度融合，以實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)、全方位智慧節(jié)能、供應(yīng)側(cè)與需求側(cè)智慧互動(dòng)。

b.需求側(cè)管理

綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)社區(qū)的能源資源利用情況、用戶消費(fèi)行為、用能特性等開展分析，引導(dǎo)用戶進(jìn)行負(fù)荷管理和技術(shù)改造，使負(fù)荷平均化，提高終端能源使用效率，實(shí)現(xiàn)能源供需高效匹配，運(yùn)營(yíng)集約高效。

② 資源協(xié)調(diào)功能

a.多網(wǎng)融合

綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)通過互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等數(shù)字化技術(shù)與能源、建筑、水資源等領(lǐng)域新技術(shù)深度融合，推動(dòng)社區(qū)能源資源供給側(cè)、需求側(cè)統(tǒng)籌創(chuàng)新。

b.商業(yè)功能

綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)整合一體化開發(fā)、投資、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)投資者和用戶互利共贏，有效降低能源資源使用成本。

c.資源回收利用

綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)能夠進(jìn)行資源分類分級(jí)、循環(huán)利用，建設(shè)集約高效的供水系統(tǒng)，打造海綿社區(qū)，推進(jìn)雨水和中水資源利用。采取智慧化可追溯的模式，科學(xué)規(guī)劃布局社區(qū)垃圾分類投放、分類收集和分類運(yùn)輸?shù)姆诸愺w系。

3 未來(lái)社區(qū)低碳能源場(chǎng)景設(shè)想

3.1 未來(lái)社區(qū)+電廠場(chǎng)景

在未來(lái)社區(qū)+電廠場(chǎng)景中，電廠輸出的蒸汽進(jìn)入綜合能源供應(yīng)站，通過換熱設(shè)備、吸收式制冷設(shè)備為未來(lái)社區(qū)提供主要的熱能、冷能，綜合能源供應(yīng)站的主要電力供應(yīng)由市政電網(wǎng)提供。并根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源稟賦條件設(shè)置地埋管地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵等作為補(bǔ)充冷熱源，因地制宜設(shè)置太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電儲(chǔ)能、光伏建筑一體化等為社區(qū)提供電力補(bǔ)充。此外，需設(shè)置高效的電制冷設(shè)備和鍋爐作為備用冷熱源，保證供能的安全性、可靠性。

在此場(chǎng)景中，綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電廠輸出的蒸汽參數(shù)以及部分電量信息，根據(jù)社區(qū)用戶負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合大數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)規(guī)劃綜合能源供應(yīng)站內(nèi)相關(guān)機(jī)組出力，以達(dá)成多能協(xié)同、能源供需高效匹配，最大化提高終端能源使用效率。

3.2 未來(lái)社區(qū)+天然氣場(chǎng)景

在未來(lái)社區(qū)+天然氣場(chǎng)景中，城市天然氣進(jìn)入綜合能源供應(yīng)站，通過天然氣分布式能源系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t和電制冷機(jī)組為未來(lái)社區(qū)提供主要的熱能、冷能，綜合能源供應(yīng)站的主要電力供應(yīng)由市政電網(wǎng)提供。綜合能源供應(yīng)站根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源稟賦條件設(shè)置地埋管地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵等作為補(bǔ)充冷熱源，因地制宜設(shè)置太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電儲(chǔ)能、光伏建筑一體化等為社區(qū)提供電力補(bǔ)充。

在此場(chǎng)景中，綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天然氣管網(wǎng)、天然氣壓力等參數(shù)，結(jié)合社區(qū)用戶負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)時(shí)規(guī)劃綜合能源供應(yīng)站內(nèi)天然氣分布式能源系統(tǒng)以及相關(guān)機(jī)組出力，以達(dá)成多能協(xié)同、能源供需高效匹配，最大化提高終端能源使用效率。

3.3 未來(lái)社區(qū)用戶場(chǎng)景

在未來(lái)社區(qū)用戶場(chǎng)景中，綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)可以根據(jù)社區(qū)住戶實(shí)際需求，包含智慧門禁、智能家居、智慧停車管理、智慧物業(yè)平臺(tái)、社區(qū)O2O和社區(qū)安防監(jiān)控等功能。

傳統(tǒng)的智慧家居以紅外感知、遠(yuǎn)程遙控、定時(shí)任務(wù)為主，他們之間無(wú)法連通、無(wú)法協(xié)同，導(dǎo)致現(xiàn)在的智能家居不夠智能，影響智能家居的普及?；诰C合能源智慧服務(wù)平臺(tái)的未來(lái)智能家居是將相互獨(dú)立變?yōu)橄嗷ト诤?，不但可以?shí)現(xiàn)人臉識(shí)別開門、燈光自動(dòng)點(diǎn)亮，還可以基于家庭云、社區(qū)云，整合天氣、交通、健康等一系列信息，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和智能決策。例如，可根據(jù)實(shí)時(shí)的氣象條件、個(gè)人及家人的健康情況，設(shè)置室內(nèi)溫度，兼顧各位家庭成員特別是兒童、老年人的需要。在未來(lái)社區(qū)，各種智能家居設(shè)備將由被動(dòng)服務(wù)向主動(dòng)服務(wù)轉(zhuǎn)變，構(gòu)建一個(gè)全新的智能家居的體驗(yàn)。