北方某大廈綜合智慧能源建設(shè)方案

中電投東北能源科技有限公司 楊文涵 龐開宇 鄭立軍 大連發(fā)電有限責(zé)任公司 張景弘 徐 京

在國家能源革命戰(zhàn)略和電力體制改革的推動和引領(lǐng)下，綜合智慧能源作為聚焦用戶需求、側(cè)重能源運(yùn)營服務(wù)的新業(yè)態(tài)在促進(jìn)能源領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。所謂綜合智慧能源就是指能夠面向用戶提供不同種類能源的一體化能源應(yīng)用方案，一方面從橫向的供應(yīng)側(cè)多能互補(bǔ)，需求側(cè)集成供能；另一方面結(jié)合“云大物智移”等信息化技術(shù)，引領(lǐng)縱向的“源、網(wǎng)、荷、儲”協(xié)調(diào)聯(lián)動，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)優(yōu)化能源智慧運(yùn)營，更大程度上提升能源的供應(yīng)價(jià)值，并結(jié)合用戶需求提供更為多元化的增值服務(wù)。隨著智慧能源的各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)融入城市生活，樓宇型場景作為日常辦公、科技產(chǎn)業(yè)聚集地，屬于能源消耗、環(huán)境污染的集中區(qū)域，能源利用率不足，發(fā)展綠電使用（分布式清潔能源）、節(jié)能改造、構(gòu)建科學(xué)的能源運(yùn)營策略，成為優(yōu)化樓宇耗能的重要措施。

本文針對北方某大廈辦公樓宇型場景，在充分調(diào)研和評估當(dāng)?shù)刭Y源稟賦和用戶負(fù)荷特性的基礎(chǔ)上，因地制宜的設(shè)計(jì)了包括屋頂分布式光伏、空氣源熱泵與蓄熱式電鍋爐聯(lián)動供熱、新能源汽車充電樁的綜能一體化解決方案。并結(jié)合峰谷時(shí)段電價(jià)以及設(shè)備容量，調(diào)整綜合能效比COP最大化，確定了最優(yōu)的空氣源熱泵與蓄熱式電鍋爐聯(lián)動運(yùn)行策略。

該綜合智慧能源技術(shù)方案不僅有較好的投資收益率，而且一次能源利用率高，節(jié)能減排，大幅減少了碳排放，節(jié)約運(yùn)行成本，提高了建筑空間利用率，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。

1 項(xiàng)目基本情況

北方某大廈位于大連市高新區(qū)，屬于溫帶亞濕潤季風(fēng)氣候，全年氣溫在-35.4℃～39.3℃之間，風(fēng)光資源較為豐富，年日照小時(shí)數(shù)1800～2600h/a，年年輻射總量為5400～6700MJ/m2a。其中8月最熱，平均氣溫24℃，日最高氣溫大于30℃的最長連續(xù)日數(shù)為10至12天，1月最冷，平均氣溫南部-4.5～-6℃，極端最低氣溫可達(dá)-20℃左右。全區(qū)年平均降水量在550至950毫米之間，由西南向東北遞增。

該大廈現(xiàn)有建筑3棟（A、B、C座），總建筑面積：24196.96m2（實(shí)際供熱面積22000m2），建筑高度48.7米。大廈B座樓頂可利用面積較大，考慮建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，部分替代峰、平電能，增加發(fā)電收益；園區(qū)內(nèi)現(xiàn)有104個(gè)地面固定停車位，利用率很高，有很好的充電樁建設(shè)條件。因處于區(qū)域熱源廠供暖回路末端且大廈現(xiàn)有供暖二次管網(wǎng)未按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)配置，大廈供暖效果一直不能達(dá)標(biāo)，冬季部分房間只能達(dá)到14℃左右，所以考慮對供暖系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 分布式光伏發(fā)電

2.1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)架構(gòu)

分布式光伏發(fā)電采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)就地消納，提升可再生能源開發(fā)比例。光伏組件設(shè)計(jì)采用520Wp單晶硅半片太陽能電池組件，將高效單晶電池與半片組件技術(shù)結(jié)合，可顯著提升組件功率與陰影遮擋下的發(fā)電能力，同時(shí)降低了組件工作溫度與熱板造成的局部溫升。屋頂太陽能電池組件共計(jì)252塊，以32°傾角敷設(shè)，總?cè)萘考s131.04kW，18塊串聯(lián)、6塊并聯(lián)構(gòu)成太陽能電池陣列，把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，輸出直流電接入光伏逆變器。

太陽能電池陣列共用2臺組串式60kW逆變器，逆變器設(shè)計(jì)為可靠、高效率的純正弦波工頻變壓器式逆變器，使戶用系統(tǒng)抗沖擊性能強(qiáng)，具有反接保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、逆變電源故障自識別保護(hù)等功能，提高了系統(tǒng)的可靠性，設(shè)備維修方便。2臺逆變器逆變后在交流側(cè)分別匯流接入380V/50Hz的園區(qū)低壓配電網(wǎng)，自發(fā)自用，優(yōu)先滿足園區(qū)自身消納；另一路剩余電力經(jīng)高壓開關(guān)柜，并入公用電網(wǎng)發(fā)電，共計(jì)1個(gè)接入點(diǎn)。同時(shí)配有逆變器發(fā)電計(jì)量表，可直觀的顯示電網(wǎng)側(cè)電壓及放電電流的交流電網(wǎng)主副雙向計(jì)量表，可計(jì)算園區(qū)用能負(fù)荷情況。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)配置1套環(huán)境監(jiān)測儀，實(shí)時(shí)采集光伏陣列現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)例如風(fēng)速、風(fēng)向、日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、電池板溫度等參量。并配置了監(jiān)控平臺實(shí)時(shí)掌握光伏并網(wǎng)逆變器的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，主要包括以下功能：

實(shí)時(shí)顯示電站的當(dāng)前發(fā)電總功率、日總發(fā)電量、累計(jì)總發(fā)電量、累計(jì)CO2總減排量以及每天發(fā)電功率曲線圖；可查看每臺逆變器的運(yùn)行參數(shù)，主要包括直流電壓電流、直流功率、交流電壓電流、逆變器機(jī)內(nèi)溫度、頻率、功率因數(shù)等；監(jiān)控所有逆變器的運(yùn)行狀態(tài)，采用聲光報(bào)警方式提示設(shè)備出現(xiàn)故障，可查看故障原因及故障時(shí)間，監(jiān)控的故障信息包括電網(wǎng)電壓過高過低、電網(wǎng)頻率過高過低、直流電壓過高、逆變器過載、逆變器過熱、逆變器短路、散熱器過熱、逆變器孤島、DSP故障、通訊失敗等。

2.2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析

2.2.1 光伏發(fā)電能力計(jì)算

（1）發(fā)電量影響因數(shù)

光伏發(fā)電站發(fā)電量影響因素主要有：光伏組件類型、功率、數(shù)量、正常工作溫度、逆變器效率、容量及光伏陣列安裝損耗、灰塵遮擋損失、緯度和光伏方陣的方位角、安裝模式、傾角、光伏陣列面上的平均日輻射等。光伏發(fā)電量的計(jì)算公式如下：

其中PAZ為組件安裝容量。弘泰大廈太陽能并網(wǎng)項(xiàng)目共鋪設(shè)組件共計(jì)131.04kW；HA為發(fā)電小時(shí)數(shù)；K為系統(tǒng)效率系數(shù)，綜合考慮導(dǎo)線電纜損耗、積灰遮擋損失、并網(wǎng)逆變器效率、太陽輻射損失、系統(tǒng)故障及設(shè)備維護(hù)造成的損耗等多方面因素，綜合計(jì)算系統(tǒng)效率為85%。

（2）光伏效率及首年發(fā)電量估算

首年發(fā)電量估算未考慮光伏組件的衰減，計(jì)算得到首年1-12月各月發(fā)電量估算，傾角為32度輻射量（kWh/m2d）分別為：2.72、3.73、4.88、5.90、6.43、6.23、5.56、5.54、4.96、3.80、2.70、2.31；發(fā) 電 量（kWh）分 別 為：9391.90、11632.94、16850.17、19714.97、22202.17、20817.67、19198.15、19129.09、16573.94、13121.04、9022.10、976.21，首年合計(jì)發(fā)電量185630.35kWh。

（3）光伏電站全壽命發(fā)電量估算

分布式光伏的第一年發(fā)電量為光伏電站的最大理論發(fā)電量乘太陽電池組件第一年的衰減系數(shù)。本工程所選單晶硅電池組件第一年的衰減系數(shù)為0.995，故光伏電站的第一年理論發(fā)電量為：185630.35×0.995=184702.2kWh。根據(jù)光伏組件年衰減情況分析表，按光伏電站使用壽命25年進(jìn)行電站全壽命上網(wǎng)電量計(jì)算。第1年到第25年功率比率 分 別 為：99.50%、98.56%、97.64%、96.72%、95.81%、94.91%、94.02%、93.13%、92.26%、91.39%、90.84%、90.30%、89.76%、89.22%、88.68%、87.83%、86.99%、86.15%、85.33%、84.51%、83.70%、82.89%、82.10%、81.31%、80.53%；上網(wǎng)電量（kWh）分別為：184702.20、182957.27、181249.47、179541.67、177852.44、176181.77、174529.66、172877.54、171262.56、169647.58、168626.61、167624.21、166621.80、165619.40、164616.99、163039.14、161479.84、159920.55、158398.38、156876.21、155372.60、153869.00、152402.52、150936.04、149488.12。

20年合計(jì)發(fā)電量3403625.28kWh，年均發(fā)電量170181.26kWh；25年 合 計(jì) 發(fā) 電 量4165693.56 kWh，年均發(fā)電量166627.74kWh。

計(jì)算結(jié)果，根據(jù)組件逐年衰減情況，計(jì)算出本工程屋頂光伏電站建成后第一年上網(wǎng)發(fā)電量為184702.2kWh，運(yùn)行25年的總發(fā)電量約4165693.56 kWh，年平均發(fā)電量為166627.74kWh，年有效利用小時(shí)數(shù)為1271h。

2.2.2 光伏發(fā)電建設(shè)成本分析

高效單晶半片光伏組件，每瓦成本約5元（含逆變器及建安費(fèi)用），高效單晶半片成本按照131.04kW裝機(jī)計(jì)算，考慮到屋頂施工等因素，建安成本略有上升，總費(fèi)用約75萬元。

2.2.3 電價(jià)分析

項(xiàng)目采用自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的運(yùn)行方式，上網(wǎng)部分按電價(jià)為0.375元/kWh。目前，弘泰大廈用電成本如下，峰：0.9408元/度、平：0.6452元/度、谷：0.3495元/度。弘泰大廈工作時(shí)段大致為8:30-17:00，日間光伏發(fā)電時(shí)段（8:00-16:00）峰電與平電加權(quán)平均電價(jià)為：0.7745元/度。

2.2.4 光伏電站經(jīng)濟(jì)效益估算

弘泰大廈日均用電負(fù)荷約150kW，工作日日間平均用電負(fù)荷260kW，由此光伏發(fā)電自用率近100%，則發(fā)電平均電價(jià)約0.7745元/度。分布式光伏總裝機(jī)容量為131.04kWp，總投資約75萬元，按照光伏組件壽命25年和發(fā)電量全部自用計(jì)算，簡單靜態(tài)投資回收期為6.2年，年均投資收益率約9%，25年總盈利169.8萬元。

3 供暖系統(tǒng)改造

3.1 供暖邊界條件

大廈總建筑面積：24196.96m2（實(shí)供22000 m2），建筑高度48.7米。設(shè)計(jì)為二級建筑保溫，正常供暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)取45W/m2（7:00-17:00，10小時(shí)，每天日間正常供熱量為9900kWh）、低溫運(yùn)行熱負(fù)荷取20W/m2（17:00-7:00，14小時(shí)，每天低溫循環(huán)供熱量為6160kWh），每天總供熱量為16060kWh，每年規(guī)定供暖期為151天。大連市一般工商業(yè)峰谷平時(shí)段劃分及電價(jià)為：谷電時(shí)段22:00-5:00，持續(xù)時(shí)間7小時(shí)，電價(jià)（kWh）0.3495元；峰電時(shí)段7:30-11:30、17:00-21:00，持續(xù)時(shí)間8小時(shí)，電價(jià)（kWh）0.9408元；平電時(shí)段5:00-7:30、11:30-17:00、21:00-22:00，持續(xù)時(shí)間9小時(shí)，電價(jià)（kWh）0.6452元。

3.2 供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 空氣源熱泵+蓄熱式電鍋爐組合系統(tǒng)

由于北方地區(qū)冬季寒冷，室外環(huán)境溫度低，采用傳統(tǒng)的供暖方式會排放大量的污染物，為推動環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展，我國在大力推進(jìn)“煤改電”等清潔供暖技術(shù)，在電供暖技術(shù)中主要有電鍋爐和熱泵兩種形式。

蓄熱式電鍋爐是一種“低谷蓄熱，高溫放熱”的電供熱設(shè)備，將電能直接轉(zhuǎn)化成熱能，每天低谷電價(jià)時(shí)段通電加熱，將較低價(jià)格的電能轉(zhuǎn)化為熱能并存儲，在用電高峰時(shí)段再將儲存的熱量釋放，一般情況下電鍋爐系統(tǒng)的COP僅能達(dá)到0.9左右

空氣源熱泵以電能做功，將原本不能直接利用的低位熱源空氣轉(zhuǎn)化為可以利用的高位熱能，空氣源熱泵的COP一般情況下在3-5左右，在北方極端低溫天氣零下10度以下，此時(shí)普通空氣源熱泵運(yùn)行穩(wěn)定性差，需要設(shè)置其他輔助熱源或采用多能互補(bǔ)的方式，提高用能效率。

從能效比COP上看，系統(tǒng)的COP越高越節(jié)能，實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用更低，空氣源熱泵雖能效比高但由于運(yùn)行不穩(wěn)定、運(yùn)維投入大，僅適用于分散式供熱或小型區(qū)域供熱，為滿足用電高峰時(shí)段負(fù)荷需求，通常結(jié)合電蓄熱鍋爐，充分利用低谷電和蓄熱手段，最大化綜合能效比，以實(shí)現(xiàn)“移峰填谷、節(jié)約電能、減少排放”[1-3]。

3.2.2 設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目采用空氣源熱泵+蓄熱式電鍋爐組合方案進(jìn)行供暖系統(tǒng)的改造，設(shè)計(jì)新建大廈獨(dú)立供暖系統(tǒng)，與原集中供熱管網(wǎng)斷開，供熱末端按原設(shè)計(jì)散熱器不變，基礎(chǔ)供熱系數(shù)取0.6，系統(tǒng)供/回水溫度55℃/40℃（設(shè)計(jì)工況）。白天不開啟電鍋爐，由電功率較低的熱泵提供散熱器采暖用熱水，設(shè)計(jì)出水溫度40℃—55℃之間，帶基礎(chǔ)供熱負(fù)荷，當(dāng)日間熱負(fù)荷需求較高時(shí)（回水溫度低于37℃），電鍋爐蓄熱頂尖峰，蓄熱水箱熱水通過板換向二次網(wǎng)供熱。電鍋爐只在夜間谷電期間運(yùn)行，將水箱水溫從50℃提升至85℃，谷電蓄熱、邊供邊蓄的方式利用谷電的低谷電價(jià)在保證夜間低溫運(yùn)行負(fù)荷的同時(shí)將白天所需頂尖峰的熱量存儲起來。本方案不考慮變壓器增容改造，大廈園區(qū)現(xiàn)有兩臺800kVA變壓器，設(shè)計(jì)用電負(fù)荷不同期、分別接入兩臺變壓器，共同為熱泵機(jī)組和電鍋爐提供工作電源。

（1）方案一

熱泵投運(yùn)提供（7:00-17:00）日間10小時(shí)正常供熱基礎(chǔ)負(fù)荷，14小時(shí)夜間低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)段熱泵停機(jī)；電鍋爐蓄熱提供（17:00-7:00）夜間14小時(shí)低溫運(yùn)行負(fù)荷，提供日間10小時(shí)正常供熱負(fù)荷頂尖峰（投運(yùn)條件：系統(tǒng)回水溫度＜37℃）。

日間正常供熱負(fù)荷45W/m2，供熱面積22000 m2，基礎(chǔ)供熱系數(shù)取0.6，若滿足日間供熱需求，計(jì)算熱泵機(jī)組總制熱功率600kW，取COP3.0，熱泵出力約280匹。

低溫運(yùn)行熱負(fù)荷取20W/m2，供熱面積22000 m2，由于熱泵機(jī)組最大運(yùn)行熱負(fù)荷為27W/m2，在日間熱負(fù)荷需求高的時(shí)候，由電鍋爐水箱蓄熱作為輔助熱源彌補(bǔ)負(fù)荷需求，既能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，又使極端條件下穩(wěn)定供熱具有了可行性，因此日間正常供熱電鍋爐頂尖峰負(fù)荷為18W/m2。按照谷電7小時(shí)蓄熱計(jì)算，電鍋爐總制熱功率約1200kW，谷電時(shí)段啟動加熱（蓄熱投運(yùn)條件：水箱溫度≤80℃；停運(yùn)條件：水箱溫度≥85℃），提供14小時(shí)低溫運(yùn)行基礎(chǔ)負(fù)荷，除日間高熱負(fù)荷需求頂尖峰運(yùn)行外，其他時(shí)段停運(yùn)。設(shè)計(jì)兩臺600kW電鍋爐，一臺提供14小時(shí)低溫運(yùn)行熱負(fù)荷，一臺備用，提供頂尖峰負(fù)荷，配置1個(gè)200m3水箱（有效容積152m3）。同時(shí)兩臺600kW電鍋爐分別接入兩臺變壓器，帶常規(guī)電負(fù)荷變壓器接一臺電鍋爐，備用變壓器接熱泵+電鍋爐。

（2）方案二

熱泵投運(yùn)提供（7:00-17:00）日間10小時(shí)正常供熱負(fù)荷以及（21:00-7:00）的低溫運(yùn)行熱負(fù)荷；峰電時(shí)段（17:00-21:00）熱泵部分或全部停運(yùn)，電鍋爐蓄熱提供該時(shí)段4小時(shí)低溫運(yùn)行熱負(fù)荷。

基礎(chǔ)供熱系數(shù)取0.6，計(jì)算熱泵機(jī)組總制熱功率990kW，日間COP3.0，夜間COP2.0，熱泵出力約670匹。

電鍋爐谷電7小時(shí)蓄熱，（17:00-21:00）電鍋爐蓄熱提供該時(shí)段4小時(shí)低溫運(yùn)行熱負(fù)荷，其他時(shí)段停運(yùn)保溫，因此設(shè)計(jì)1臺250kW電鍋爐，配置1個(gè)60m3水箱。

（3）方案三

熱泵投運(yùn)提供（7:00-17:00）日間10小時(shí)正常供熱基礎(chǔ)負(fù)荷以及（21:00-7:00）的低溫運(yùn)行負(fù)荷；電蓄熱鍋爐提供峰電時(shí)段（7:00-11:00）4小時(shí)正常供熱尖峰負(fù)荷，以及（17:00-21:00）4小時(shí)低溫運(yùn)行負(fù)荷，該時(shí)段熱泵機(jī)組部分或全部停運(yùn)。

基礎(chǔ)供熱系數(shù)取0.6，計(jì)算熱泵機(jī)組總制熱功率600kW，日間COP3.0，夜間COP2.0，熱泵出力約400匹，熱泵機(jī)組最大運(yùn)行熱負(fù)荷為27W/m2，在日間峰電時(shí)段，電鍋爐提供18W/m2的頂尖峰負(fù)荷。

教材的例題與習(xí)題里蘊(yùn)含著思想教育因素，只要努力鉆研，認(rèn)真?zhèn)湔n，就能把這些因素挖掘出來，在課堂教學(xué)中不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行思想教育。如：在教學(xué)簡單的統(tǒng)計(jì)時(shí)，把我國的體育健兒在歷屆夏季奧運(yùn)會獲得獎(jiǎng)牌的數(shù)量設(shè)計(jì)成統(tǒng)計(jì)表，讓學(xué)生通過分析、觀察、比較，體會出奧運(yùn)健兒為國爭光的拼搏奉獻(xiàn)精神，從而樹立學(xué)生崇高的理想。這樣，既加強(qiáng)了數(shù)學(xué)與生活的聯(lián)系，又賦予數(shù)學(xué)教學(xué)中的思想教育以時(shí)代的氣息，學(xué)生容易產(chǎn)生共鳴，有新鮮感。

電鍋爐谷電7小時(shí)蓄熱，提供17:00-21:00四小時(shí)低溫運(yùn)行負(fù)荷以及7:00-11:00四小時(shí)尖峰負(fù)荷，設(shè)計(jì)1臺500kW電鍋爐，配置1個(gè)120m3水箱。

3.3 方案比選

電鍋爐的能效比通常小于1，空氣源熱泵的能效比一般在2—5之間，在相同的熱量需求下，空氣源熱泵比電鍋爐更節(jié)省電能，因此應(yīng)采用空氣源熱泵為主，電鍋爐為輔的運(yùn)行方式。上述三個(gè)方案比較，方案一電鍋爐容量大，能效比低，后續(xù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析中，主要對方案二與方案三進(jìn)行詳細(xì)對比。

3.3.1 投資估算

（1）方案二投資

低溫空氣源熱泵系統(tǒng)包括9臺低溫空氣源熱泵機(jī)組（高溫出水型），2臺循環(huán)水泵，補(bǔ)水箱、自動定壓補(bǔ)水裝置、軟化水處理裝置各1臺，約175萬元；電鍋爐及蓄熱水箱系統(tǒng)包括250kW的加熱系統(tǒng)、60m3的儲能系統(tǒng)、智能一體化電控系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)等各1套，約40萬元，方案二工程預(yù)估造價(jià)215萬元。

（2）方案三投資

低溫空氣源熱泵系統(tǒng)包括6臺低溫空氣源熱泵機(jī)組（高溫出水型），2臺循環(huán)水泵，補(bǔ)水箱、自動定壓補(bǔ)水裝置、軟化水處理裝置各1臺，約130萬元；電鍋爐及蓄熱水箱系統(tǒng)包括500kW的加熱系統(tǒng)、120m3的儲能系統(tǒng)、智能一體化電控系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)等各1套，約70萬元，方案二工程預(yù)估造價(jià)200萬元。

（1）方案二運(yùn)行成本分析

供熱面積：22000m2，年運(yùn)行時(shí)間151日，正常供熱時(shí)供熱負(fù)荷為45W/m2，日運(yùn)行時(shí)間為4h（峰）和6h（平），平均系數(shù)0.6，年耗電量為5.436度/m2和8.154度/m2，電費(fèi)單價(jià)分別為0.94元/度（峰）和0.65元/度（平），水費(fèi)+運(yùn)行管理費(fèi)+維修費(fèi)為0.8元/m2，折算年電費(fèi)為5.11元/m2（峰）和5.3元/m2（平）；低溫運(yùn)行時(shí)供熱負(fù)荷為20W/m2，日運(yùn)行時(shí)間為4h（谷）、7h（谷）和3h（平），平均系數(shù)0.6，年耗電量為6.04度/m2、6.342度/m2和2.718度/m2，電費(fèi)單價(jià)分別為0.35元/度（谷）、0.35元/度（谷）和0.65元/度（平），水費(fèi)+運(yùn)行管理費(fèi)+維修費(fèi)為0.8元/m2，折算年電費(fèi)分別為2.11元/m2（谷）、2.22元/m2（谷）和1.77元/m2（平）。

管網(wǎng)采暖費(fèi)697721元/年，COP：3.0（熱泵，日間）、COP：2.0（熱泵，夜間）、COP：1.0（電鍋爐），折舊期15年，設(shè)備折舊費(fèi)6.52元/m2，年運(yùn)行成本23.83元/m2，年運(yùn)行費(fèi)524260元。

（2）方案三運(yùn)行成本分析

供熱面積：22000m2，年運(yùn)行時(shí)間151日，正常供熱時(shí)供熱負(fù)荷為27W/m2、18W/m2和45W/m2，日運(yùn)行時(shí)間為4h（峰）、4h（谷）和6h（平），平均系數(shù)0.6，年 耗 電 量 為3.26度/m2、5.436度/m2和8.15度/m2，電費(fèi)單價(jià)分別為0.94元/度（峰）、0.35元/度（谷）和0.65元/度（平），水費(fèi)+運(yùn)行管理費(fèi)+維修費(fèi)為0.8元/m2，折算年電費(fèi)分別為3.07元/m2（峰）、1.9元/m2（谷）和5.3元/m2（平）；低溫運(yùn)行時(shí)供熱負(fù)荷為20W/m2，日運(yùn)行時(shí)間為4h（谷）、7h（谷）和3h（平），平均系數(shù)0.6，年耗電量為6.04度/m2、6.34度/m2和2.718度/m2，電費(fèi)單價(jià)分別為0.35元/度（谷）、0.35元/度（谷）和0.65元/度（平），水費(fèi)+運(yùn)行管理費(fèi)+維修費(fèi)為0.8元/m2，折算年電費(fèi)分別為2.11元/m2（谷）、2.22元/m2（谷）和1.77元/m2（平）。

管網(wǎng)采暖費(fèi)697721元/年，COP：3.0（熱泵，日間）、COP：2.0（熱泵，夜間）、COP：1.0（電鍋爐），折舊期15年，設(shè)備折舊費(fèi)6.06元/m2，年運(yùn)行成本23.23元/m2，年運(yùn)行費(fèi)511060元。

方案二在（17:00-21:00）低溫循環(huán)運(yùn)行階段，為放大能效比，節(jié)省電能，采用以夜間（22:00-5:00）工業(yè)低谷電為能量來源的熱泵和電鍋爐蓄熱聯(lián)合運(yùn)行的方式，系統(tǒng)回水溫度40℃，電鍋爐熱水輸出溫度85℃，熱泵先把40℃的水加熱到50℃，升溫10℃，再由電鍋爐把50℃的水加熱到85℃，升溫35℃，夜間熱泵的能效比COP為2，電鍋爐為1，二者加權(quán)綜合能效比COP為1.2。

方案三在（7:00-11:00）日間峰電時(shí)段，由于熱負(fù)荷高，電鍋爐蓄熱參與頂尖峰，同樣采用以夜間工業(yè)低谷電為能量來源的熱泵和電鍋爐蓄熱聯(lián)合運(yùn)行的方式，熱泵把水加熱到45℃后，再由電鍋爐加熱。

方案二初投資高于方案三，且年運(yùn)行成本也較方案三略高，因此本工程最終推薦方案三600kW低溫空氣源熱泵+500kW電鍋爐（配套120m3蓄熱水箱）設(shè)計(jì)新建獨(dú)立清潔供暖系統(tǒng)作為清潔采暖改造方案，這一部分投資約200萬元，年運(yùn)行成本511060元，年節(jié)約采暖費(fèi)186661元，靜態(tài)投資回收期約10.71年，投資收益率約9.33%。

4 新能源汽車充電樁

4.1 建設(shè)方案

大廈園區(qū)內(nèi)現(xiàn)有104個(gè)地面固定停車位，利用率很高，有很好的充電樁建設(shè)條件，駐大廈用戶多數(shù)為固定上班人員，而且白天長時(shí)間停車，因此適合使用常規(guī)交流充電樁。常規(guī)交流充電樁相比可快速充電的直流充電樁具有功率小，系統(tǒng)簡單，對園區(qū)總用電負(fù)荷影響小，對變壓器容量及線路敷設(shè)要求低，自用無需電網(wǎng)公司備案等特點(diǎn)，因此本方案設(shè)計(jì)在園區(qū)安裝3臺交流充電樁。

充電樁的輸入端與交流電網(wǎng)直接連接，輸出端都裝有充電插頭用于為電動汽車充電，用戶可以使用特定的充電卡在充電樁提供的人機(jī)交互操作界面上刷卡使用，進(jìn)行相應(yīng)的充電方式、充電時(shí)間、費(fèi)用數(shù)據(jù)打印等操作，充電樁顯示屏能顯示充電量、費(fèi)用、充電時(shí)間等數(shù)據(jù)。

4.2 經(jīng)濟(jì)分析

大廈園區(qū)建設(shè)3臺交流充電樁并配1套運(yùn)營平臺，考慮電源箱、電纜敷設(shè)、充電樁建設(shè)等費(fèi)用，總投資約為103000元。

目前大連市內(nèi)的商業(yè)電動車充電樁的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是在執(zhí)行正常的工商業(yè)（峰、谷、平）電費(fèi)價(jià)格基礎(chǔ)上，每度電額外收取0.6元的管理費(fèi)用。園區(qū)內(nèi)新建充電樁收費(fèi)可給予適當(dāng)優(yōu)惠，若按每度電收取0.5元的管理費(fèi)考慮，充電樁利用率按15%計(jì)算，則每年總的充電量為27594kWh，年收益13797元，總投資103000元，需要7.47年收回成本，投資收益率約13.4%。

綜上，清潔低碳能源是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的主攻方向，城市樓宇型智慧能源改造方案在各領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的支持下，日漸成熟，已成為綜合智慧能源的一個(gè)重要發(fā)展方向。本方案結(jié)合用能需求，因地制宜的設(shè)計(jì)了屋頂分布式光伏、空氣源熱泵與蓄熱式電鍋爐聯(lián)動供熱、新能源汽車充電樁的多能一體化解決方案，主要得出以下主要結(jié)論。

（1）北方某大廈綜合智慧能源項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)建設(shè)131.04kW分布式光伏電站、6臺總制熱功率600kW的低溫空氣源熱泵，500kW/120m3的谷電蓄熱供暖工程以及3臺交流充電樁。

（2）采用空氣源熱泵與電蓄熱鍋爐聯(lián)合運(yùn)行供熱的清潔技術(shù)方案，提高熱工系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低電能成本，大幅減少碳排放，且該聯(lián)動供熱系統(tǒng)在供熱季節(jié)運(yùn)行安全穩(wěn)定，使極端環(huán)境條件下穩(wěn)定供熱具有了可能性。

（3）該項(xiàng)目總投資約327.3萬元，年收益約27.47萬元，投資收益率達(dá)8.39%。全投資內(nèi)部收益率為12.79%，靜態(tài)投資回收期約6.84年。該方案針對同類型辦公樓宇，乃至工業(yè)、商業(yè)園區(qū)場景中的復(fù)制、推廣前景廣闊，并且有良好的經(jīng)濟(jì)和社會價(jià)值。