華晨寶馬新世代工廠零碳供熱方案探析

鄒 崴， 劉 佳， 耿金雨

（沈陽中燃分布式能源有限公司， 遼寧 沈陽 110000）

1 項目建設(shè)地周邊可利用資源分布情況及寶馬需求情況

為實現(xiàn)華晨寶馬要求2025 年之前廠區(qū)供熱供冷系統(tǒng)溫室氣體零排放目標，結(jié)合本地區(qū)資源稟賦，充分挖掘周邊清潔能源資源，結(jié)合清潔能源高效利用技術(shù)（地熱梯級利用技術(shù)、熱泵技術(shù)、固體電蓄熱技術(shù)等），為華晨寶馬鐵西廠區(qū)提供清潔、綠色、環(huán)保的熱（冷）源供給。具體見表1。

表1 擬采用技術(shù)技術(shù)方案及調(diào)查結(jié)果

2 能源分類稟賦及熱負荷分配

2.1 供能形式

項目能源方式設(shè)計采用“電蓄熱鍋爐調(diào)峰+復(fù)合式再生水源熱泵供熱供冷系統(tǒng)+電蓄熱鍋爐調(diào)峰+中深層地熱資源補充”的。其中再生水源熱泵系統(tǒng)提供廠區(qū)50%的基礎(chǔ)熱負荷，負責把回水溫度從40 ℃加熱到55 ℃；電蓄熱鍋爐串聯(lián)運行，負責將水溫從55 ℃加熱到80 ℃，負擔45%的調(diào)峰熱負荷，在嚴寒期采用深層地熱水進行混水補充，預(yù)計負擔5%的熱負荷。具體見圖1。夏季采用電蓄熱機組蓄熱供熱，熱泵機組供冷的運行模式。

圖1 不同供暖形式熱負荷分配

2.2 系統(tǒng)形式

本方案再生水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計為間接換熱的形式：在南側(cè)污水處理廠下游建設(shè)再生水提升泵站處建設(shè)能源中心機房，從排水口取再生水經(jīng)再生水換熱系統(tǒng)換熱后再退回到原有排水系統(tǒng)；換熱后的循環(huán)水經(jīng)管線輸送至能源中心機房水源熱泵機組；熱泵機組所制取的熱水（或冷凍水）再經(jīng)管線輸送至寶馬動力總成工廠換熱站。

2.3 能源中心機房

按滿足項目總熱負荷需求進行詳細設(shè)計，為后期項目擴建預(yù)留設(shè)備位置及管線接口；再生水換熱系統(tǒng)按污水處理廠日污水處理量12 萬t/d 的換熱量進行設(shè)計；污水源熱泵機組設(shè)計供熱能力12 MW。

2.4 主干管線

能源中心機房至寶馬廠區(qū)換熱站供熱供冷主干管線，按蓄熱放熱能力10 MW 設(shè)計，并設(shè)計2 MW 混水裝置。

3 系統(tǒng)組成

本方案規(guī)劃設(shè)計一個獨立的能源中心機房及電蓄熱鍋爐房。能源中心機房內(nèi)主要包括再生水調(diào)蓄水池及取退水系統(tǒng)、再生水換熱系統(tǒng)及再生水源熱泵供熱（冷）系統(tǒng)；電蓄熱鍋爐房內(nèi)為電蓄熱鍋爐調(diào)峰供熱系統(tǒng)。

3.1 再生水調(diào)蓄水池及取退水系統(tǒng)

再生水擬從現(xiàn)狀再生水提升泵站內(nèi)調(diào)蓄水池取水，經(jīng)提升泵輸送到再生水換熱系統(tǒng)，經(jīng)換熱后的再生水再退回到原排水系統(tǒng)。再生水換熱系統(tǒng)主要包括自清洗過濾器、板式換熱器、再生水提升泵、換熱循環(huán)泵等主要設(shè)備及附件。

為保障系統(tǒng)運行的安全性，在再生水進入換熱器前，設(shè)置自動反沖洗過濾器，換熱器配備自動清洗裝置，以解決再生水中所含雜質(zhì)、懸浮物對換熱器可能造成的堵塞、附著、結(jié)垢等影響換熱器的正常使用的問題，以提高換熱器的換熱效率。

3.2 固體電蓄熱系統(tǒng)

對比其它儲熱方式，固體儲熱單位具有體積儲熱密度大，占地面積小等特點；固體介質(zhì)無壓儲熱，安全可靠，對安裝場地沒有特殊要求和限制；運行無需耗材，故障率極低，日常維護量極小，儲熱體有效壽命可以達到20 年以上；設(shè)備自動運行，人工管理成本極低。

3.3 換熱系統(tǒng)

因為再生水水質(zhì)滿足A 排水，再生水水質(zhì)對板換的影響主要有三種：腐蝕、結(jié)垢及堵塞、微生物沉積生長，板換材質(zhì)需滿足水質(zhì)要求，以確保系統(tǒng)運行安全可靠。

根據(jù)已了解的水質(zhì)情況及相關(guān)工程經(jīng)驗，一級排放水中氯根和硫酸根含量較少，對于不銹鋼材料不構(gòu)成腐蝕威脅，因此本項目初步選擇性價比高的板換板材不銹鋼316。

板式換熱器設(shè)有反沖洗管路，定時切換水流進入板換的方向，進行板換的自動反沖洗；采用板式換熱器在線清洗系統(tǒng)，定期對板換進行在線自清洗，該系統(tǒng)短時間內(nèi)可恢復(fù)板換換熱效率90%，可保證換熱器持續(xù)的高換熱效果。

3.4 循環(huán)水泵組

再生水提升泵、換熱循環(huán)泵與板式換熱器為一一對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)板換開啟的臺數(shù)，對應(yīng)開啟提升泵及換熱循環(huán)泵臺數(shù)。在冬季再生水溫較高的情況下，或夏季中出現(xiàn)的再生水溫度較低的情況下，可酌情減少兩側(cè)水泵的開啟數(shù)量以降低水泵電費。

3.5 供熱管網(wǎng)

機房間現(xiàn)有道路下均設(shè)有管廊，部分管廊內(nèi)有熱力倉，部分管廊內(nèi)無熱力艙。本工程熱水管網(wǎng)擬采用設(shè)計供/回水溫度為78 ℃/42 ℃，供水管道采用自然補償方式進行敷設(shè)，回水管道采用無補償方式進行敷設(shè)。

3.6 熱泵混水系統(tǒng)

考慮現(xiàn)有8 口水源熱泵井及2 口中深層地熱井，目前工作正常，通過在現(xiàn)有機房增設(shè)循環(huán)泵改造的方式，將井地熱水送至能源中心一側(cè)進行混水運行，現(xiàn)有其它設(shè)備不變。

3.7 智慧能源管理系統(tǒng)

清潔智慧能源管理系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的管控一體化平臺，獲取了從一次能源、換熱站、管網(wǎng)、能源中心機房到末端用戶的整個供熱/冷系統(tǒng)的全景信息。建立能源數(shù)據(jù)云平臺。

基于云平臺，可以實現(xiàn)能源管理、協(xié)調(diào)優(yōu)化、交易結(jié)算、社會服務(wù)；實現(xiàn)供熱/冷系統(tǒng)的整體節(jié)能優(yōu)化；提高供熱/冷系統(tǒng)的管理水平。

4 結(jié)論

本工程設(shè)備多，運行工況復(fù)雜，參數(shù)提取及整理難度大。而且設(shè)備安裝在相距較遠的機房內(nèi)，必須采用集中控制系統(tǒng)，與能源中心機房系統(tǒng)進行聯(lián)動，根據(jù)使用情況的變化進行實時調(diào)整，減少站房系統(tǒng)的輸出，降低能耗。

如果將污水源換熱機組設(shè)置在污水處理廠下游，取消調(diào)水池及取退水系統(tǒng)，系統(tǒng)效率會下降，整體投資也會大大下降，同時減少寶馬環(huán)保壓力。但是污水源熱泵機組所采用的電能不是綠電，需要在污水源熱泵機房配建3 MW 綠電設(shè)施。采用直接連接的方式進行換熱，熱力系統(tǒng)整體熱效率會提高至少2%。