無錫（太湖）國際科技園可再生能源區域供冷供熱一期工程節能改造項目

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一、案例名稱

無錫（太湖）國際科技園可再生能源區域供冷供熱一期工程節能改造項目

二、案例業主

該項目一期工程共有兩個區域能源站G站和B站。G站位于東南大學科技園內，為530大廈、博覽園、立業樓、圖書館等建筑供能，業主為無錫留學人員創業園發展有限公司、無錫高新科技創業發展有限公司和無錫感知博覽園投資開發有限公司。B站位于和風路以北科研北路以南，為無錫新區科技交流中心、無錫新區科技商務中心、新區展示中心等建筑供能，業主為無錫新區管理服務中心和無錫新城雅尚酒店管理有限公司。項目改造前，夏季主要利用冷水機組供冷，冬季利用電鍋爐供暖。

三、案例內容

1．技術原理及適用領域

（1）水源熱泵技術。

水源熱泵技術是利用地球表面淺層水源如污水、地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。

地球表面淺層水源如地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太陽進入地球的相當的輻射能量，并且水源的溫度一般都十分穩定。水源熱泵機組工作原理在夏季制冷時將建筑物的熱量轉移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量。熱泵從這些熱源吸收的熱量屬于可再生的能源，而且擁有較高的能量利用率。

不同熱量提供方式的能量利用率

該項目采用污水源熱泵技術，污水源熱泵系統具有如下特點：

①系統的穩定性。

城市污水作為一種低溫熱源，具有一年四季水量相對穩定、水溫變化較小、熱能儲存量大，易于通過市政管網收集的特點，適宜作為水源熱泵的低位熱源。污水源熱泵是城市污水資源化熱能利用的主要方向。污水排熱量穩定，目前我國各大中城市污水排熱量約占可利用排熱量的10%～16%。隨著居民生活水平提高，用水定額和用水標準的提高，特別是生活熱水供應的普及，城市污水排熱量均會有一個較大的增加。

②系統的節能效果。采用城市污水熱能利用系統，可以代替一部分高位能源的使用，提高城市能量的有效利用；據國外資料介紹，以處理水（中水）為熱源時，可節能40%～44%；以未處理水（原生態污水）為熱源時，可節能30%。

③對城市經濟效果。

采用城市污水熱能利用系統，可以將熱源設備按區域加以設置，從而減輕集中鍋爐供熱的壓力，減少設備和區域管網的投資費用。同時，污水熱能可以回收污水處理的部分費用，降低污水處理成本。

④對城市環保效果。

采用城市污水熱能利用系統，可以減少煤炭等的消耗，從而相應降低CO2、NOx、SOx及粉塵的排放量。據有關資料介紹，采用水源熱泵，CO2的排放量可減少40%～51%，NOx的排放量可減少36%～49%。此外，采用水源熱泵無需空冷冷凝器或冷卻塔，有效地降低了城市的熱污染。

（2）水蓄冷技術。

近幾年，國內蓄冷技術得到了迅猛發展，100多個水蓄冷和冰蓄冷空調工程投入了使用，對改善和緩解電力供需矛盾，平抑電網峰谷差起到了積極作用，取得了很好的社會效益和經濟效益，備受業內人士和電力公司的矚目。

蓄能空調分為水蓄能和冰蓄能兩種。水蓄能空調主機蓄能時效率較高，蓄能水池初投資較少，但水蓄能系統的能量密度較少，需要體積龐大的蓄能水池。冰蓄能空調系統主機蓄能時效率較低，初投資較大，但冰蓄能系統能量密度較高，所需空間較少。

經過經濟技術綜合對比分析，結合該公司多年的項目施工經驗，工程擬采用水蓄能空調系統，采用部分蓄能形式。

水蓄冷是空調蓄冷的重要方式之一，利用水的顯熱儲存冷量。水蓄冷中央空調系統是用水為介質，將夜間電網多余的谷段電力（低電價時）與水的顯熱相結合來蓄冷，以低溫冷凍水形式儲存冷量，并在用電高峰時段（高電價時）使用儲存的低溫冷凍水來作為冷源的空調系統。

冷量儲存的類型有溫度分層型、多水池型、隔膜型或迷宮與多水池折流型等。實踐證明，相對其他類型，溫度分層型（垂直流向型）最簡單有效。

溫度分層型水蓄冷是利用水在不同溫度時密度不同這一物理特性，依靠密度差使溫水和冷水之間保持分隔，避免冷水和溫水混合造成冷量損失。

水在4℃左右時的密度最大，隨著水溫的升高密度逐漸減小，利用水的這一物理特性，使溫度低的水儲存于池的下部，溫度高的水位于儲存于池的上部。

設計良好的溫度分層型水蓄冷池在上部溫水區與下部冷水區之間形成一個熱質交換層。一個穩定而厚度小的熱質交換層是提高蓄冷效率的關鍵。為了在蓄水池內垂直方向的橫斷面上，使水流以重力流或活塞流平穩地在整個斷面上均勻地流動并平穩地導入池內（或由池內引出），在上部溫水區與下部冷水區之間形成并保持一個有效的、厚度盡可能小的熱質交換層，關鍵是在蓄水池內的上下部設置相同散水器，以確保水流在進入蓄水池時滿足佛雷得（Frande）系數，使得水流均勻分配且擾動最小地進入蓄冷池。散水器的設計及施工是溫度分層型水蓄冷的關鍵技術。

2．節能改造具體內容

該項目淘汰冷水機組和電鍋爐，新增水源熱泵主機，并建設蓄能水池，利用附近太湖新城污水處理廠排放的中水作為系統的冷熱源，利用水源熱泵技術和水蓄能技術為末端用戶夏季供冷、冬季供熱。3．項目實施情況

該項目規劃總建筑面積約400萬平方米，其中包括B地塊109.1萬平方米、C地塊（部分）50.7萬平方米、F地塊147.1萬平方米、G地塊79.9萬平方米，從能源規劃及運行管理的角度出發，利用水源熱泵，并結合蓄冷/蓄熱技術實現區域供冷供熱。

截至2009年底，該項目已經完成初期籌備工作。2010年率先開工建設太科園G區能源站，G區能源站已于6月具備供能條件，形成首期約30萬平方米供能能力。2012年完成B、G區能源站一期的建設，2013年實現供能面積約50萬平方米。2014年計劃完成C區能源站一期的建設并實現約20萬平方米的供能面積。

四、項目年節能量及節能效益

1．年節能量

（1）改造后系統（設備）用能情況及主要參數。

項目使用能源都為電能，具體設備參數如下：

B區主機運行參數：

①離心式水源熱泵上游機（1臺）。

夏季制冷工況參數：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發器側進出水溫度：13℃/5℃；

制冷量：7825 kW　輸入功率：1374 kW。夏季蓄冷工況參數：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發器側進出水溫度：12℃/4℃；

制冷量：7421 kW　輸入功率：1327 kW。

冬季制熱參數：

蒸發器側進出口溫度：12℃/4℃；

冷凝器側進出水溫度：26℃/33℃；

制熱量：9168 kW　輸入功率：1344 kW。

②離心式水源熱泵下游機（1臺）。

夏季制冷工況參數：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發器側進出水溫度：13℃/5℃；

制冷量：5932 kW　輸入功率：1001 kW。

夏季蓄冷工況參數：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發器側進出水溫度：12℃/4℃；

制冷量：5537.5 kW　輸入功率：953.3 kW。

冬季制熱參數：

蒸發器側進出口溫度：33℃/26℃；

冷凝器側進出水溫度：40℃/50℃；

制熱量：10585 kW　輸入功率：1368 kW。

冬季蓄熱參數：

蒸發器側進出口溫度：33℃/26℃；

冷凝器側進出水溫度：45℃/57℃；

制熱量：10080 kW　輸入功率：1497 kW。

③離心式水源熱泵（6臺）。夏季制冷工況參數：

冷凝器側進出口溫度：28℃/35℃；

蒸發器側進出水溫度：13℃/5℃；

制冷量：6000 kW　輸入功率：1200 kW。

冬季制熱參數：

蒸發器側進出口溫度：12℃/4℃；

冷凝器側進出水溫度：40℃/45℃；

制熱量：6370 kW　輸入功率：1300 kW。

G區主機運行參數和選擇：①離心式水源熱泵。

夏季供冷工況參數：

蒸發器側進出口溫度：13℃/5℃；

冷凝器側進出水溫度：28℃/36℃；

制冷量：6000 kW　輸入功率：1200kW。

冬季制熱工況：

蒸發器側進出口溫度：13℃/5℃；

冷凝器側進出水溫度：45℃/40℃；

制冷量：6370 kW　輸入功率：1309 kW。

②離心式水源熱泵上游機。

夏季供冷工況參數：

蒸發器側進出口溫度：9℃/5℃；

冷凝器側進出水溫度：28℃/32℃；

制冷量：5900 kW　輸入功率：1220kW。

夏季蓄冷工況參數：

蒸發器側進出口溫度：7℃/3℃；

冷凝器側進出水溫度：28℃/32℃；

制冷量：5550 kW　輸入功率：1140 kW。冬季供熱工況：

蒸發器側進出口溫度：13℃/9℃；

冷凝器側進出水溫度：48℃/44℃；

制冷量：7056 kW　輸入功率：1436 kW。

③離心式水源熱泵下游機。

夏季供冷工況參數：

蒸發器側進出口溫度：13℃/9℃；

冷凝器側進出水溫度：32℃/36℃；

制冷量：6000 kW　輸入功率：1200kW。

夏季蓄冷工況參數：

蒸發器側進出口溫度：11℃/7℃；

冷凝器側進出水溫度：32℃/36℃；

制冷量：5550 kW　輸入功率：1140 kW。

冬季供熱工況：

蒸發器側進出口溫度：9℃/5℃；

冷凝器側進出水溫度：44℃/40℃；

制冷量：6370 kW　輸入功率：1309 kW。

（2）節能量計算方法。

將新能源空調系統（水源熱泵）的年耗電量與傳統空調系統（冷水機組+電鍋爐）的年耗電量比較。

（3）項目年節能量。

該項目一期工程總冷負荷51.6MW，總熱負荷為34.9MW。夏季每日8小時計，運行天數為165天；冬季每日運行8小時，運行天數為105天。夏季供冷系統能效比為4.5，冬季供熱系統能效比為4.0。傳統空調供熱系統制熱效率為0.9，供冷系統制冷效率為3.0。

采用新能源系統的年耗電量W1為：

W1=（ ）×1000=2.2465×107kW·h

采用傳統能源系統的年耗電量W2為：

W2=（ ）×1000=5.5277×107kW·h

年節電量△W為：

△W年=5.5277×107-2.2465×107=3.28×107kW·h

從上面的分析計算可知，采用新能源系統后，每年可節電3.28×107kW·h。

新能源系統比傳統能源系統年均節電量可達3.28×107kW·h。我國目前運行的發電廠平均發電1kW·h需要標準煤330克，因此折合成標準煤為3.28×107×330=1.08萬噸。

2．年節能效益

新能源空調系統按照平均電價0.55元/千瓦時運行（含低谷電），傳統空調系統按照商業電價1.0元/千瓦時運行。

采用新能源系統的年耗電量W1=2.2465×107kW·h；

則F1=2.2465×107×0.55=1236萬元。

采用傳統能源系統的年耗電量W2=5.5277×107kW·h；

則F2=5.5277×107×1.0=5528萬元。

年節能效益△F年為：

△F年=5528-1236=4292萬元。

五、商業模式

該項目商業模式采用能源費用托管型，由節能服務公司提供資金、技術及運營管理服務，通過向業主收取能源費用的方式來收回投資并獲得合理利潤。同時該項目通過提高能源效率、降低能源費用獲益，為業主減少能源方面的支出。

六、融資渠道

該項目總投資21412.86萬元，為節能服務公司自有資金。