无锡（太湖）国际科技园可再生能源区域供冷供热一期工程节能改造项目

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一、案例名称

无锡（太湖）国际科技园可再生能源区域供冷供热一期工程节能改造项目

二、案例业主

该项目一期工程共有两个区域能源站G站和B站。G站位于东南大学科技园内，为530大厦、博览园、立业楼、图书馆等建筑供能，业主为无锡留学人员创业园发展有限公司、无锡高新科技创业发展有限公司和无锡感知博览园投资开发有限公司。B站位于和风路以北科研北路以南，为无锡新区科技交流中心、无锡新区科技商务中心、新区展示中心等建筑供能，业主为无锡新区管理服务中心和无锡新城雅尚酒店管理有限公司。项目改造前，夏季主要利用冷水机组供冷，冬季利用电锅炉供暖。

三、案例内容

1．技术原理及适用领域

（1）水源热泵技术。

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如污水、地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。

地球表面浅层水源如地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机组工作原理在夏季制冷时将建筑物的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量。热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源，而且拥有较高的能量利用率。

不同热量提供方式的能量利用率

该项目采用污水源热泵技术，污水源热泵系统具有如下特点：

①系统的稳定性。

城市污水作为一种低温热源，具有一年四季水量相对稳定、水温变化较小、热能储存量大，易于通过市政管网收集的特点，适宜作为水源热泵的低位热源。污水源热泵是城市污水资源化热能利用的主要方向。污水排热量稳定，目前我国各大中城市污水排热量约占可利用排热量的10%～16%。随着居民生活水平提高，用水定额和用水标准的提高，特别是生活热水供应的普及，城市污水排热量均会有一个较大的增加。

②系统的节能效果。采用城市污水热能利用系统，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；据国外资料介绍，以处理水（中水）为热源时，可节能40%～44%；以未处理水（原生态污水）为热源时，可节能30%。

③对城市经济效果。

采用城市污水热能利用系统，可以将热源设备按区域加以设置，从而减轻集中锅炉供热的压力，减少设备和区域管网的投资费用。同时，污水热能可以回收污水处理的部分费用，降低污水处理成本。

④对城市环保效果。

采用城市污水热能利用系统，可以减少煤炭等的消耗，从而相应降低CO2、NOx、SOx及粉尘的排放量。据有关资料介绍，采用水源热泵，CO2的排放量可减少40%～51%，NOx的排放量可减少36%～49%。此外，采用水源热泵无需空冷冷凝器或冷却塔，有效地降低了城市的热污染。

（2）水蓄冷技术。

近几年，国内蓄冷技术得到了迅猛发展，100多个水蓄冷和冰蓄冷空调工程投入了使用，对改善和缓解电力供需矛盾，平抑电网峰谷差起到了积极作用，取得了很好的社会效益和经济效益，备受业内人士和电力公司的瞩目。

蓄能空调分为水蓄能和冰蓄能两种。水蓄能空调主机蓄能时效率较高，蓄能水池初投资较少，但水蓄能系统的能量密度较少，需要体积庞大的蓄能水池。冰蓄能空调系统主机蓄能时效率较低，初投资较大，但冰蓄能系统能量密度较高，所需空间较少。

经过经济技术综合对比分析，结合该公司多年的项目施工经验，工程拟采用水蓄能空调系统，采用部分蓄能形式。

水蓄冷是空调蓄冷的重要方式之一，利用水的显热储存冷量。水蓄冷中央空调系统是用水为介质，将夜间电网多余的谷段电力（低电价时）与水的显热相结合来蓄冷，以低温冷冻水形式储存冷量，并在用电高峰时段（高电价时）使用储存的低温冷冻水来作为冷源的空调系统。

冷量储存的类型有温度分层型、多水池型、隔膜型或迷宫与多水池折流型等。实践证明，相对其他类型，温度分层型（垂直流向型）最简单有效。

温度分层型水蓄冷是利用水在不同温度时密度不同这一物理特性，依靠密度差使温水和冷水之间保持分隔，避免冷水和温水混合造成冷量损失。

水在4℃左右时的密度最大，随着水温的升高密度逐渐减小，利用水的这一物理特性，使温度低的水储存于池的下部，温度高的水位于储存于池的上部。

设计良好的温度分层型水蓄冷池在上部温水区与下部冷水区之间形成一个热质交换层。一个稳定而厚度小的热质交换层是提高蓄冷效率的关键。为了在蓄水池内垂直方向的横断面上，使水流以重力流或活塞流平稳地在整个断面上均匀地流动并平稳地导入池内（或由池内引出），在上部温水区与下部冷水区之间形成并保持一个有效的、厚度尽可能小的热质交换层，关键是在蓄水池内的上下部设置相同散水器，以确保水流在进入蓄水池时满足佛雷得（Frande）系数，使得水流均匀分配且扰动最小地进入蓄冷池。散水器的设计及施工是温度分层型水蓄冷的关键技术。

2．节能改造具体内容

该项目淘汰冷水机组和电锅炉，新增水源热泵主机，并建设蓄能水池，利用附近太湖新城污水处理厂排放的中水作为系统的冷热源，利用水源热泵技术和水蓄能技术为末端用户夏季供冷、冬季供热。3．项目实施情况

该项目规划总建筑面积约400万平方米，其中包括B地块109.1万平方米、C地块（部分）50.7万平方米、F地块147.1万平方米、G地块79.9万平方米，从能源规划及运行管理的角度出发，利用水源热泵，并结合蓄冷/蓄热技术实现区域供冷供热。

截至2009年底，该项目已经完成初期筹备工作。2010年率先开工建设太科园G区能源站，G区能源站已于6月具备供能条件，形成首期约30万平方米供能能力。2012年完成B、G区能源站一期的建设，2013年实现供能面积约50万平方米。2014年计划完成C区能源站一期的建设并实现约20万平方米的供能面积。

四、项目年节能量及节能效益

1．年节能量

（1）改造后系统（设备）用能情况及主要参数。

项目使用能源都为电能，具体设备参数如下：

B区主机运行参数：

①离心式水源热泵上游机（1台）。

夏季制冷工况参数：

冷凝器侧进出口温度：28℃/35℃；

蒸发器侧进出水温度：13℃/5℃；

制冷量：7825 kW　输入功率：1374 kW。夏季蓄冷工况参数：

冷凝器侧进出口温度：28℃/35℃；

蒸发器侧进出水温度：12℃/4℃；

制冷量：7421 kW　输入功率：1327 kW。

冬季制热参数：

蒸发器侧进出口温度：12℃/4℃；

冷凝器侧进出水温度：26℃/33℃；

制热量：9168 kW　输入功率：1344 kW。

②离心式水源热泵下游机（1台）。

夏季制冷工况参数：

冷凝器侧进出口温度：28℃/35℃；

蒸发器侧进出水温度：13℃/5℃；

制冷量：5932 kW　输入功率：1001 kW。

夏季蓄冷工况参数：

冷凝器侧进出口温度：28℃/35℃；

蒸发器侧进出水温度：12℃/4℃；

制冷量：5537.5 kW　输入功率：953.3 kW。

冬季制热参数：

蒸发器侧进出口温度：33℃/26℃；

冷凝器侧进出水温度：40℃/50℃；

制热量：10585 kW　输入功率：1368 kW。

冬季蓄热参数：

蒸发器侧进出口温度：33℃/26℃；

冷凝器侧进出水温度：45℃/57℃；

制热量：10080 kW　输入功率：1497 kW。

③离心式水源热泵（6台）。夏季制冷工况参数：

冷凝器侧进出口温度：28℃/35℃；

蒸发器侧进出水温度：13℃/5℃；

制冷量：6000 kW　输入功率：1200 kW。

冬季制热参数：

蒸发器侧进出口温度：12℃/4℃；

冷凝器侧进出水温度：40℃/45℃；

制热量：6370 kW　输入功率：1300 kW。

G区主机运行参数和选择：①离心式水源热泵。

夏季供冷工况参数：

蒸发器侧进出口温度：13℃/5℃；

冷凝器侧进出水温度：28℃/36℃；

制冷量：6000 kW　输入功率：1200kW。

冬季制热工况：

蒸发器侧进出口温度：13℃/5℃；

冷凝器侧进出水温度：45℃/40℃；

制冷量：6370 kW　输入功率：1309 kW。

②离心式水源热泵上游机。

夏季供冷工况参数：

蒸发器侧进出口温度：9℃/5℃；

冷凝器侧进出水温度：28℃/32℃；

制冷量：5900 kW　输入功率：1220kW。

夏季蓄冷工况参数：

蒸发器侧进出口温度：7℃/3℃；

冷凝器侧进出水温度：28℃/32℃；

制冷量：5550 kW　输入功率：1140 kW。冬季供热工况：

蒸发器侧进出口温度：13℃/9℃；

冷凝器侧进出水温度：48℃/44℃；

制冷量：7056 kW　输入功率：1436 kW。

③离心式水源热泵下游机。

夏季供冷工况参数：

蒸发器侧进出口温度：13℃/9℃；

冷凝器侧进出水温度：32℃/36℃；

制冷量：6000 kW　输入功率：1200kW。

夏季蓄冷工况参数：

蒸发器侧进出口温度：11℃/7℃；

冷凝器侧进出水温度：32℃/36℃；

制冷量：5550 kW　输入功率：1140 kW。

冬季供热工况：

蒸发器侧进出口温度：9℃/5℃；

冷凝器侧进出水温度：44℃/40℃；

制冷量：6370 kW　输入功率：1309 kW。

（2）节能量计算方法。

将新能源空调系统（水源热泵）的年耗电量与传统空调系统（冷水机组+电锅炉）的年耗电量比较。

（3）项目年节能量。

该项目一期工程总冷负荷51.6MW，总热负荷为34.9MW。夏季每日8小时计，运行天数为165天；冬季每日运行8小时，运行天数为105天。夏季供冷系统能效比为4.5，冬季供热系统能效比为4.0。传统空调供热系统制热效率为0.9，供冷系统制冷效率为3.0。

采用新能源系统的年耗电量W1为：

W1=（ ）×1000=2.2465×107kW·h

采用传统能源系统的年耗电量W2为：

W2=（ ）×1000=5.5277×107kW·h

年节电量△W为：

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

从上面的分析计算可知，采用新能源系统后，每年可节电3.28×107kW·h。

新能源系统比传统能源系统年均节电量可达3.28×107kW·h。我国目前运行的发电厂平均发电1kW·h需要标准煤330克，因此折合成标准煤为3.28×107×330=1.08万吨。

2．年节能效益

新能源空调系统按照平均电价0.55元/千瓦时运行（含低谷电），传统空调系统按照商业电价1.0元/千瓦时运行。

采用新能源系统的年耗电量W1=2.2465×107kW·h；

则F1=2.2465×107×0.55=1236万元。

采用传统能源系统的年耗电量W2=5.5277×107kW·h；

则F2=5.5277×107×1.0=5528万元。

年节能效益△F年为：

△F年=5528-1236=4292万元。

五、商业模式

该项目商业模式采用能源费用托管型，由节能服务公司提供资金、技术及运营管理服务，通过向业主收取能源费用的方式来收回投资并获得合理利润。同时该项目通过提高能源效率、降低能源费用获益，为业主减少能源方面的支出。

六、融资渠道

该项目总投资21412.86万元，为节能服务公司自有资金。