1205大秦骊宫温泉度假村项目综合能源解决方案.docx
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1205大秦骊宫温泉度假村项目综合能源解决方案
大秦骊宫温泉度假村综合能源供应项目
技术解决方案
2018年12月5日
第一部分方案综述
1项目概况
大秦骊宫温泉度假村是西安市和临潼区重点建设项目。
该项目由祥泰房地产开发有限公司开发建设,总投资约20亿元,位于西安市临潼区秦唐大道以南,西邻千古温泉传奇华清池,北邻秦始皇帝陵,向东5公里为世界八大奇迹之一的秦始皇兵马俑,南靠骊山国家森林公园。
自然环境得天独厚,地理位置十分优越。
秉承生态与环保、人文与绿色的设计和开发理念,项目一期拟建筑面积26万平,包含商业街、星级温泉酒店、高端独栋客房、室内外温泉、儿童游乐等五大业态,旨在打造集度假、美食、娱乐、购物、养生的一站式休闲娱乐体验中心和旅游度假基地,整个项目的建成将为临潼注入全新的城市品牌和生活方式,有望成为西安乃至西北地区的旅游度假新名片。
本项目依据周边区域用地规划和用能负荷,合理配置综合供能的规模,统筹考虑区域内供能发展,最终形成具备能效高、清洁环保、安全性好、削峰填谷、经济效益好的分布式能源供应系统,其中以屋顶光伏、CHP(燃气冷热电联供系统)发电相组合方式供应区域电负荷,以深层及浅层地热资源承担基础热负荷,CHP机组烟气余热补充热源、采用冷凝全热回收燃气热水锅炉承担尖峰热负荷或备用负荷、冷负荷由热泵机组及CHP机组烟气余热溴化锂机组供应、不足部分由冷水机组供应或调峰。
本方案充分利用光伏发电和CHP冷热电联供低电价,降低综合能源站运行成本,同时进行多元、健康、高效耦合联供供能系统。
实现设备集约、功能集约、土地集约、能源集约等优势
该新型多元联合的分布式能源供应系统,实现科学用能和能源梯级利用,能源综合利用效率达到70~90%,节能率达到20%~40%。
是在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式,符合节能环保和建设节约型社会要求。
同时也是解决我国能源与环境问题、大力推进节能减排和科学用能的重要技术途径,是构建未来新一代能源系统的关键技术。
2项目建设目标分析
本项目以建设区域性的分布式能源站为主导、辅以多种清洁能源供应,实现多种能源综合供应思路。
区域性的集中供能项目总建设规模需满足区域内供电、供热、供冷等多种需求。
预估总建设分布式的热源中心1座,分布式热源中心主要包括天然气热电CHP系统、中深层地热资源热泵系统、浅层地源热泵系统、带全热回收冷凝式燃气热水锅炉系统、高效冷水机组系统、屋顶光伏发电系统等。
3技术方案编制主要依据
3.1法律法规依据
1)《中华人民共和国可再生能源法》(2006年1月1日)
2)《中国人民共和国节约能源法》(2008年4月1日)
3)《中国人民共和国土地管理法》(2004年8月28日)
4)《中国人民共和国城乡规划法》(2008年1月1日)
5)《中国人民共和国防洪法》(2015年4月24日)
3.2政策依据
1)《国务院办公厅关于印发能源发展战略行动计划(2014年~2020年)的通知》(国办发【2014】31号);
2)《国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部关于促进地热能开发利用的指导意见》(2013年1月10日);
3)《国家发展改革委、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部关于发展天然气分布式能源的指导意见》(发改能源【2011】2196号);
4)《国家发展改革委、国家能源局、住房和城乡建设部关于印发天然气分布式能源示范项目实施细则的通知》(发改能源【2014】2382号);
5)《国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》(发改能源【2016】392号);
6)《财政部、住房和城乡建设部关于进一步推进可再生能源建筑应用的通知》(财建【2011】61号);
7)《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》(国发【2013】37号文)。
3.3业主提供的XXX用地图部分
1)《XXX总体规划》。
2)《XXX控制性详细规划》。
3.4主要采用的规范、标准部分
1)《锅炉安全技术监察规程》(TSGG0001-2012);
2)《热水锅炉参数系列》(GB/T3166-2004);
3)《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003);
4)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005);
5)《燃气冷热电三联供工程技术规程》CJJ145-2010;
6)《地热能资源评价方法》DZ40-85;
7)《地热能资源地质勘查规范》GB/T11615-2010;
8)《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005(2009版);
9)《锅炉房设计规范》(GB50041-2008);
10)《工业锅炉水质》(GB/T15762008);
11)《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012);
12)《城镇供热系统安全运行技术规程》(CJJ/T88-2000);
13)《城镇供热管网工程施工及验收规范》(CJJ282004);
14)《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010);
15)《城镇直埋供热管道技术规程》(CJJ/T81-2013);
16)《热计量规程》(JGJ1732009);
17)《城镇供热厂工程项目建设标准》(建标112-2008);
18)《陕西省建筑节能设计导则》;
19)《陕西省环境保护厅关中地区重点行业大气污染物排放限值》(DB61/941-2014)。
第二部分供热方案规划原则
Ø统筹兼顾,创新发展
统筹资源条件,能源需求、环境保护和经济效益,实现区域能源系统投资、建设、运营的体制和模式创新。
Ø因地制宜,科学用能
针对用户负荷特征,合理确定规模,优化系统配置,要求,达到能源综合、梯级和循环利用。
Ø稳定可靠,经济合理
从能源供应的稳定可靠性出发,寻求系统技术和经济性的合理与平衡。
Ø绿色低碳,节能环保
充分采用节能技术,低碳排放,使能源系统对环境影响程度达到最小。
第三部分供热范围及规模
1供热范围
大秦骊宫温泉度假村综合供能项目包括五星级酒店、酒店公寓、商业办公、商业服务、洋房等不同功能业态。
其建筑面积及供能需求见下表列示:
开发批次
业态
建筑面积(㎡)
供电
供暖
供热水
供冷
一期
五星级酒店
地上
19772.3
√
√
√
√
地下
27918.76
√
√
√
酒店公寓
地上
18030
√
√
√
地下
16123
√
√
√
商业
19715
√
√
室外温泉
2000
√
二期
底商
地上
2000
√
√
地下
2000
√
√
公寓
地上
6000
√
地下
1000
√
叠拼
地上
13200
√
地下
9720
√
洋房
地上
24300
√
地下
6240
√
酒店独立客房
地上
20720
√
√
√
地下
11688
√
√
√
总建筑面积(㎡)
200427
198427
137967
综上,其中需求供暖建筑面积约为198427㎡、供冷建筑面积约为137967㎡、另外供热水需求量按每日2000人次考虑。
2工程建设内容及建设规模
依供能范围及供能量,满足总供能面积约为20万㎡、总供热面积19.8万㎡、供冷建筑面积约为137967㎡的供能需求。
项目以建设分布式综合能源中心站为主,以屋顶光伏、CHP(燃气冷热电联供系统)发电相组合方式供应区域电负荷,以深层及浅层地热资源承担基础热负荷,CHP机组烟气余热补充热源、采用冷凝全热回收燃气热水锅炉承担尖峰热负荷或备用负荷、冷负荷由热泵机组及CHP机组烟气余热溴化锂机组供应、不足部分由冷水机组供应或调峰。
第四部分供能负荷预测
1采暖热负荷
1.1最大热指标的确定
根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012,陕西地区采暖天数为120天,采暖2880小时,采暖期室外计算温度-4℃,采暖期室外平均温度-3.6℃,采暖期室内计算温度18℃。
根据《城镇供热管网设计规范》(CJJ34—2010)给出了各种建筑物采暖热指标推荐值,按建筑物类型分为,一类为“未采取节能措施”建筑物,另一类为“采取节能措施”建筑物。
两类建筑物采暖热指标不同下表:
表2采暖热指标推荐值(W/㎡)
建筑物类型
住宅
居住区综合
学校
办公
医院
托幼
旅馆
商店
食堂餐厅
影剧院
展览馆
大礼堂
体育馆
未采取节能措施
58-64
60-67
60-80
65-80
60-70
65-80
115-140
95-115
115-165
采取节能措施
40-45
45-55
50-70
55-70
50-60
55-70
100-130
80-105
100-150
注:
1、表中数值适用于我国东北、华北、西北地区;
2、热指标已包括约5%的管网热损失。
本工程所承担的供热面积均为新建节能建筑,各类型建筑采暖热指标应参考以下几个方面:
(1)表2中各类建筑物的热指标推荐数值范围;
(2)参照供热专项规划;
(3)调查供热区域内现有建筑供热现状;
(4)预测城区建设的发展趋势。
1.2平均及最小热指标确定
大秦骊宫温泉度假村采暖期室外计算温度为-4℃,室内采暖设计温度为18℃,采暖期日平均温度≤+5℃的天数为101天,采暖期室外日平均温度为-3.6℃,设最大热指标为A,则:
平均热指标=[18-(-3.6)]A/[18-(-4)]=0.982A
最小热指标=(18-5)A/[18-(-4)]=0.59A
根据上述计算,供热区域内建筑面积综合热指标最大为60W/m2,平均热指标为58.92W/m2,最小热指标为35.4W/m2。
1.3采暖热负荷
大秦骊宫温泉度假村综合供能项目供暖建筑面积19.8万㎡,包括五星级酒店、酒店公寓、商业办公、商业服务、洋房等,按采暖综合最大热指标、平均热指标、最小热指标估算项目采暖热负荷,依表【2】,取最大面积热指标为60W/㎡,经计算最大供热负荷为11880kW、平均供热负荷为11666.2kW、最小供热量为7009.2kW。
2热水负荷
生活热水主要由如下几种方式提供:
太阳能光热和储能系统,备用燃气锅炉系统,热泵机组全热回收系统等,考虑到实际热水使用情况,本方案仅针对酒店、公寓、客房类功能型建筑物采用集中热水供应,对诸如商铺、洋房等不做集中热水供应,用户可采用燃气热水器和电热水器自行供应。
生活热水负荷主要包括酒店、办公、购物中心等生活和洗浴热水需求,按2000人用水人口计算热水耗量,见下表列示:
1
功能
用水
人数
热水
温度
最高日用水定额
日耗热量
小时变化系数
设计小时耗热量
设计小时热水量
2
(人)
(℃)
100
kg/人*d
kW
h
kW
m³/h
4
热水
2000
55
100
484.61
3.9
1890
32.50
5
备注:
此热水耗量按国家相关标准要求执行,人数暂估。
3夏季冷负荷
夏季冷负荷主要包括酒店、酒店公寓、商业、独立客房等制冷需求,按建筑面积13.8万㎡,采用面积热指标法估算夏季冷负荷,约为16560KW;
4用电负荷
用电负荷为表【1】中所列所有不同业态供电需求、主要包括建筑物照明用电、设备用电、消防用电等。
预估电负荷约为12000KW。
第五部分能源资源与供能技术
为响应国家关于重点地区的大气污染防治计划通知的要求,充分发掘当地可再生资源,主要指浅层、中深层地热能的开发利用;另外增大清洁一次能源的利用比例,包括天然气及工业企业废气和余热的利用。
1可再生能源资源
1.1地热能
1.1.1浅层地热能
浅层地热能是指蕴藏在地表一定深度(一般小于200m)范围内岩土体、地下水和地表水中的热能,它受地球内部能量传导和太阳辐射共同作用而产生,一般温度低于25℃。
主要通过热泵技术对浅层土壤、地下水和地表水中的地热能进行利用。
浅层地热能资源具有分布范围广、资源储量大、开发利用技术简便等特点。
但浅层地热能资源品位较低,一般适用于建筑物的供暖和制冷,开发利用效果主要取决于工程地点的气候条件和地质背景。
(1)土壤源
XXX地处渭河平原,属于黄土高原地貌。
渭河平原的土壤松软,厚度达200m~300m,水位20m~40m,平均导热系数λ=1.5W/m·K,平均容积比热Cv≈2200kJ/m3·K,利于热扩散。
蓄存同样冷(热)量需要岩土层体积小,打孔、埋管容易,非常适合做土壤源热泵系统,是值得开发地源热泵市场的地区。
参考西安市相关数据,其浅层土壤源资源条件详见下表:
(2)地表水
根据XXXXXX流域综合规划资料,近年来XXXX年均降水量和径流量减少较多,通过XX的水沙和泥沙淤积情况严重,冬季并有结冰现象。
这些均不利于地表水资源的应用。
在本方案中不作考虑。
(3)地下水
XXX北部区域地热资源丰富,可以作为分布式热源中心的辅助热源加以利用。
考虑到资源利用的可持续性和地下水开采导致的地质沉陷问题,加之地热回灌技术难度大,成本较高,只适合在具备条件的个别用户自建地热井进行供热,并应在水资源管理部门的统筹安排下,科学、合理的加以利用。
1.1.2地源热泵技术——竖直地埋管系统
地源热泵系统主要有土壤源热泵、地表水源热泵、地下水源热泵等系统形式,本区域不具备利用地表水源的条件,地下水源也存在回灌困难的风险,故考虑使用竖直地埋管土壤源热泵系统。
土壤源热泵通常是转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方,还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环系统,实现节能减排的功能。
是一种利用浅层地温能进行供热制冷的环保能源利用系统。
地埋管换热器换热效果受岩土体热物性及地下水流动情况等地质条件影响较大,使得不同地区,甚至同一地区不同区域岩土体的换热特性差别较大。
故设计前应对现场岩土体热物性进行测定,此外,建筑物全年动态负荷、岩土体温度变化、地埋管及传热介质特性等因素都会影响换热效果。
考虑到规划阶段目标区域未进行满足要求的热响应试验及热物性试验,故仅根据周边现有情况进行测算,现阶段拟采用25双U竖直埋管,单井有效深度150m,功率约8.25kW。
为了增加系统稳定性,埋管间距为5m,梅花桩布置,单管占地面积21.65m2。
该指标作为规划阶段测算,具体埋管数量及所需面积应在可研阶段完成各项试验的基础上采用专业软件计算。
1.1.3干热岩热泵供暖技术
(1)干热岩供暖技术简述
地热资源是一种无污染的清洁能源,随着石油、煤炭等传统能源逐渐枯竭,地热资源将成为未来能源的一个重要组成部分。
干热岩是一种普遍埋藏于距地表2千米至6千米深处、温度为150℃至650℃的、没有水或蒸气的热岩体。
干热岩的热能赋存于各种变质岩或结晶岩类岩体中,较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。
一般干热岩上覆盖有沉积岩或土等隔热层。
它所储存的热能约为已探明的地热资源总量的30%。
干热岩的分布几乎遍及全球,它是无处不在的资源。
干热岩开发利用潜力最大的地方,还是那些新的火山活动区,或地壳已经变簿的地区,这些地区主要位于全球板块或构造地块的边缘。
根据我国区域地质背景,高热流区均处于板块构造带或构造活动带,在滇藏、东南沿海、京津冀、环渤海等地区分布有范围较大的火山岩体,说明我国具备干热岩地热资源形成的区域构造条件。
据初步估算,我国干热岩在2000米至4000米范围内的产热量大于8×10焦耳/平方千米。
所以,我国主要高热流区的热储资源相当丰富,相当于标准煤516.亿吨。
通过钻机向地下一定深处(中浅层约2000~3000m)高温岩层钻孔,在钻孔中安装一种涂有保温防腐材料的密闭金属换热器,通过换热器内超长热管的屋里传导,将高温岩层的热能导出,并通过专业设备进行热能交换,向地面建筑物供暖的新技术。
其核心技术主要包括:
仿重力热管技术;工质循环,保温防腐技术;离子束热传导技术;无耗能、大气补热技术;超级热泵取热技术。
(2)干热岩的优点
干热岩供热技术具有室外热源井和站房占地面积小、供热效果好、无废气、废液、废渣等排放、自动化程度高、不抽取地下水等特点,特别适用于商业地价高、使用品质高的地区。
(3)热力系统
干热岩热泵室外热源井、热泵机组、循环水泵、除污器、补水定压泵等设备通过管道连接构成热水热力系统。
该项目热力系统力求干热岩热泵运行可靠、经济灵活、满足各种运行工况。
干热岩热泵系统供回水温度选用45/35℃。
45℃的高温热水直接供给热用户冬季采暖,从用户侧出来的35℃回水再次进入热泵机组循环使用。
热力系统如下图:
2光热和储能
中国属世界上太阳能资源丰富的国家之一,全年辐射总量在91.7~2333kWh/㎡之间。
全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。
XXX全年日照时数(绝对日照)平均为3200-3300h,大于等于0℃的日照时数平均为1800-2240h;全省全年太阳天文辐射总量6680-8400MJ/㎡·。
XXX为北纬36.42度,东经94.90度,处于太阳能的一类地区,属于太阳能资源最丰富地区,水平面上的太阳辐射多集中在4-8月份,11-2月份水平面收到的辐射较少。
利用性评价---太阳能属于可再生能源,利用太阳能能够显著的节约一次能源、减少碳排放。
本区域太阳能资源丰富,并且有相应政策支持,节能和经济性效果更加显著。
太阳能光热与光伏生产热水对照表:
名称
太阳能光热
太阳能光伏
结构原理
利用热管太阳能集热板直接产生热水。
利用太阳能集热板产生电能,电再通过电热锅炉产生热水。
主要优点
热效率高,光热转换效率在60~70%,配套基础建设投资少,自动化运行,节能环保安全。
有国家对光伏发电的补贴,约0.35元/KWh,但申请手续繁琐,周期较长。
主要缺点
前期购买设备需要一次性投入,需配备一定容量变压器。
光电转化效率在15%,而且电再加热热水存在二次能源。
发电间歇性、不稳定;占地较大,投资较高。
适用类型
适用热用户
适用电用户
热效率
60%
14.7%
运行费用
2元/吨热水
7元/吨热水
3一次能源资源
3.1燃气供应
据调研:
XXX发展与改革委员会已经核准建设XX天然气输配三期高压管线,年输气能力为XX亿Nm³/a,拟建XXX与XXXX十字东南角的高中压调压站。
该项目能够达到三条天然气管道稳定供气,高、中压天然气两种压力级制,满足各类用户的需求。
3.2调峰燃气锅炉全热冷凝回收技术
3.2.1技术简介
全热冷凝回收技术是指在锅炉尾部设置烟气余热深度回收机组,进一步降低排烟热损失,提高锅炉综合热效率。
采用喷淋式换热技术和吸收式热泵技术相结合,深度回收烟气中的余热,将排烟温度降至30℃以下,回收的热量通过热泵提升,加热热网回水,可将天然气利用率提高10%以上,锅炉效率达到108%,消除烟气中的粉尘及冒“白烟”现象。
而且通过喷淋换热,还将烟气中部分氮氧化物吸收到循环水中,实现了对排烟的净化,答复消减了燃气锅炉排烟中的水蒸气和氮氧化物的排放,有效减缓雾霾形成。
烟气余热深度回收系统流程图如下:
3.3天然气冷热电联供技术
3.3.1基本定义
冷热电联供技术(CCHP)是指以天然气清洁能源为燃料,应用燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等各种热动力发电机组和余热利用机组的能量转化设备,为用户提供冷、热、电的各种负荷需求的分布式供能系统。
CCHP技术将先功后热的热力学合理性转化为运行上的经济性,在世界范围内获得了成功的应用。
该系统的基本流程如下:
利用天然气燃烧产生的高温烟气在燃气轮机中做功,将一部分热能转换成高品位的电能;燃机发电排放的高温烟气,通过蒸汽余热锅炉进行逐级热回收产出蒸汽;夏季蒸汽进入蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组产生冷水为区域供冷;冬季蒸汽通过汽水换热器制备热水为区域供热。
燃气热电联供技术(CHP)为CCHP的一种应用方式,区别在于CHP没有冷负荷供应。
3.3.2主要特点
1、接近负荷,是能源需求侧的能源管理,是利用天然气等清洁能源、可再生能源,把发电和供能系统建在用户附近的能源管理系统。
2、能源的梯级利用和综合利用,提高能源的综合效益,实现能源的高效、经济和环境效益;
3、多种清洁能源的匹配使用,满足用户冷、热、电、蒸汽、生活热水等多种负荷的需求;
4、智能化,运用自控系统和智能管理平台在一定范围的优化运行和调度下,利用低谷燃气资源和低谷电力资源为用户储能,实现燃气、电力、供暖、制冷、热水的供需平衡和优化组合。
3.3.3适用条件
1、该系统采用余热吸收式空调机组,在供热工况时,其效率与燃气锅炉或汽水换热器效率基本相当或略低,基本在90%左右。
2、在供冷工况时,COP可达1.3以上。
3、由于燃气轮机的发电效率低于燃气内燃机,但余热品质较高(只有高温烟气一种形式),热电比较大,当采用单循环发电,余热进行吸收式制冷供热时,主要适用于冷热负荷非常稳定的场所。
4、尤其是数据中心、计算机房等有大功率用电设备、常年需求冷负荷的场所。
这样,既能保证机组的满负荷运行时间,又能将余热充分利用。
第六部分综合能源供能方案设计与选型
1方案设计基本特点
(1)方案设计以满足最大供电需求为主,设置以燃气冷热电联供为主的供电方案,辅以部分光伏发电,保证供电稳定可靠;光伏发电主要用以调峰和满足能源站自耗电,以降低综合能源站运行成本。
(2)燃气CHP机组能够实现冷电或者热电联产,在热、冷、电成本分摊基础上,实现与干热岩热泵、冷水机组的系统耦合;
(3)可将太阳能光热系统+热泵系统+储能系统耦合降低运营成本;
(4)分别考虑:
①燃气锅炉投资低、运行成本高;②干热岩热泵系统投资大、运行成本低;③屋顶光伏发电、光热+储能系统投资大、运行成本低的特点,寻找并实现投资经济最佳平衡点;
2能源站系统设计及能源结构
大秦骊宫温泉度假村综合供能项目
(20万㎡)
燃气内燃机冷热电联供系统
地源热泵系统
全热回收燃气
调峰锅炉
水冷冷水机组
(或污水源热泵)
光伏发电+储能系统
基本配置
3×4300KW燃气内燃机发电机组
2×1288KW地源热泵系统
2*586KW
2*2026KW
1350KW屋顶光伏发电
发电量(KW)
12900
/
/
/
1350
供暖负荷(KW)
9392(烟气余热热量+缸套水热量)
2488
1172
/
/
热水负荷(KW)
2511(中冷器、润滑油)
-264(富裕)
-1172(富裕)
/
可储热水
供冷负荷(KW)
10560(烟气热水型溴化锂机组供冷)
1766
/
4234
/
保守供热面积(万㎡)
15.6
4.2
2.0
/
/
保守供冷面积(万㎡)
8.8
1.5
/
3.5
/
供电负荷比例
100%
/
/
/
能源站自用为主
供暖负荷比例
79%
21%
-10%(调峰)
/
/
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