宋宏升：多能協(xié)同·智能耦合的綜合能源案例分享

編者按：“雙碳”背景下，隨著科技水平不斷進步和能源行業(yè)快速發(fā)展，分布式能源已成為引領(lǐng)能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，北京燃氣能源發(fā)展有限公司副總工程師宋宏升做了主題為《多能協(xié)同·智能耦合的綜合能源案例分享》的報告。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進行整理。

宋宏升：大家下午好!很高興在這個場合和大家做場合。我的分享主題是南京西江站這么一個綜合的能源站項目。在開始分享前請允許我介紹一下我們的能源公司，我們能源公司是整個北京市燃氣集團的燃氣上下游延伸平臺，我們是在2011年12月成立的，目前已經(jīng)是第12個年頭了，按照整個集團之前的整體戰(zhàn)略規(guī)劃，我們在整個成立之初將燃氣分布式能源作為新的戰(zhàn)略發(fā)展方向之一，經(jīng)過這么多年的發(fā)展，目前已經(jīng)不僅局限于整體三聯(lián)供方面，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為以燃氣綜合利用為核心，多能源耦合的綜合能源系統(tǒng)，利用整個智慧能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)區(qū)域能源的統(tǒng)一調(diào)度管理，保障區(qū)域低碳高效低成本可持續(xù)發(fā)展的區(qū)域清潔能源服務(wù)商。

我們通過規(guī)劃設(shè)計投資建設(shè)運營一體化的模式，集成多種新能源技術(shù)，最大化利用可再生能源，為相應(yīng)的用戶提供供冷供熱供電的服務(wù)。

我們公司經(jīng)過十余年的發(fā)展，也打造了一大批標(biāo)桿性低碳能源項目。首先在能源公司成立的初創(chuàng)期前五年之內(nèi)，這邊燃氣分布式能源是主要的方向，這部分能源的形式主要是以中石油數(shù)據(jù)中心、北京的日出東方酒店、清和醫(yī)院為主要項目代表。在可再生功能方面，主要是以陜西寶雞天璽臺這么一個地緣熱泵項目為主要代表，同時這個項目也是全球第二大單體的地緣熱泵項目。從2017年開始，我們北京能源作為一家專業(yè)能源的國企，開始深度參與和保障北京城市副中心以及雄安新區(qū)的能源規(guī)劃和相應(yīng)的建設(shè)工作，我們也成功拓展了北京城市副中心六號能源站以及雄安新區(qū)流動片區(qū)1200萬平米的運營效率，還有北京環(huán)球影城這樣的能源中心項目。

在2021年公司開始進入光伏的領(lǐng)域，通過不斷的拓展，也打造了一批北京農(nóng)村光伏項目，還有天津南港的分布式光伏項目在內(nèi)的一批分布式屋面光伏和地面站項目。同時憑借著公司良好的行業(yè)口碑，另外一方面也是咱們有國企擔(dān)當(dāng)，開啟了與中央軍委的能源項目合作。經(jīng)過不斷的拓展，在陸續(xù)幾年之內(nèi)，不斷投資和接管了一大批軍委的相關(guān)能源配套項目，例如國防大學(xué)項目。

公司技術(shù)發(fā)展歷程其實也是公司不斷發(fā)展壯大的歷程，大致分為三個階段，第一階段是在公司2012年初創(chuàng)時期，按照燃氣集團的整體規(guī)劃，致力于三聯(lián)供技術(shù)的深耕，并且通過中石油創(chuàng)新基地，北京日出東方酒店、清河醫(yī)院等一批示范性三聯(lián)供項目打造，也實現(xiàn)了三聯(lián)供技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)跑。

隨著公司業(yè)務(wù)領(lǐng)域的不斷拓寬，技術(shù)形式從單一的三聯(lián)供快速發(fā)展成為其可再生能源技術(shù)、綜合性能源技術(shù)在內(nèi)的多樣化技術(shù)形式。并且隨著廣度的增加，我們也不斷深耕咱們整個技術(shù)的深度，先后通過采用多能協(xié)同、智能耦合的核心技術(shù)理念，打造了一批標(biāo)桿性項目，例如副中心的六號能源站，寶雞天璽臺這么一個地緣熱泵項目，還有北京環(huán)球影城這幾個項目。

其實副中心六號能源站項目可再生能源利用率達到41%，寶雞這個項目因為整體采用地緣熱泵，所以整個可再生比例達到了90%以上。另外我們通過打造高能效機房的方式，實現(xiàn)了環(huán)球影城和副中心六號能源站，電制冷的綜合能效可達5.0，比行業(yè)的平均值4.1高22%。隨著大型綜合性能源不斷拓展，整個能源系統(tǒng)對能源數(shù)字化、智慧化管控體系需求日趨強烈。因此從2018年開始，我們公司開始了數(shù)字化轉(zhuǎn)型，經(jīng)過這幾年發(fā)展，也已經(jīng)完成了自己的數(shù)字化體系的搭建，實現(xiàn)了項目的集中管控，通過核心技術(shù)和數(shù)字化的雙輪驅(qū)動，目前已經(jīng)實現(xiàn)落地運營項目84個，在建項目10個，在運面積2060萬平米，技術(shù)涵蓋了包括空氣源熱泵、地緣熱泵、光伏、光熱、風(fēng)電等多種新能源技術(shù)。

我們公司業(yè)務(wù)主要涵蓋能源項目的咨詢投資建設(shè)運營全生命周期，為大型園區(qū)公共建筑居民等客戶提供供冷供熱供電供蒸汽和生活熱水服務(wù)。在分享西江站項目之前，我給大家重點簡單分享一下我們打造的七個經(jīng)典項目案例。第一是北京城市副中心六號能源站項目，這是北京市市政府東遷的重要能源配套工程，這個項目也是公司打造的高能效機房的項目典范，這個項目是以是地緣熱泵為主，耦合燃氣三聯(lián)供和水蓄能作為相應(yīng)的調(diào)峰補充，整個可再生能源利用率大于40%。第二是北京環(huán)球影城能源中心項目，上午分享的時候，華電的胡總分享了迪士尼的項目，南有上海迪士尼，北有北京環(huán)球影城，北京的環(huán)球影城能源中心由能源公司進行打造，這個項目也是咱們整個不光是北京市，也是全國當(dāng)年的重點工程。

這個項目的打造采用了分布式能源，就是三聯(lián)供耦合相關(guān)的形式滿足業(yè)主需求，這個項目是屬于園類項目，這個項目最大的特點是在開園時有特別快速的符合響應(yīng)的需求，這個情況下這是一方面需求，另外一點是對末端供能溫度參數(shù)要求非常高，要求供冷是正負0.5度以內(nèi)，供熱是正負1度以內(nèi)，這是相當(dāng)高的要求，所以我們在這個項目上傾注了相當(dāng)大的技術(shù)能力還有相當(dāng)大的整個技術(shù)平臺，包括數(shù)字化管控體系，都在項目上進行了運用。

第三項目是雄安新區(qū)的容東片區(qū)項目，這個項目是聯(lián)合中石油中石化進行聯(lián)合打造的1200平米的運營項目，這個項目大規(guī)模采用地?zé)岬墓┡夹g(shù)，整個項目清潔能源比例系100%，可再生能源比例超過35%。

第四項目是中石油創(chuàng)新基地能源項目，剛才于總介紹了卡特彼勒的相關(guān)數(shù)據(jù)中心案例，中石油數(shù)據(jù)中心是整個中石油兩地三中心最大的數(shù)據(jù)中心，同時這個項目也是全國首個，我們用三聯(lián)供取代了原來的技術(shù)，成為全國首例項目。這個項目目前已經(jīng)平穩(wěn)運行了十年。

第五個項目是南京信息工程大學(xué)集中供冷供熱項目，這個項目采用電廠的蒸汽余熱，為整個南京信息工程大學(xué)進行供冷供熱還有全年生活用水的供應(yīng)。這個項目如果按照北京市的要求，新能源供熱來說，因為我們用的電廠余熱，這也可以算新能源供熱的典型代表。

第六個項目是京燕飯店的能源項目，這個項目主要點是它是三聯(lián)供耦合分布式堤壩光伏制冷微網(wǎng)典型示范項目，另外這也是國家G20峰會和APEC會議的會場。

第七個項目剛才說過，是陜西寶雞天璽臺項目，這個項目有大量的以居民為主，還有一定的商業(yè)配套，整個項目我們采用地緣熱泵為主體，整個項目可再生能源利用比例大于90%。

接下來給大家重點分享一下南京西江站綜合性能源站項目。整個項目總的供能設(shè)計面積是210萬平米，它主要的產(chǎn)業(yè)是包括相應(yīng)的芯片設(shè)計、云計算、網(wǎng)絡(luò)通訊、區(qū)塊鏈、文化創(chuàng)意的相關(guān)5C產(chǎn)業(yè)方向，整個建筑功能類包括辦公、商業(yè)、公寓等類型。其實從圖上可以看到，整個黑色的三角圈注的區(qū)域是整個能源站的共同區(qū)域，能源站位于這個位置，整個能源站總建筑面積是6200平米，地上兩層面積是5000平米，地下一層面積是1200平米，建筑總高度是19米。

這張圖片是能源站的實景圖，在左邊的罐子是一期目前已經(jīng)投產(chǎn)的一座1萬立方的蓄能水罐。整個南京西江站項目我們采用多能耦合智能協(xié)同的理念，以地緣熱泵為主，耦合相應(yīng)的高壓電鍋爐、燃氣鍋爐、蓄能等多種方式作為調(diào)峰補充。整個園區(qū)的夏季最大冷負荷是120兆瓦，冬季最大熱負荷需求是81兆瓦。整個系統(tǒng)供能先后順序是整個基礎(chǔ)冷熱負荷采用可再生能源、熱泵進行提供，最后采用燃氣鍋爐進行補充。

整個項目有三大建設(shè)目標(biāo)，首先從設(shè)計規(guī)劃的角度來說，一方面是要構(gòu)建多能協(xié)同智能耦合的系統(tǒng)，實現(xiàn)可再生能源占比超過50%，實現(xiàn)清潔能源利用率100%，目前整個系統(tǒng)在分期的建設(shè)中。第二從社會的設(shè)計和建設(shè)角度來說，我們要打造高能效機房，實現(xiàn)節(jié)能低碳智慧、安全經(jīng)濟理念的落地，這塊整個制冷系統(tǒng)要達到5.0。

第三是從運營的方面，要搭建智能化能源管理平臺，完成數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，系統(tǒng)自動控制以及精細化調(diào)節(jié)，及時的報警提醒技術(shù)，實現(xiàn)無人少人值守能源中心的建設(shè)，目前整個智慧能源云平臺建設(shè)，也是隨著整個能源系統(tǒng)的建設(shè)在分期建設(shè)落地中。

從系統(tǒng)的裝機角度來說，整個系統(tǒng)由9臺可再生的熱聯(lián)產(chǎn)熱泵以及兩座1萬立方的蓄能水罐，8臺電制冷，4臺電鍋爐以及2臺燃氣鍋爐構(gòu)成，整個項目裝機熱負荷是90兆瓦，裝機冷負荷是125兆瓦，可以看到整個項目的供熱占比中，熱原塔熱泵占到27%，但因為耦合了水蓄能如果刨掉電鍋爐蓄能部分以外，整個項目的可再生供熱占比大于50%。

從項目工藝角度來說，我們優(yōu)先利用熱原塔熱泵、電鍋爐、燃氣鍋爐、電制冷、蓄能等多種方式作為調(diào)整補充。在冬季供應(yīng)量不足的時候，通過電鍋爐蓄熱、燃氣鍋爐進行補充，在夏季供冷量不足時通過蓄冷、電制冷進行補充。

從下面的圖可以看到整個項目的熱負荷需求可以由熱原塔熱泵、電機鍋爐、燃氣熱水鍋爐和蓄能罐四種設(shè)備任意組合進行滿足，其實根據(jù)項目具體實際情況，目前有11種組合方式可以滿足熱輔需求。針對冷負荷方面，可以由熱原塔熱泵、冷水機組、蓄能罐三種設(shè)備進行任意組合進行滿足，結(jié)合項目具體情況，目前有8種具體的運營模式。

接下來從三個方面，一個是設(shè)計方面，一個是項目調(diào)制方面和智慧運營方面給大家分享項目亮點。首先是設(shè)計理念，有三個最大化，第一個是最大化利用可再生能源，采用以熱原塔熱泵結(jié)合水蓄能承擔(dān)基礎(chǔ)負荷，耦合電鍋爐、燃氣鍋爐、電熱冷機多種能源形式作為調(diào)峰和系統(tǒng)安全保障的基礎(chǔ)路線，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性的同時實現(xiàn)系統(tǒng)的供熱可再生能源利用率超過50%。

第二是最大化提升輸配效率，在各個地塊采用分布式二級泵的設(shè)計工藝，各個地塊按需取水，并且按照冷凍水17度的大溫差進行設(shè)計，大大降低了系統(tǒng)能耗。

第三是最大化提高系統(tǒng)運營效率，通過優(yōu)化系統(tǒng)組機單臺容量和配置，就是常說的大小機和多臺配置方式，提高基礎(chǔ)容量和負荷波動的匹配性，保障全負荷段下系統(tǒng)的高效運行。

在建設(shè)的調(diào)試階段，一方面采用大倍率鋼管和相通的優(yōu)化方式，從節(jié)能方面來說，可以節(jié)能58%，從彎頭的角度來說，一個大倍率彎頭根據(jù)倍率的不同，相對于1.5倍的常規(guī)彎頭可以節(jié)能14%-22%，結(jié)合系統(tǒng)的管線整體優(yōu)化，盡可能減少彎頭，再結(jié)合系統(tǒng)選用低阻率高能效設(shè)備，這塊經(jīng)過系統(tǒng)水利負荷，確保系統(tǒng)處于最佳的運營工況，減少阻力約10%，全年可以減少水泵的電耗約5%。

最后在智慧運營階段，因為剛才提到從2018年開始進入數(shù)字化轉(zhuǎn)型的階段，其實公司已經(jīng)打造成了三級智慧體系，第一級平臺是公司級企業(yè)級平臺，通過這個平臺可以實現(xiàn)讓公司級管理人員和技術(shù)人員實現(xiàn)對項目的統(tǒng)一管理，這個平臺目前功能涵蓋了投資運營和相應(yīng)的消服各個板塊，目前一級平臺已經(jīng)投入使用近5年了，現(xiàn)在整個項目接入情況近50個，整個服務(wù)面積近千萬平米這樣的體量。二級平臺是公司打造的多能耦合項目的平臺，它的主要功能是基于符合預(yù)測的策略優(yōu)化，基于這個情況已經(jīng)在副中心六號能源站以及環(huán)球影城上實現(xiàn)了部署。

三級平臺就是項目自動系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的作用相當(dāng)于有助于項目的操作人員對項目基本運行和管理，這塊通過自供系統(tǒng)部署實現(xiàn)了項目就地控制和數(shù)據(jù)獲取，實現(xiàn)了無人職守的自動控制。三級平臺目前已經(jīng)實現(xiàn)了所有項目的100%覆蓋。

從系統(tǒng)的經(jīng)濟運行策略角度來說，剛才介紹了平臺的事，其實這是二級平臺做的工作，通過二級平臺可以實現(xiàn)系統(tǒng)精細化運營策略，基于整個園區(qū)末端冷熱電負荷特征以及相應(yīng)的能源價格，同時考慮主設(shè)備的最低負荷率和運維成本等因素，以多能耦合系統(tǒng)運營費用最低為主要目標(biāo)，制定和優(yōu)化多能耦合能源站的智慧運營策略，并且通過整個二級平臺發(fā)放到整個自供系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)高效運行。在耦合蓄能方面，這方面也主要是利用夜間進行蓄冷蓄熱，進一步提高系統(tǒng)運營經(jīng)濟性。在項目當(dāng)?shù)啬暇┯邢鄳?yīng)的專項補貼電價。

最后把相應(yīng)的項目典型數(shù)據(jù)做了整體匯總，首先項目清潔能源利用率100%，每年實現(xiàn)標(biāo)煤替代1.1萬噸，項目可再生能源供熱占比大于50%，系統(tǒng)制冷全年綜合運行大于5.2%。相比傳統(tǒng)能源系統(tǒng)來說，整個系統(tǒng)節(jié)能率大于30%，而且可以實現(xiàn)年二氧化碳的排放量，這個數(shù)據(jù)沒有及時更新大概是在1萬噸左右的體量，相當(dāng)于通過這些數(shù)據(jù)在落地之后，因為現(xiàn)在國家有3060的這個事，通過這個舉措為3060大目標(biāo)貢獻小數(shù)點。

我的匯報到此結(jié)束，有不道之處請包含和批評指正，謝謝。

主持人：感謝宋總工結(jié)合西江項目從項目設(shè)計的目標(biāo)、工藝、設(shè)計理念以及項目的亮點和運行情況跟大家做了詳細的剖析。