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(zhù)科技水平不斷進(jìn)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(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )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。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

宋宏升：大家下午好!很高興在這個(gè)場(chǎng)合和大家做場(chǎng)合。我的分享主題是南京西江站這么一個(gè)綜合的能源站項目。在開(kāi)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(gè)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(gè)年頭了，按照整個(gè)集團之前的整體戰略規劃，我們在整個(gè)成立之初將燃氣分布式能源作為新的戰略發(fā)展方向之一，經(jīng)過(guò)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，利用整個(gè)智慧能源管理系統，實(shí)現區域能源的統一調度管理，保障區域低碳高效低成本可持續發(fā)展的區域清潔能源服務(wù)商。

我們通過(guò)規劃設計投資建設運營(yíng)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，為相應的用戶(hù)提供供冷供熱供電的服務(wù)。

我們公司經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，也打造了一大批標桿性低碳能源項目。首先在能源公司成立的初創(chuàng )期前五年之內，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據中心、北京的日出東方酒店、清和醫院為主要項目代表。在可再生功能方面，主要是以陜西寶雞天璽臺這么一個(gè)地緣熱泵項目為主要代表，同時(shí)這個(gè)項目也是全球第二大單體的地緣熱泵項目。從2017年開(kāi)始，我們北京能源作為一家專(zhuān)業(yè)能源的國企，開(kāi)始深度參與和保障北京城市副中心以及雄安新區的能源規劃和相應的建設工作，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流動(dòng)片區1200萬(wàn)平米的運營(yíng)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(kāi)始進(jìn)入光伏的領(lǐng)域，通過(guò)不斷的拓展，也打造了一批北京農村光伏項目，還有天津南港的分布式光伏項目在內的一批分布式屋面光伏和地面站項目。同時(shí)憑借著(zhù)公司良好的行業(yè)口碑，另外一方面也是咱們有國企擔當，開(kāi)啟了與中央軍委的能源項目合作。經(jīng)過(guò)不斷的拓展，在陸續幾年之內，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(shí)也是公司不斷發(fā)展壯大的歷程，大致分為三個(gè)階段，第一階段是在公司2012年初創(chuàng )時(shí)期，按照燃氣集團的整體規劃，致力于三聯(lián)供技術(shù)的深耕，并且通過(guò)中石油創(chuàng )新基地，北京日出東方酒店、清河醫院等一批示范性三聯(lián)供項目打造，也實(shí)現了三聯(lián)供技術(shù)在行業(yè)內的領(lǐng)跑。

隨著(zhù)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)在內的多樣化技術(shù)形式。并且隨著(zhù)廣度的增加，我們也不斷深耕咱們整個(gè)技術(shù)的深度，先后通過(guò)采用多能協(xié)同、智能耦合的核心技術(shù)理念，打造了一批標桿性項目，例如副中心的六號能源站，寶雞天璽臺這么一個(gè)地緣熱泵項目，還有北京環(huán)球影城這幾個(gè)項目。

其實(shí)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(gè)項目因為整體采用地緣熱泵，所以整個(gè)可再生比例達到了90%以上。另外我們通過(guò)打造高能效機房的方式，實(shí)現了環(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(zhù)大型綜合性能源不斷拓展，整個(gè)能源系統對能源數字化、智慧化管控體系需求日趨強烈。因此從2018年開(kāi)始，我們公司開(kāi)始了數字化轉型，經(jīng)過(guò)這幾年發(fā)展，也已經(jīng)完成了自己的數字化體系的搭建，實(shí)現了項目的集中管控，通過(guò)核心技術(shù)和數字化的雙輪驅動(dòng)，目前已經(jīng)實(shí)現落地運營(yíng)項目84個(gè)，在建項目10個(gè)，在運面積2060萬(wàn)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(xún)投資建設運營(yíng)全生命周期，為大型園區公共建筑居民等客戶(hù)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(diǎn)簡(jiǎn)單分享一下我們打造的七個(gè)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(gè)項目也是公司打造的高能效機房的項目典范，這個(gè)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的調峰補充，整個(gè)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(shí)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(jìn)行打造，這個(gè)項目也是咱們整個(gè)不光是北京市，也是全國當年的重點(diǎn)工程。

這個(gè)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(mǎn)足業(yè)主需求，這個(gè)項目是屬于園類(lèi)項目，這個(gè)項目最大的特點(diǎn)是在開(kāi)園時(shí)有特別快速的符合響應的需求，這個(gè)情況下這是一方面需求，另外一點(diǎn)是對末端供能溫度參數要求非常高，要求供冷是正負0.5度以?xún)?，供熱是正?度以?xún)?，這是相當高的要求，所以我們在這個(gè)項目上傾注了相當大的技術(shù)能力還有相當大的整個(gè)技術(shù)平臺，包括數字化管控體系，都在項目上進(jìn)行了運用。

第三項目是雄安新區的容東片區項目，這個(gè)項目是聯(lián)合中石油中石化進(jìn)行聯(lián)合打造的1200平米的運營(yíng)項目，這個(gè)項目大規模采用地熱的供暖技術(shù)，整個(gè)項目清潔能源比例系100%，可再生能源比例超過(guò)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)數據中心案例，中石油數據中心是整個(gè)中石油兩地三中心最大的數據中心，同時(shí)這個(gè)項目也是全國首個(gè)，我們用三聯(lián)供取代了原來(lái)的技術(shù)，成為全國首例項目。這個(gè)項目目前已經(jīng)平穩運行了十年。

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

第六個(gè)項目是京燕飯店的能源項目，這個(gè)項目主要點(diǎn)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(huì )和APEC會(huì )議的會(huì )場(chǎng)。

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

接下來(lái)給大家重點(diǎn)分享一下南京西江站綜合性能源站項目。整個(gè)項目總的供能設計面積是210萬(wàn)平米，它主要的產(chǎn)業(yè)是包括相應的芯片設計、云計算、網(wǎng)絡(luò )通訊、區塊鏈、文化創(chuàng )意的相關(guān)5C產(chǎn)業(yè)方向，整個(gè)建筑功能類(lèi)包括辦公、商業(yè)、公寓等類(lèi)型。其實(shí)從圖上可以看到，整個(gè)黑色的三角圈注的區域是整個(gè)能源站的共同區域，能源站位于這個(gè)位置，整個(gè)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(shí)景圖，在左邊的罐子是一期目前已經(jīng)投產(chǎn)的一座1萬(wàn)立方的蓄能水罐。整個(gè)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，耦合相應的高壓電鍋爐、燃氣鍋爐、蓄能等多種方式作為調峰補充。整個(gè)園區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(gè)系統供能先后順序是整個(gè)基礎冷熱負荷采用可再生能源、熱泵進(jìn)行提供，最后采用燃氣鍋爐進(jìn)行補充。

整個(gè)項目有三大建設目標，首先從設計規劃的角度來(lái)說(shuō)，一方面是要構建多能協(xié)同智能耦合的系統，實(shí)現可再生能源占比超過(guò)50%，實(shí)現清潔能源利用率100%，目前整個(gè)系統在分期的建設中。第二從社會(huì )的設計和建設角度來(lái)說(shuō)，我們要打造高能效機房，實(shí)現節能低碳智慧、安全經(jīng)濟理念的落地，這塊整個(gè)制冷系統要達到5.0。

第三是從運營(yíng)的方面，要搭建智能化能源管理平臺，完成數據實(shí)時(shí)監控，系統自動(dòng)控制以及精細化調節，及時(shí)的報警提醒技術(shù)，實(shí)現無(wú)人少人值守能源中心的建設，目前整個(gè)智慧能源云平臺建設，也是隨著(zhù)整個(gè)能源系統的建設在分期建設落地中。

從系統的裝機角度來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統由9臺可再生的熱聯(lián)產(chǎn)熱泵以及兩座1萬(wàn)立方的蓄能水罐，8臺電制冷，4臺電鍋爐以及2臺燃氣鍋爐構成，整個(gè)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(gè)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(gè)項目的可再生供熱占比大于50%。

從項目工藝角度來(lái)說(shuō)，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整補充。在冬季供應量不足的時(shí)候，通過(guò)電鍋爐蓄熱、燃氣鍋爐進(jìn)行補充，在夏季供冷量不足時(shí)通過(guò)蓄冷、電制冷進(jìn)行補充。

從下面的圖可以看到整個(gè)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備任意組合進(jìn)行滿(mǎn)足，其實(shí)根據項目具體實(shí)際情況，目前有11種組合方式可以滿(mǎn)足熱輔需求。針對冷負荷方面，可以由熱原塔熱泵、冷水機組、蓄能罐三種設備進(jìn)行任意組合進(jìn)行滿(mǎn)足，結合項目具體情況，目前有8種具體的運營(yíng)模式。

接下來(lái)從三個(gè)方面，一個(gè)是設計方面，一個(gè)是項目調制方面和智慧運營(yíng)方面給大家分享項目亮點(diǎn)。首先是設計理念，有三個(gè)最大化，第一個(gè)是最大化利用可再生能源，采用以熱原塔熱泵結合水蓄能承擔基礎負荷，耦合電鍋爐、燃氣鍋爐、電熱冷機多種能源形式作為調峰和系統安全保障的基礎路線(xiàn)，提高系統經(jīng)濟性的同時(shí)實(shí)現系統的供熱可再生能源利用率超過(guò)50%。

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

第三是最大化提高系統運營(yíng)效率，通過(guò)優(yōu)化系統組機單臺容量和配置，就是常說(shuō)的大小機和多臺配置方式，提高基礎容量和負荷波動(dòng)的匹配性，保障全負荷段下系統的高效運行。

在建設的調試階段，一方面采用大倍率鋼管和相通的優(yōu)化方式，從節能方面來(lái)說(shuō)，可以節能58%，從彎頭的角度來(lái)說(shuō)，一個(gè)大倍率彎頭根據倍率的不同，相對于1.5倍的常規彎頭可以節能14%-22%，結合系統的管線(xiàn)整體優(yōu)化，盡可能減少彎頭，再結合系統選用低阻率高能效設備，這塊經(jīng)過(guò)系統水利負荷，確保系統處于最佳的運營(yíng)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(yíng)階段，因為剛才提到從2018年開(kāi)始進(jìn)入數字化轉型的階段，其實(shí)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(guò)這個(gè)平臺可以實(shí)現讓公司級管理人員和技術(shù)人員實(shí)現對項目的統一管理，這個(gè)平臺目前功能涵蓋了投資運營(yíng)和相應的消服各個(gè)板塊，目前一級平臺已經(jīng)投入使用近5年了，現在整個(gè)項目接入情況近50個(gè)，整個(gè)服務(wù)面積近千萬(wàn)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測的策略?xún)?yōu)化，基于這個(gè)情況已經(jīng)在副中心六號能源站以及環(huán)球影城上實(shí)現了部署。

三級平臺就是項目自動(dòng)系統，這個(gè)系統的作用相當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(guò)自供系統部署實(shí)現了項目就地控制和數據獲取，實(shí)現了無(wú)人職守的自動(dòng)控制。三級平臺目前已經(jīng)實(shí)現了所有項目的100%覆蓋。

從系統的經(jīng)濟運行策略角度來(lái)說(shuō)，剛才介紹了平臺的事，其實(shí)這是二級平臺做的工作，通過(guò)二級平臺可以實(shí)現系統精細化運營(yíng)策略，基于整個(gè)園區末端冷熱電負荷特征以及相應的能源價(jià)格，同時(shí)考慮主設備的最低負荷率和運維成本等因素，以多能耦合系統運營(yíng)費用最低為主要目標，制定和優(yōu)化多能耦合能源站的智慧運營(yíng)策略，并且通過(guò)整個(gè)二級平臺發(fā)放到整個(gè)自供系統，實(shí)現系統高效運行。在耦合蓄能方面，這方面也主要是利用夜間進(jìn)行蓄冷蓄熱，進(jìn)一步提高系統運營(yíng)經(jīng)濟性。在項目當地南京有相應的專(zhuān)項補貼電價(jià)。

最后把相應的項目典型數據做了整體匯總，首先項目清潔能源利用率100%，每年實(shí)現標煤替代1.1萬(wàn)噸，項目可再生能源供熱占比大于50%，系統制冷全年綜合運行大于5.2%。相比傳統能源系統來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統節能率大于30%，而且可以實(shí)現年二氧化碳的排放量，這個(gè)數據沒(méi)有及時(shí)更新大概是在1萬(wàn)噸左右的體量，相當于通過(guò)這些數據在落地之后，因為現在國家有3060的這個(gè)事，通過(guò)這個(gè)舉措為3060大目標貢獻小數點(diǎn)。

我的匯報到此結束，有不道之處請包含和批評指正，謝謝。

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