广州大学城区域能源规划的实践与思考

  0 引言

 

  改革开放以来，我国经济高速持续发展，大大地推动了城镇化的进展，新城区、开发区、新型园区的建设在各地蓬勃展开。为提高区域建设和运营水平，建设能源节约型和环境友好型社会，国内学者对区域能源规划的发展方向、思路以及能源供给方式等问题进行了研究，取得了一定的成果[1~3]。

 

  广州大学城是广州建设现代化生态城市目标规划中的重要组成部分。在广州大学城项目工程建设的起步阶段，建设单位组织相关专家以高效、节能、洁净环保为目标，对区域能源利用进行了规划，该规划方案在大学城建设中得到了较好的实施，本文就该规划在大学城的实践进行论述。

 

  广州大学城近期规划面积约18 平方公里，选址于广州市番禺区小谷围岛，有包括中山大学、华南理工大学等10 所部、省、市属高校入驻，随后广东科学中心、北亭广场、数字家庭产学研孵化基地等公共服务、研发和商业项目相继建成于广州大学城内。大学城规划容纳20 万大学生，岛内人口约35 万人。大学城的能源需求主要是教学、科研、商业和生活用电力、空调制冷、生活热水，无工业负荷。

 

  1 广州大学城区域能源规划成果

 

  2003 年初，广州大学城建设指挥部办公室委托华南理工大学组织专家成立研究小组，编制广州大学城区域能源规划。研究小组完成了广州大学城建筑节能设计标准等8 个专题研究，出版了《广州大学城区域能源规划研究》[4]。

 

  1）建筑主体节能优化设计。广州大学城对建筑的节能设计专门制定了《广州大学城建筑节能设计标准》，标准要求通过采用合理的建筑设计方案，强化建筑自然通风降温功能，提高围护结构隔热性能和提高空调设备能效比等节能措施，在保证相同的室内热环境的前提下，与目前建筑外遮阳、建筑自然通风等状况均不良好且采用低效率分体空调方式的空调建筑相比较，全年建筑空调能耗应减少65%。

 

  2）分布式能源供应系统规划方案。采用燃气—蒸汽联合循环热电冷三联供技术，发电总装机容量约为126MW。系统以天然气为燃料，通过100MW的燃气轮机组直接发电，燃机的排气进入余热锅炉，产生4.0MPa 中压蒸汽进入抽凝式汽轮机组发电；从燃气轮机抽出部分1.0MPa 低压蒸汽，用于向用户供汽和用于制冷站吸收式制冷机组；锅炉尾部烟气余热用作生活热水的热源；能源站生产的电力用于供给电压缩制冷空调系统和作为日常用电的一部分，不足部分向电网购买。整个系统能源利用效率可达80%以上。通过调节燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机的运行工况，可以满足不同季节、气候下各种冷、热、汽负荷的需求，具有很高的灵活性。

 

  3）可再生能源利用规划。对太阳能利用（室外公共区域照明、热水空调）、垃圾焚烧发电、风力利用、低焓值能源利用（珠江水水源、地源热泵）等方案进行了研究，提出了2010 年新能源和可再生能源在大学城用能中占8%~10%比例的目标。

 

  4）能源供应系统运行机制。按照社会化、市场化机制进行投资、建设和运营管理。建议采用政府（广州大学城管理委员会）调控下的能源服务公司特许经营模式进行运作，该能源服务公司应该是允许外资介入的，鼓励用户参股的，所有制多元化并且完全按照市场机制运作的独立法人机构。通过政府-能源服务公司-用户-电网四方依法协议，依靠高科技和现代化的科学经营管理，达到用户、公司、电网、社会" 四赢" 的目标。项目的启动、能源服务公司的组建均采用面向社会（国内外）招标的形式运作。

 

  2 广州大学城区域能源的实践

 

  2.1 建筑节能

 

  广州大学城的围护结构材料全部选用了轻质隔热型墙体材料，如陶粒砼砌块、加气砼砌块、烧结空心砌块。大学城房建工程竣工建筑面积520 余万m2，应用了各种新型墙体材料共970626 m3，有力杜绝了实心黏土砖在大学城的使用，达到节约能源、保护耕地的目的。广州大学城建筑的门、窗、走廊设计充分考虑了穿堂风的形成，自然通风效果显著。

 

  在屋面设计中，全部采用25mm 厚的挤塑板、30mm 厚的模塑板、130mm 厚的加气砼为隔热保温层材料；外窗设计规定了窗墙面积比，尽量减少全玻璃幕墙的建筑，并在部分公共建筑中采用了垂直遮阳板、水平遮阳板等外遮阳措施，在玻璃的选材上采用了热反射镀膜玻璃等节能玻璃。

 

  2.2 分布式能源系统

 

  广州大学城的分布式能源系统由分布式能源站、区域供冷系统和集中生活热水系统组成。

 

  1）分布式能源站

 

  分布式能源站是广州大学城分布式能源系统的核心，能源站以天然气为燃料，规划设计建设4 套78MW等级燃气- 蒸汽联合循环机组。首期2 套机组于2009 年10 月投产。根据设计，其功能是满足大学城区（含10 所大学和中心商务区）对热、冷等多种能源的需求。但由于体制等客观原因，能源站目前未能实现向大学城区域内直接供电，其发电通过110kV 电缆接入电网。

 

  能源站余热锅炉尾部的烟气余热用于制备生活热水和1# 冷站（规划中）及能源站站内空调主机生产空调冷冻水。能源站的一次能源天然气得到了梯级综合利用，系统的能源利用效率达到80%以上，达到了高效节能、优化能源结构、控制污染、改善环境的目的。

 

  2）区域供冷系统

 

  大学城区域供冷系统采用先进的冰蓄冷技术，规划总装机容量为10.6 万冷吨，包含由4 个冷冻站及相对应的冷冻水枝状管网、末端换热间组成的4 个相对独立的系统。目前已建成并运行2#、3#、4# 冷站及相应的管网，装机容量7.7 万冷吨。用户包括十所高校、广东科学中心、北亭广场、数字家庭和数字电视产学研孵化基地、南国会国际会议中心等。冷站冷量通过末端换热间内的板式换热器送往各单体建筑内的末端空调系统。末端换热间已建成300 余间，内设电动调节阀等自控装置及冷量计费装置，末端板换间与冷站、冷站与冷站之间通过工业以太网形成自控传输网络。

 

  3）集中生活热水系统

 

  广州大学城集中生活热水系统由热水制备站、一次热水主干管网、分散热力（加压）站、二次热水管网及单体热水系统组成，为开式循环系统。

 

  热水制备站热源主要为分布式能源站余热锅炉烟气余热换热制备60℃生活热水送往分散热力站。

 

  用户用水终端采用预付费IC 卡水表计量，少数团体用户采用机械式水表总表计量。

 

  2.3 能源供应系统运营模式

 

  经市政府批准，广州大学城建设指挥部办公室在建设期组建了全资国有企业广州大学城投资经营管理有限公司及其子公司广州大学城能源发展有限公司，负责区域供冷项目和集中生活热水项目的投资和运营管理，项目建设则委托大学城指挥办负责。两公司本着“服务高校师生，服务大学城”的宗旨，确保区域供冷系统、集中生活热水系统的稳定运行，为大学城近20 万师生提供空调冷冻水和生活热水服务。

 

  2007 年底，广州大学城能源发展有限公司与中国华电新能源有限公司合作，成立广州大学城华电新能源有限公司，由该项目公司负责大学城能源站的投资、建设和运营管理。

 

  3 广州大学城能源规划实践的思考

 

  广州大学城区域能源规划的研究取得了一些令人瞩目的成果，这些成果对大学城的建设和运营管理发挥了重要的指导作用。作为广州大学城能源项目的建设者和运营管理者，几年来在项目的建设和运营管理中，对区域能源规划有一些切身体会和思考。

 

  1） 区域能源规划与该区域的总体规划功能与定位是密不可分的。广州大学城区域能源规划对广州大学城作为高校园区的功能以及作为广州市城市空间发展格局中生态敏感区的定位的把握是非常准确的，为此明确提出了能源规划的指导思想，即节能、高效、生态环保以及建立与市场经济相适应的能源管理运营体系。

 

  2） 区域能源负荷特点的把握及负荷大小的准确预测是区域能源规划的重要环节。广州大学城作为高校园区，能源消耗主要群体为高校师生，因此，大学城的能源负荷特点是峰谷差大，存在季节（寒暑假）、昼夜的不平衡。针对这些负荷特点，能源站燃机设备选择航改型轻型机。航改型轻型机启停快，机组由4 台燃机组成，并可单台、多台运行，在不同负荷下运行均可获得较高的运行效率，较好满足了大学城供热负荷需求。区域供冷系统采用了冰蓄冷技术，实现负荷的移峰填谷。负荷预测方面广州大学城电力负荷预测[5]对校区用电负荷采用分类建筑综合用电指标计算用电负荷，对其它如保留村则按人均综合用电指标法进行负荷预测。空调负荷的预测是通过不同类别建筑空调需求的调查统计，在对日逐时负荷分析的基础上，采用全年逐时冷负荷软件计算，在掌握一定统计规律的基础上，确定不同功能区域的空调合理同时使用系数[6]。

 

  但几年来的运行数据表明，空调实际使用负荷与预测负荷还是存在一些差距。

 

  3）具体分析区域内的地理环境、生态环境条件以及气象条件，因地制宜地选择区域内供冷供热等能源产品的供应方式。

 

  4）区域能源规划实施离不开国家能源政策、法规的支撑。2010 年3 月，广东省物价局批复对大学城投资经营管理有限公司等两家单位试行蓄冰电价，使得大学城区域供冷蓄冰运行具有合理的经济性；广州大学城分布式能源站的建设规划，一直得到省、市政府的关注和支持，为能源站的市场定位问题，省政府多次组织协调，认为能源站的建设是解决广东省乃至全国能源面临的效率、结构、安全、环境等问题所做的一次积极的探索和尝试[7]。2006 年省政府批复了《广州大学城分布市能源站供电改革试点方案》， 2008 年南方冰雪灾害造成部分城市大面积停电的现实，已使有识之士更加迫切地感受到分布式能源是解决区域能源供应可靠性的有效途径。考虑到区域供冷、分布式能源带来的环境效益和其它社会效益，政府如果在天然气价格上对其给予适当优惠，同时适当引导区域内用户使用分布式能源系统提供的产品，那将是对分布式能源的有力支持。因此，能源规划更期待国家政策、法规的突破。