山西高校新校區供熱方案研究

路廣英 李雙貴

1 高校新校區規劃概述

面向山西省轉型跨越發展、建設中部地區文化強省、再造一個山西的發展目標，為構建太原都市圈創新型核心區域、推動太榆同城化、在太原都市圈核心地帶形成新的經濟與文化增長點、提升文化教育產業地位、滿足山西省高校的發展需求，山西省政府決定建設山西省高校新校區。山西省高校新校區位于晉中市北部地區，規劃范圍南至現狀緯四街，北至規劃緯六路，西至規劃經一路，東至聶店西側邊界—中都北路，總用地規模9 890畝，合6.59 km2。

規劃以理工醫科院校和綜合性科研院校為主，以構建區域創新系統為目標，以教育和服務功能為核心，以有機聯系網絡為基礎，通過高校新校區建設促進文化交流與創意迸發，形成新的科技創新中心。

高校新校區是太原都市圈發展的重要功能組成，是太榆同城化的重要抓手，是太原都市區產業提升、經濟增長的科技智庫、創意基地。高校新校區位于太原都市區的中心位置，代表了都市圈未來的文化、生態、科技發展方向，故此，從形象上就樹立了其“文化之心、綠色之心、未來之心”三結合的形象定位。面向太原都市圈發展核心區域，集中優勢教育力量，整合先進科研力量，在太原都市圈的核心區域，打造一個中部地區一流的“智慧谷”，作為推動太榆同城化的重要抓手。

規劃范圍共容納10所校區，包括山西醫科大學、太原師范學院、晉中學院、太原理工大學、山西傳媒與藝術學院、山西煤炭學院、山西中醫學院、山西職工醫學院、山西建筑職業技術學院、山西交通職業技術學院。規劃總居住人口計算為11.51萬人，其中，學生11.39萬人，同時10%的教師約1.1萬人留宿校區。規劃就業人口為1.33萬人，主要為校區教師、科研人員、職工及管理服務人員。規劃區域總供熱面積為432萬m2，總熱負荷為216 MW。

2 高校新校區周邊熱源概述

晉中市現狀供熱方式有三種:分散鍋爐房、熱電聯產和區域鍋爐房供熱。熱電廠有兩座即位于108國道西側的寇莊恒能2×25 MW熱電廠和位于市區南部郭村國電榆次2×300 MW熱電廠。據晉中市城市和城郊供熱專項規劃，到2020年規劃面積將達到4 000萬m2(未包括高校新校區)，熱源主要為國電榆次熱電廠和瑞光熱電廠，分別供2 450萬m2和1 920萬m2。而高校區新增加430萬m2原規劃沒有包含，瑞光熱電廠既向太原供熱也向晉中供熱，無法滿足這么大負荷的增加。而高校新區為了環保和節約用地也不允許新建大型熱源廠，那么熱源問題就成了急需解決的重大問題。由山西國際能源集團氣化投資有限公司投資的長治到太原的煤層氣輸氣管線，年輸氣能力4.95億m3，管線的終點在晉中市的楊盤，為晉中市利用煤層氣提供了良好的發展空間。

3 熱源選擇

供熱熱源規劃應按照建設低碳城市的要求，注重使用清潔綠色新能源，不斷提高能源利用效率。低碳城市是指在城市空間內實行低碳經濟，包括低碳生產和低碳消費，建立資源節約型、環境友好型社會，建設一個良性的可持續的能源生態體系。低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，實質是高能源利用效率和清潔能源結構問題，核心是能源技術創新。

據此規劃區采用瑞光熱電廠作為主熱源，實行熱電聯產，提高能源綜合利用，達到節能、環保目標，供熱面積260萬m2。另外在局部區域采用分布式燃氣冷熱電聯供系統，該系統主要實行能量梯級利用，以煤層氣為一次能源，同時產生電能和熱(冷)能的分布式供能系統，供熱面積172萬m2，主要用于辦公、科技產業等對冷負荷需求大的區域，共設五座分布式能源站，分布于太原理工大學、太原師范學院、晉中學院、山西中醫學院及山西醫科大學內。每個站的供熱(冷)能力為30萬m2～80萬m2，單站占地面積約500 m2。

4 分布式燃氣冷熱電聯供系統分析

1)分布式燃氣冷熱電三聯供系統的技術發展背景。

分布式燃氣冷熱電三聯供技術引起廣泛應用與關注的時代背景使小型分布式供電方式成為電力工業新的發展方向，天然氣(煤層氣)在能源結構中占有越來越重要的位置，同時季節性缺電成為一種急需解決的能源供需矛盾，節能成為時代發展的主題之一。

2)分布式燃氣冷熱電三聯供系統的構成。

該系統主要由燃機設備和余熱利用設備構成，有多種組織形式。系統的基本組成燃氣冷熱電聯供系統由燃機設備和余熱利用設備構成，其中燃機設備是系統的核心，包括燃氣輪機、內燃機等。余熱利用設備包括余熱鍋爐、吸收式制冷機、換熱裝置、電制冷機、燃氣鍋爐等。燃機通過燃燒煤層氣發電后，產生的高溫煙氣送入余熱利用設備，冬季可用于取暖，夏季可用于供冷，還可生產生活熱水，驅動熱量不足部分可由補燃的燃氣進行供應。

根據項目的條件，聯供系統及其設備配置可作多種形式的變化，如可采用冰蓄冷裝置、蓄熱裝置、熱泵等，提高系統的整體能源利用效率。

3)分布式燃氣冷熱電三聯供系統的發展實例。

分布式能源在國內外已有了不少實際應用，并且發展潛力巨大。美國2003年DES/CCHP裝機容量56 GW，占總電力的7%;發電量310億kW·h，占總電量的9%。2010年達92 GW，占總電力的14%;規劃2020年達187 GW，占總電力的29%。日本至2003年CCHP裝機6.5 GW，其中建筑項目1.43 GW。英國2000年4.76 GW，到2010年發展至10 GW。

北京已建及在建CCHP項目:北京中關村國際商貿城一期(在建)，中國科技促進大廈(在建)，北京市燃氣集團監控中心(已建成投用)，北京次渠門站綜合樓項目(已建成投用)，奧運能源展示中心(在建)，中關村軟件園軟件廣場(在建)，清華問津國際公寓能源站(在建)，寶能熱力公司三聯供項目(在建)，培新業務樓三聯供項目(在建)，水利醫院三聯供項目(在建)，中關村國際生命醫療園(籌建)等。

上海已建及在建CCHP項目:黃埔中心醫院(已建成)，浦東國際機場(已建成投用)，上海交大軟件大樓(已建成投用)，上海舒雅良子健康中心(已建成投用)，閔行中心醫院(已建成投用)，上海理工大學(已建成投用)，上海天座大酒店(已建成投用)。上海計劃到2010年裝機量達300 MW，2020年裝機量達1 GW。

廣州已建及在建CCHP項目:廣州大學城(已建成投用)，廣東東莞鞋廠(已建成投用)，廣東鋁業集團(已建成投用)，廣東某藥業集團(在建)等。

4)分布式燃氣冷熱電三聯供系統的節能效益。

與集中式發電遠程送電比較，DES/CCHP可以大大提高能源利用效率。傳統的大型發電廠的發電效率一般為35%～55%;扣除廠用電和線損率，終端的利用效率只能達到30%～47%。DES/CCHP系統把發電排放的熱能，通過供熱或轉換后供冷，實現能源的多級利用，能源利用率可達85%，沒有或僅有很低的輸電損耗和輸熱(冷)損失，而傳統的輸配電路損耗高達10%左右。

DES/CCHP的梯級用能中建筑物能源需求的特點是暖通空調、熱水供應、電氣、炊事各占用能的比例為65%，15%，14%，6%，其中80%屬于低品位能量，目前多半采用燃料和電力，“高質低用”，屬于浪費。煤層氣用來燒水做飯，雖說是一種非常理想的清潔燃料，但就其熱量利用效率來說是極其不合算的。利用煤層氣產生的高溫煙氣來加熱熱水，達到80℃ ～100℃，從熱力學第二定律計算可知其利用效率極低。作為民用燃料又不得不使用。作為工業燃料直接燒鍋爐，將大量熱能浪費在煙氣中，更是極不經濟的做法。所有的能量一旦從高品位降到低品位，就很難再回收回來，這就是能源在質量意義上的浪費。充分利用燃料的火用值不但是節能的關鍵，也是節錢的關鍵。

煤層氣作為能源利用的最高效率是電熱冷三聯供。從熱力學第一定律來說，它的節能原理就是能把能量吃光榨盡。從熱力學第二定律的角度來說，它充分的利用了高品質的能量，同樣在能量質的角度起到了節能效果。

燃氣冷熱電聯供系統根據“溫度對口、梯級利用”的原則，盡可能按照需求提供各子系統的輸入:高品位熱能(＞450℃)優先用于動力系統發電;中品位的熱能(溫度約在170℃ ～450℃)用于對口的中低溫區域的熱力循環系統;低品位的熱能(溫度一般低于170℃)用于低溫區域的熱力循環系統提供吸收式低溫熱量的過程。將燃氣發電、供冷、供熱有機結合，梯級利用一次能源，其能源利用率將會比各種形式的熱電聯供高。

煤層氣在燃氣輪機里就有30%～40%的能量轉化為電能，一次轉化的效率就高于一般火電廠的鍋爐蒸汽輪機機組的效率。再加上排出高溫煙氣產生的高溫高壓蒸汽進入蒸汽輪機電，使能量利用率達到60%以上。剩余的能量還可以用來制冷，產生熱水，用于各種不同能級的用戶，系統能量梯級充分利用，使能量利用率達到80%以上的最高境界。這便是煤層氣電熱冷三聯供的功能價格比燒煤還有競爭力的根本原因。

5 結語

高校新校區建設目標是建設成為國內先進水平的節能、環保、低碳、生態的可持續發展建設實踐區和城鎮化示范區;成為體現先進建筑科技、建設科技的展示區;成為體現地域文化特征和時代風貌的觀光游覽區。通過新技術應用爭取國家更多的節能環保政策及資金支持。因此在高校新校區部分區域建設煤層氣分布式能源示范項目不僅可以取得較好的經濟效益，還可以取得良好的社會效益，為我省的節能減排和環境保護做出一定貢獻，也完善了高校新校區的建設目標。

［1］ 趙廣忠.關于陽泉市市區供熱運行方案的探討［J］.山西建筑，2011，37(9):130-131.