重慶某新區可再生能源規劃分析

張桂玲 陳 靜 楊 柳

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重慶某新區可再生能源規劃分析

張桂玲 陳 靜 楊 柳

（重慶大學 重慶 400045）

能源安全是全球發展過程中面臨的重大問題，區域能源規劃是當前實現城市低碳目標的重要舉措。以重慶某新區為例，分析規劃區能源需求，根據可再生能源分散性，域性特點，對可再生能源及清潔能源進行合理規劃，建立多能互補的能源供應體系，分析其節能環保效益。

可再生能源；節能效益；環保效益

0 引言

我國是世界最大的發展中國家，在能源生產和能源消費的結構中，常規能源占總能耗的90%，在發展過程中表現出對常規能源的過分依賴[1,2]。我國的風能、水能、太陽能等可再生能源儲量豐富，具有較大的節能優勢。當前全面倡導節能減排的大背景下，區域可持續低碳發展成為能源規劃的基本思路，而目前對于區域可再生能源的利用大部分停留在概念性分析階段，實用性有待提高。

本文以重慶某新區為例，結合該地區的地形地貌特點和當地的氣候資源，從該區的能源需求、能源分配情況入手，通過對規劃區不同功能區域的能源需求分析，合理地進行能源規劃，實現可再生能源多能互補，為以后的區域能源規劃提供參考。

1 新區概況

圖1 規劃區總體布局圖

圖2 組團分布圖

規劃區位于重慶南部，對距離主城區約50公里，總體規劃布局見圖1。該區總面積約26平方公里，于2010年開工建設，預計2020年全部建成。圖2是根據區域功能不同對規劃區進行分區的示意圖，各個組團的能源需求各不相同，自然能源分配情況不同，能源配置也不盡相同。

2 規劃區的能源需求

本文分別從城市居民生活常用能源消耗方面對規劃區的能源需求進行分析，主要包括空調用能、生活熱水用能、居民生活用電及生活燃氣的消耗。

（1）規劃區地屬我國典型的夏熱冬冷地區，夏季“高溫高濕”，冬季“潮濕寒冷”，該地區建筑夏季存在空調需求，冬季存在供暖需求，且全年以空調需求為主導。本文采用面積指標法對規劃區的冷熱負荷進行評估，公共建筑的空調供暖面積按建筑面積的90%、對于不采用集中供暖的居住建筑，其分體空調供暖面積按照建筑面積的70%計算，冷熱負荷指標參照相關規范進行取值。計算得出各個組團的公共建筑、居住建筑冷熱負荷見圖3，規劃區總的冷負荷為752.37MW，熱負荷為311.42MW。

（2）采用生活熱水指標法計算生活熱水負荷，參照相關規范選取生活熱水指標，對各組團的生活熱水負荷計算結果如圖4所示，計算得出規劃區域內生活熱水總負荷為463.12MW。

（3）采用負荷密度法計算規劃區用電負荷，計算結果見圖5。隨著建設進程推進，每年的用電負荷不同，規劃區建設完成至2030年，用地負荷達到181.17MW。

（4）燃氣負荷

對于燃氣負荷的計算，不同功能的建筑計算方法不同。對于居住建筑燃氣負荷，根據居民人均耗熱指標預測，取值2300MJ/(人·年)，氣化率取100%；對于公建商業類建筑，公建耗熱量按居民用氣耗熱量的30%計算；對于燃氣汽車，根據每百公里耗氣指標進行計算，天然氣熱值為35.544MJ/m3，統計出新區公交車、環衛車、出租車等汽車數量，可以計算出燃氣汽車所耗得天然氣量。

計算得出，規劃區域內年用氣量為3315萬m3，年平均日用氣量9.08萬m3/日，高峰小時負荷為15500m3/h。

圖3 各個組團的冷熱負荷

圖4 各個組團的生活熱水負荷

圖5 用電負荷

3 能源規劃的原則和目標

能源供應的中斷將給城市經濟帶來極大的損害，能源供應安全性是能源利用的首要問題。“因地制宜，科學合理，系統優化，經濟適用”是能源規劃中的基本原則，“開源節流，溫度對口，梯級利用，多能互補”是能源規劃的技術思路[3]。結合地方能源優勢，充分利用可再生能源，實現建筑節能、低碳減排是能源規劃的目標[4,5]。因此，本規劃區堅持以下的能源規劃原則：

（1）堅持區域可持續發展：新區的能源規劃應根據自身特點，結合總體布局，最大限度的利用區域內太陽能、風能、地表水、淺層地熱能等可再生能源，從能源的可供性和生態環境的承載能力綜合分析，優化能源結構，保障社會可持續發展。

（2）節約能源：積極推廣節能技術，降低建筑能耗，推動節能型社會的建設。

（3）因地制宜：結合規劃區地形地貌特點，充分依托地區資源優勢，提高能源利用效率，確定科學合理的能源利用形式，實現多元化可持續的能源供給。

4 規劃區能源利用技術

4.1 規劃區能源現狀分析

（1）規劃區太陽能分布情況

地方太陽能資源的分布情況的評價指標主要包括兩個參數，即太陽能的豐富性評價與穩定性評價。中國氣象局發布的《太陽能資源評估方法》中對太陽能資源的豐富程度進行可劃分，標準見表1。對于太陽能資源穩定程度用各月的日照時數大于6h天數的最大值與最小值的比值表示，穩定度等級的判定標準見表2。

表1 太陽能資源豐富程度等級分布圖

表2 太陽能資源穩定程度等級分布圖

根據規劃區的氣象數據顯示規劃區的太陽總輻射量為848.30kW·h/(m2·a)，年太陽輻射量為3053.89MJ/(m2·a)，屬于“太陽能資源四類地區”。規劃區太陽能資源一般，經計算可知規劃區太陽能資源穩定程度指標為1.11，太陽能資源穩定地區。

根據本次規劃區的地形地貌特點及太陽能的分布情況，考慮采用利用太陽能制備生活熱水、利用太陽能光伏發電。對于居民建筑，生活熱水50%的熱量由太陽能熱水系統提供，其余由電加熱器輔助提供；對于公共建筑，熱水負荷的30%由太陽能熱水系統提供，其余由空氣源系統、江水源系統提供。太陽能光伏發電的光伏光熱模塊面積商業建筑占地面積的2%計算，光電轉換效率按8%計算，由此可確定各組團光伏發電系統光伏光熱模塊面積和年發電量，用于滿足部分用電需求，不足的部分由外網提供。通過對規劃區太陽能的合理利用，能夠取得可觀的節能效益。

（2）地表水資源

地表水源熱泵系統是利用地球表面的河流、湖泊或水池中的低位熱能資源，采用熱泵原理，通過少量高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。水源熱泵的工作原理是由電能驅動壓縮機，使工質反復在蒸發器中氣化吸熱、在冷凝器中液化放熱，實現熱量的交換和傳遞，并通過閥門完成工況的切換。相比于空氣而言，地表水溫度較為穩定，冬季比室外氣溫高，夏季比室外氣溫低，是一種比較理想的低位熱源。

綦江是一個依山傍水的城市，規劃區被三河圍繞，分別是綦江河、通惠河、登瀛河。本次能源規劃中，為了充分利用可再生能源，減少傳統化石燃料使用比例，可在三大河流附近的公共建筑群中采用地表水源熱泵空調技術，在提高系統能效的同時節約能耗，提高可再生能源利用率。但由于系統水量限制并考慮溫排水對江體水生植物的影響，本規劃中考慮采用復合式系統，利用江水源熱泵技術的同時，采用其他技術配合使用。

（3）空氣能

熱源塔熱泵是一種以空氣為熱源，通過塔體與空氣的換熱作用，實現制冷、供暖以及提供生活熱水等多種功能的新設備。規劃區地屬夏熱冬冷地區，夏季“高溫酷暑”，冬季“低溫高濕”，有利于熱源塔熱泵在全年均能保持較高能效運行，有效解決了風冷熱泵夏季制冷能耗高，冬季換熱器易結霜所導致COP值低的問題。本次能源規劃中，將重點突出熱源塔熱泵技術的應用，在地源熱泵使用條件受限的地方，采用熱源塔熱泵作為各組團區域供冷供熱方案的主要冷熱源之一。

4.2 規劃區供冷供熱系統配置

表3 各組團區域供冷供熱方案

表4 規劃區能源供應比例

根據地形地貌及能源分配特點，規劃區采用區域供冷供熱系統，滿足規劃區的冷熱需求。即由一個或多個能源站集中制備熱水、冷水或蒸汽等冷熱媒介，通過區域管網輸配到各單體建筑內，提供給用戶，具體規劃方案見表3。規劃區能源配置見表4，可再生能源比例占16.08，國家《可再生能源中長期發展規劃》中要求對可再生能源使用率大于15%可見規劃區的能源配置情況符合我國可持續發展的戰略方針，有利于推動該地區經濟和環境的協調發展。

5 節能與環境效益分析

對于規劃區能源系統節能環保效益的分析，分別采用系統的節電量、CO2排放量作為節能效益與系統環保效益的評價指標。計算過程中，電力折算標準煤系數取1.23噸/萬kWh，認為1噸標煤燃燒時會產生2.4567噸二氧化碳。通過計算，得出通過合理配置得出的供熱系統、供冷系統、通過太陽能光伏發電每年的節電量、每年節約的標準煤量、減少的CO2排放量見圖6。

（1）太陽能熱水系統的節能環保效益

規劃區采用太陽能熱水系統制備生活熱水，每年節約的電量為8632.48kWh，相當于每年節約標準煤10618噸，減少CO2排放量26085.12噸。

（2）太陽能光伏發電節能環保效益

規劃區采用太陽能光伏發電，年發電量為138kWh，相當于每年節約標準煤169.75噸，減少CO2排放量417.03噸。

圖6 系統節能環保效益示意圖

（3）熱源塔系統的節能環保效益

規劃區通過熱源塔技術，每年節約的電量為12670.23kWh，相當于每年節約標準煤15584.39噸，減少CO2排放量38286.18噸，可見該技術有相當大的節能潛力。

（4）江水源熱泵系統的節能環保效益

規劃區三大河流附近的公共建筑通過采用江水源系統與冷水機組的復合式系統，每年節約的電量為2794.96kWh，相當于每年節約標準煤3437.81噸，減少8445.66CO2排放量噸。

（5）供氣節能環保效益

一般燃氣灶具的效率為50%，本規劃區域內，民用燃氣灶具均采用節能型燃氣灶具，效率高于60%。根據燃氣用氣指標以及耗熱量需求，計算得出采用節能型灶具每年能夠節約的天然氣量776.57萬m3天然氣，相當于節約9429.87噸標準煤，CO2排放量減少2.32萬噸。由此可見，通過提高燃氣灶具效率可以具有顯著的節能效益。

[1] 中華人民共和國統計局.我國歷年統計年鑒及相關統計數據[EB/OL]. http://www.stats.gov.cn/, 2011-04-01 [2013].

[2] 張麗峰.中國能源供求預測模型及發展對策研究[D].北京:首都經濟貿易大學,2006.

[3] 羅磊,馬宏權,郁松濤,等.武漢東湖國家自主創新示范區能源規劃案例分[J].暖通空調,2011,(12):1-6.

[4] 劉貞,張希良,閻建明.區域可再生能源規劃理論研究[J].中外能源,2011,(3):36-40.

[5] 劉貞,張希良,高虎,等.區域可再生能源規劃基本框架研究[J].中國能源,2010,(2):38-40.

Energy Planning Analysisof Renewable Energy of a New District in Chongqing

Zhang Guiling Chen Jing Yang Liu

( Chongqing University, Chongqing, 400045 )

Energy security is a major issue facing the global development, regional energy planning is an important measure of the current implementation of urban low-carbon objectives. This paper analysis the energy demand of a new district in Chongqing. According to renewable energy dispersion, regional characteristics of renewable energy and clean energy, proper planning can complement a multi-energy supply system to analyze its economic and environmental benefits.

Renewable energy; economic benefits; environmental benefits

1671-6612（2016）05-557-04

TU83

A

張桂玲（1990.11-），女，在讀碩士研究生，E-mail：461816649@qq.com

陳 靜（1968.08-），女，副教授，E-mail：chenjing7716@126.com

2015-06-09