含水層儲能承擔基礎冷熱負荷的 可再生能源站規劃方案

文_陳北領 中能建地熱有限公司

1 項目背景

習近平主席在第七十五屆聯合國大會上鄭重承諾中國將努力爭取2060年實現碳中和目標，為中國未來低碳轉型促進經濟高質量發展、生態文明建設指明了方向、明確了目標，也提振了全球應對氣候變化的信心?！吨腥A人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》指出“十四五”及未來時期，我國要加快構建現代能源體系。推進能源革命，建設清潔低碳、安全高效的能源體系，提高能源供給保障能力。因地制宜開發利用地熱能。加快發展非化石能源，建設一批多能互補的清潔能源基地，非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右。《國家能源局關于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》中將可再生能源供暖作為區域能源規劃的一項重要內容，在可再生能源發展目標中應明確供暖發展目標，根據當地資源稟賦和用能需求推廣可再生能源供暖技術。在城市更新、城鎮新區、產業園（區）的規劃建設過程中，做好可再生能源供暖與城市發展規劃的銜接，促進可再生能源與常規能源供暖系統融合。因地制宜推廣各類可再生能源供暖技術。積極開發淺層地熱能供暖，經濟高效替代散煤供暖，在有條件的地區發展地表水源、土壤源、地下水源供暖制冷等。對于漢江東岸遠景規劃要求非常高的襄陽市東津新城，在能源規劃設計引入碳中和理念、充分利用漢江流域豐富的淺層地熱能地下和地表水資源，符合東津新城實施生態引領策略，構建城市新型生態基礎設施系統的戰略定位，是襄陽市實現節約發展、清潔發展、安全發展和可持續發展，建設資源節約型和環境友好型社會的高度體現，可為打造綠色生態宜居新城提供穩定的清潔能源供給，因地制宜的利用含水層儲能和其他可再生能源技術，推動淺層地熱能碳中和相關技術的落地實施，推進能源綠色低碳發展。本文介紹東津新城含水層儲能承擔基礎冷熱負荷的可再生能源站供能規劃方案。

2 項目概況

襄陽東津新城位于襄陽中心城區的東部，按照218km2、167萬人口規模，全域構建“一核兩軸五廊兩園九區”的空間布局；起步區按照34.6km2、40萬人口規模規劃設計，構建“一核三區三軸五帶”的空間結構。在持續、健康、快速發展建設生態宜居新城發展目標的背景下，利用該地區現有的豐富的可再生能源進行清潔能源供冷暖系統的開發、利用，有著積極的社會意義和巨大的經濟效益。淺層地熱能作為來自地球內部的清潔、穩定的非碳基能源，其規?；_發利用可以支撐生態宜居新城的低碳發展，助力碳達峰碳中和目標的實現。

2 自然資源

2.1 地表水資源

東津新區西臨漢江，北臨唐白河，具有較優勢的地表水資源；王家河西取漢江，東至唐白河，呈南北走向穿越了整個東津新區，漢江在襄陽市境內流域面積17357.6km2，多年平均入境水量368.6億m3，出境水量436.9億m3。臨地表水區域均為江水源熱泵提供了天然優勢的水資源環境。

2.2 地下水資源

漢江一級階地的含水巖組結構松散，富含孔隙潛水，水位埋深一般在3～8m，滲透系數9～30m/d，鉆孔單位涌水量111～518m3/d，換成單井涌水量1300～2700 m3/d（按8寸口徑，5m降深統一換算），富水性級別為豐富。本項目地下水資源的分布情況，屬于漢江一級階地，地質條件較好，具有埋藏淺、水質好、水溫恒定變幅小、補給條件優越等優勢，地下水資源豐富，根據觀測數據，水溫最低為16.5℃，最高為19℃，一般溫度為18.5℃左右，溫差變化不大。對發展含水層儲能技術十分有利。

2.3 污水資源

根據襄陽市城市的總體規劃，規劃新建的東津污水處理廠處理規模 3.5萬t/d，用地 8.75萬m2。

2.4 地熱資源

《湖北省可再生能源發展“十三五”規劃》該規劃還提出要開發地熱能，在全省范圍內劃分武漢城市圈、宜荊（州）荊（門）地區、襄十隨地區、恩施自治州和神農架林區四大片區，建成470座地熱分布或集中制冷供熱站，服務建筑面積約1億m2。同時，選擇武漢、襄陽、十堰等供暖需求較大的城市作為重點區，建地熱區域集中供暖站。

2.5 資源分析

結合已有資料分析，本項目規劃區域緊靠漢江，地表水資源豐富。漢江一級階地的含水巖組結構松散，富含孔隙潛水，地下水資源豐富，并且具有地熱資源和污水源可以利用。項目整體適宜應用水、地源熱泵系統，對淺層、深層地熱能資源進行開發利用。

3 能源規劃

根據葛店科技城區域性水文地質條件分析，可利用資源豐富，可根據各規劃區域建筑功能需求融合“生態城市”和“智慧城市”理念，結合自然資源條件規劃清潔能源供冷暖系統為主的分布式能源體系。同時從經濟性、穩定性、可操作性等方面進行綜合分析，比選出最適合具體區塊的資源利用形式和清潔能源供冷暖系統方案，有效滿足新城的供冷暖需求，服務于綠色生態科技新城的建設。

3.1 規劃原則

從綜合能源規劃的角度考慮城市能源市政設施（供熱、供冷）系統的高效利用和配置，充分利用區域內的資源條件，采用新型可再生能源和常規能源、集中式能源系統和分布式能源站相互銜接、相互補充的能源利用模式，確?？萍夹鲁悄茉垂陌踩煽俊⒕G色經濟、循環可持續。規劃科技新城將發展以淺層地熱能可再生能源的綜合利用為主，傳統能源供冷調峰為輔的復合式能源系統。通過低能耗建筑的建設，優化能源供給系統，實現低采暖空調能耗和較低電耗。

3.2 可選用能源系統分析

通過對葛店科技新城區域可利用清潔能源冷暖技術形式進行了分析，主要有以下幾種技術模式，詳見表1。

表1 能源系統技術模式比較表

根據葛店科技新城一核心五組團的布局以及各組團建筑功能，選擇適宜的清潔能源供冷暖技術模式優先規劃。綜合服務核心組團優先使用地表水源熱泵和地下水源熱泵技術模式（AB）。北部綜合產業組團優先使用地表水源熱泵、地下水源熱泵、污水源熱泵和地源熱泵技術模式（ABCD）。藥谷產業組團優先使用地下水源熱泵和地源熱泵技術模式（BC）、電商產業組團優先使用地下水源熱泵、地源熱泵、燃氣冷熱電三聯供和冰蓄冷空調調峰技術模式（BCEF）、綜合服務組團優先使用地表水源熱泵、地下水源熱泵和地源熱泵技術模式（ABC）、五四湖生態組團優先使用湖水源熱泵、地下水源熱泵和地熱梯級利用技術模式（ABG）。

3.3 能源利用優先級

綜合各種清潔能源供冷暖系統全壽命周期的綜合成本，開發利用過程中在兼顧安全可靠和綠色環保的基礎上，以成本控制為主要控制項，臨水的公共管理設施用地及商業服務設施用地優先考慮地表水源熱泵技術；密度相對低的公共管理設施用地及商業服務設施用地可考慮應用地下水源熱泵和地源熱泵；靠近燃氣供應源的密度大的公共管理設施用地及商業服務設施用地優先發展冷熱電三聯供系統；靠近污水處理廠主管道的公共管理設施用地及商業服務設施用地可考慮應用污水源熱泵，詳見表2。

表2 潔能源利用優先級

3.4 能源站選址

根據項目區的總體規劃，建議以分布式能源站為主要能源供給模式，分布式能源中心產生的冷量或熱量通過管道傳輸到各個建筑中，分布式能源站的選址應符合項目區的整體規劃要求，盡量建設在負荷中心區處，最遠供能距離宜控制在1500m以內，以減少冷熱水的輸送能耗及動力損耗。

作為能源傳輸的環節，配套供能管網造價占區域供能系統的10%～15%。供能距離越遠，工程總體造價和后期運行成本越高，因此供能距離是評價區域供能工程是否經濟合理的重要指標之一。根據同類項目經驗，不同供能距離下，分布式區域供能與分散式供能的經濟性對比如圖1所示。

圖1 不同管網距離的區域供能經濟性比較圖

3.5 能源系統利用比例

建設運營類供冷暖項目，建設方對系統的總投資分為兩部分：前期投資（初投資）、后期投資（運行費用）。

根據美國制冷空調協會的統計，建設方對中央空調系統的前期投資約占總投資的20%～30%，后期投資占70%～80%。前期投資只是冰山一角，只有初投資和運行費用達到最佳結合點，才能為建設方帶來最佳的投資收益和運行效果。根據同類項目經驗，規劃在復合式能源系統中淺層地熱能清潔能源供冷暖系統的比例不低于70%，以接近或達到初投資與后期運行費用的最佳結合點。

3.6 經濟社會效益

本區域96km2范圍內利用地熱能為主的清潔復合能源供能系統可以滿足3000萬m2建筑面積的供冷、供熱需求，比傳統能源供能方式年二氧化碳減排150億t、年節約運行成本15億余元。

4 結語

對目前的可再生能源利用技術及發展經驗進行分析，同時結合本區域的地熱能等可再生能源儲量，選擇合理的發展模式，考慮可再生能源利用技術及經濟發展的不確定因素，以理論儲量為依據，疊合區域自身的應用限制條件，通過采取不同的技術措施和成本投入形成不同的利用情景，獲得本區域的資源可利用量數據，并最終得出合理的可再生能源利用方案?？稍偕茉吹囊巹澖ㄔO為生態城市規劃提供技術支撐，為城市的可持續發展打下了基礎。