華晨寶馬新世代工廠零碳供熱方案探析

鄒 崴， 劉 佳， 耿金雨

（沈陽中燃分布式能源有限公司， 遼寧 沈陽 110000）

1 項目建設地周邊可利用資源分布情況及寶馬需求情況

為實現華晨寶馬要求2025 年之前廠區供熱供冷系統溫室氣體零排放目標，結合本地區資源稟賦，充分挖掘周邊清潔能源資源，結合清潔能源高效利用技術（地熱梯級利用技術、熱泵技術、固體電蓄熱技術等），為華晨寶馬鐵西廠區提供清潔、綠色、環保的熱（冷）源供給。具體見表1。

表1 擬采用技術技術方案及調查結果

2 能源分類稟賦及熱負荷分配

2.1 供能形式

項目能源方式設計采用“電蓄熱鍋爐調峰+復合式再生水源熱泵供熱供冷系統+電蓄熱鍋爐調峰+中深層地熱資源補充”的。其中再生水源熱泵系統提供廠區50%的基礎熱負荷，負責把回水溫度從40 ℃加熱到55 ℃；電蓄熱鍋爐串聯運行，負責將水溫從55 ℃加熱到80 ℃，負擔45%的調峰熱負荷，在嚴寒期采用深層地熱水進行混水補充，預計負擔5%的熱負荷。具體見圖1。夏季采用電蓄熱機組蓄熱供熱，熱泵機組供冷的運行模式。

圖1 不同供暖形式熱負荷分配

2.2 系統形式

本方案再生水源熱泵系統設計為間接換熱的形式：在南側污水處理廠下游建設再生水提升泵站處建設能源中心機房，從排水口取再生水經再生水換熱系統換熱后再退回到原有排水系統；換熱后的循環水經管線輸送至能源中心機房水源熱泵機組；熱泵機組所制取的熱水（或冷凍水）再經管線輸送至寶馬動力總成工廠換熱站。

2.3 能源中心機房

按滿足項目總熱負荷需求進行詳細設計，為后期項目擴建預留設備位置及管線接口；再生水換熱系統按污水處理廠日污水處理量12 萬t/d 的換熱量進行設計；污水源熱泵機組設計供熱能力12 MW。

2.4 主干管線

能源中心機房至寶馬廠區換熱站供熱供冷主干管線，按蓄熱放熱能力10 MW 設計，并設計2 MW 混水裝置。

3 系統組成

本方案規劃設計一個獨立的能源中心機房及電蓄熱鍋爐房。能源中心機房內主要包括再生水調蓄水池及取退水系統、再生水換熱系統及再生水源熱泵供熱（冷）系統；電蓄熱鍋爐房內為電蓄熱鍋爐調峰供熱系統。

3.1 再生水調蓄水池及取退水系統

再生水擬從現狀再生水提升泵站內調蓄水池取水，經提升泵輸送到再生水換熱系統，經換熱后的再生水再退回到原排水系統。再生水換熱系統主要包括自清洗過濾器、板式換熱器、再生水提升泵、換熱循環泵等主要設備及附件。

為保障系統運行的安全性，在再生水進入換熱器前，設置自動反沖洗過濾器，換熱器配備自動清洗裝置，以解決再生水中所含雜質、懸浮物對換熱器可能造成的堵塞、附著、結垢等影響換熱器的正常使用的問題，以提高換熱器的換熱效率。

3.2 固體電蓄熱系統

對比其它儲熱方式，固體儲熱單位具有體積儲熱密度大，占地面積小等特點；固體介質無壓儲熱，安全可靠，對安裝場地沒有特殊要求和限制；運行無需耗材，故障率極低，日常維護量極小，儲熱體有效壽命可以達到20 年以上；設備自動運行，人工管理成本極低。

3.3 換熱系統

因為再生水水質滿足A 排水，再生水水質對板換的影響主要有三種：腐蝕、結垢及堵塞、微生物沉積生長，板換材質需滿足水質要求，以確保系統運行安全可靠。

根據已了解的水質情況及相關工程經驗，一級排放水中氯根和硫酸根含量較少，對于不銹鋼材料不構成腐蝕威脅，因此本項目初步選擇性價比高的板換板材不銹鋼316。

板式換熱器設有反沖洗管路，定時切換水流進入板換的方向，進行板換的自動反沖洗；采用板式換熱器在線清洗系統，定期對板換進行在線自清洗，該系統短時間內可恢復板換換熱效率90%，可保證換熱器持續的高換熱效果。

3.4 循環水泵組

再生水提升泵、換熱循環泵與板式換熱器為一一對應關系，根據板換開啟的臺數，對應開啟提升泵及換熱循環泵臺數。在冬季再生水溫較高的情況下，或夏季中出現的再生水溫度較低的情況下，可酌情減少兩側水泵的開啟數量以降低水泵電費。

3.5 供熱管網

機房間現有道路下均設有管廊，部分管廊內有熱力倉，部分管廊內無熱力艙。本工程熱水管網擬采用設計供/回水溫度為78 ℃/42 ℃，供水管道采用自然補償方式進行敷設，回水管道采用無補償方式進行敷設。

3.6 熱泵混水系統

考慮現有8 口水源熱泵井及2 口中深層地熱井，目前工作正常，通過在現有機房增設循環泵改造的方式，將井地熱水送至能源中心一側進行混水運行，現有其它設備不變。

3.7 智慧能源管理系統

清潔智慧能源管理系統是基于物聯網技術應用的管控一體化平臺，獲取了從一次能源、換熱站、管網、能源中心機房到末端用戶的整個供熱/冷系統的全景信息。建立能源數據云平臺。

基于云平臺，可以實現能源管理、協調優化、交易結算、社會服務；實現供熱/冷系統的整體節能優化；提高供熱/冷系統的管理水平。

4 結論

本工程設備多，運行工況復雜，參數提取及整理難度大。而且設備安裝在相距較遠的機房內，必須采用集中控制系統，與能源中心機房系統進行聯動，根據使用情況的變化進行實時調整，減少站房系統的輸出，降低能耗。

如果將污水源換熱機組設置在污水處理廠下游，取消調水池及取退水系統，系統效率會下降，整體投資也會大大下降，同時減少寶馬環保壓力。但是污水源熱泵機組所采用的電能不是綠電，需要在污水源熱泵機房配建3 MW 綠電設施。采用直接連接的方式進行換熱，熱力系統整體熱效率會提高至少2%。