1、对南方地区 区域能源系统方式的思考江亿清华大学建筑节能研究中心巴黎协定：升温不超过2K的碳排放控制目标2050年全球碳排放总量不超过150亿吨2煤炭占总能耗的比例世界主要国家能源结构变化历史煤炭时代从煤炭向油气过渡油气时代美国率先煤改油3我国政府已经批准巴黎协定 全球2050年之前碳排放总量下降到150亿吨/年 我国现在碳排放总量已超过100亿吨/年 到2050年我国可以得到的碳排放额度应该在3035亿吨/年之间 如何在33年之后，使我国碳排放总量下降三分之二？4世界主要国家的低碳规划 欧盟：碳排放：与1990年相比，到2050年减排80-95%；可再生能源：2030年达到27%。丹麦：碳排放
2、：2050年实现零碳；可再生能源：2050年全部使用可再生能源；芬兰：碳排放：与1990年相比，到2050年减排80%；可再生能源：2050年占用能比例高于60%；德国：可再生能源：2050年可再生能源发电比例高于50%；瑞典：可再生能源：2020年可再生能源发电比例高于50%。中国：中国：2030年之前碳排放达到峰值年之前碳排放达到峰值 2030年可再生能源达到总能源年可再生能源达到总能源20%以上以上5国际油价持续下降的原因我国实现低碳能源的途径 由“煤炭”时代向“油气”时代过渡？目前天然气占我国能源总量5%，发达国家为30%40%我国目前天然气对外依存度30%，要加大天然气用量只能加大进
3、口 由目前的“煤炭能源”转向“天然气能源”需要巨额基础设施投资 我国目前在燃煤的清洁高效利用领域的技术处世界领先水平 用1015年时间建成“油气能源”，然后再用1520年时间向低碳能源转型？集中人力物力，直接向低碳能源转型？弯道超车，与发达国家同步进入低碳和零碳能源时代 变我国“缺气少油”的不利条件为促进可再生能源发展的有利条件 延缓煤炭时代，完成城镇化“楼、路、桥、坝、能”高能耗基础设施建设任务 避免“油气能源”基础设施的重复建设和重复投资6能源供给侧革命 从煤炭时代转向“油气时代”还是“可再生与低碳能源”？实现可再生与低碳能源的关键 充分发展可再生能源：光电、风电、水电 充分发展核电 供给
4、侧的不确定性与需求侧响应的消费模式，缓解源侧不确定性影响 怎样向新的能源结构过渡？何为“分布式能源”？作为灵活电源的调节特性？热电联产、冷电联产的强耦合特性热电联产与冷电联产 热电联产是最好的能源转换方式 燃煤热电联产分析 燃气-蒸汽联合循环方式的分析 内燃机热电联产方式分析 热电联产的热电耦合问题 热电比的调节是困扰热电联产技术的关键：技术不断改进的原因 工业热用户是热电联产的最佳负荷 民用建筑供暖是否合适取决于负荷特性 热电冷四管三联供在条件适合时是最好的方式 发达国家模式，但是四管制需要什么负荷特点？冷电联产合适吗？冷电联产的能源转换效率热电机组1 kgce2.3 kWh电力3.5 kW
5、h蒸汽1.8kWh 乏汽燃气轮机余热锅炉汽轮机组3.8 kWh电力1.2 kWh电力2.5 kWh蒸汽1m3气2.3kWh 余热内燃机1m3气4 kWh电力3 kWh烟气3 kWh缸套水冷与热的区别 负荷特性的差别：为什么要供暖要连续而空调要间歇？分布特性与同步性上冷热之间的巨大差别 需要的热量品位上的差别：供冷：除湿59，降温1519，冷却端30时：25K/15K 供热：热源温度4055，环境温度0时：55K/40K 热量传输上的差别：供回水温差：供冷5/12 供热120/50，55/35 循环泵电耗：供冷：3%10%，抵消冷量；供热：1%5%，转为热量 热源与冷源的差别 低品位热量（308
6、0），可作为供暖热量，但很难驱动吸收机制冷 制冷需要相对高品位的热能历史的经验和教训 北方供热改的经验和教训 分户计量据说是从欧洲引进的先进模式 十八年的供热计量改革几乎无成效，问题：热量需求不均匀，邻室传热 欧洲大都是“一栋一表”，很少“一户一表”！发达国家都推广采用热电冷三联供了吗？美国：大学校园，军事基地等采用集中供热、集中供冷 日本：除新宿等项目接近100万平米，绝大多数为几十万平米、商建 北欧：瑞典、丹麦、芬兰，有较完善的集中供热，但仅很小规模供冷 外温最高温度不超过26，相对湿度不超过60%，为什么供冷？北方集中供热的经验 为什么采用集中供热 集中供热收费制度是历史的沿革 目前集中
7、供热系统的热损（5%20%）、电损（14kWh/m2）、和过量供热率（20%）北方分散供热的案例：燃气供热分散8m3，集中11m3，分散空气源热泵2040kWh 目前清洁供暖规划 北方居住建筑夏季空调现状 北方夏季空调集中方式与分散方式的差异：居住建筑，办公建筑案例：住宅能耗差异巨大12案例:宅能耗差异巨大13The measured energy consumption of AC in every units of a residential building in Beijing,2006,split unit办公建筑VRF与不同方式的集中空调系统电耗对比1414南方采暖设备形式调研 2
8、013年冬季采暖行为和形式调研（上海、南京、南昌、重庆等）调研了长江流域761户居民家庭设备使用情况，拥有分体空调的家庭占85%，拥有局部采暖设备的80%，小区集中供暖的不到1%。050100150200250无1个2个3个4个5个以上户数家庭分体机个数050100150200250300350400电热毯暖水袋暖风机油汀暖脚器户数各类局部采暖设备的拥有情况 0.3%0.4%2%9%14%61%1%1%8%2%0100200300400500小区集中小区集中+其他户式集中设备局部设备分体空调分体+局部户式集中+分体户式集中+局部各类设备都有无采暖设备户数长江流域居民家庭采暖设备形式 （样本数7
9、61）目前室温水平及能耗状况 长江流域住宅实测案例的冬季采暖电耗平均约为3kWh/m2，最大值为14 kWh/m2，但远小于北方约50kWh/m2的采暖电耗 且不同居民之间的采暖使用方式也存在明显的差异0246810121416采暖能耗采暖能耗 kWh/m2.a上海 1上海2苏州2上海3杭州4南京5目前室温水平及能耗状况 长江流域冬季采暖时室温大致维持在15-18，而不采暖时室温约为8-16。北方地区居民普遍有冬季进门脱掉外套的习惯 长江流域地区的室内外温差较小，居民室内外着衣量差异不大2012年上海调研测试数据目前室温水平及能耗状况 但如果采暖连续运行，则大多数可达到较高室温。0246810
10、12141618201月21日1月23日1月25日1月27日1月29日1月31日2月2日2月4日2月6日2月8日2月10日2月12日2月14日温度温度/，含湿量，含湿量g/kg干空气干空气时间时间 室外温度室内-客厅室内-主卧室内-书房2013年冬季调研测试，合肥案例采暖运行方式调研 长江流域居民普遍的冬季采暖习惯是间歇式采暖，也就是当家中无人时关闭所有的采暖设施，家中有人时也只是开启有人的房间的采暖设施。开采暖的房间什么情况下开采暖？怎样关采暖？采暖运行方式调研 不同收入人群工作日使用采暖时间分布(长期居住在长江流域的490户住户网上问卷调查)结合问卷调查和访谈可以看到，长期居住在长江流域的
11、居民“部分时间部分空间”的采暖方式是主观意愿的表达，而并非是由于收入水平低、需求被压制所造成的。长江流域冬季开窗通风习惯的调研 2013年调研情况：居民卧室和客厅开窗的比例大于95%；大部分居民会根据室内外环境条件开窗通风。长江流域冬季开窗通风习惯的调研 开窗偏好 居民即使室内温度偏低，在冬季也习惯开窗通风 调查显示，在冬季，只有少数居民冬季持续不开窗2009年上海调研情况长江流域住宅采暖现状 长江流域住宅目前冬季室内温度偏低、用能密度大大低于北方采暖能耗 而室内的采暖设备如连续运行，大多数可达到较高室温 而这种现状更多是建立在局部空间、间歇采暖和较低的室温习惯基础上的 此外调研中也看到该地区
12、居民关注室内空气品质，有开窗通风的偏好 因此，需要提供适宜的冬季采暖手段和方式，以提高室内环境的舒适的同时，避免采暖用能的大幅攀升夏热冬冷地区地水源热泵运行总体情况供暖季 供暖期单位平米耗电量从2.5到23.7kWh/m2不等，其中末端为地暖的系统（均值19kWh/m2）能耗普遍高于风机盘管系统（均值7.4kWh/m2）系统供暖季平均EER在1.83.6之间，大部分系统EER均小于3.0，存在少部分系统EER大于3.0。243.03.0 3.1 2.4 2.6 3.7 2.9 1.1 2.8 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.0 5.0 10.0 15
13、.0 20.0 25.0 30.0 2个半月3个月3个月3个月4个月3个半月3个半月3个半月4个月扬州C南通A扬州B扬州A扬州D湖北B郑州A南京B南京C末端FCU有通断阀门末端FCU无通断阀门顶棚辐射+新风（按面积收费）供冷期单位平米耗电量（kWh/）供冷系统EER夏热冬冷地区地水源热泵运行总体情况供冷季 供冷季单位平米耗电量从3.5到28.5kWh/m2不等，其中末端为顶棚辐射+新风的系统（均值25.2kWh/m2）能耗普遍高于风机盘管系统（均值6.5kWh/m2）其中末端FCU无通断阀门的系统供冷季平均EER为1.1，其余系统供冷季平均EER在2.43.7之间，25系统供冷季每平米耗电量与
14、系统EER3.0热负荷累计热量 末端为地暖的系统相对于末端为风机盘管的系统，其供暖季单位平米耗热量更大。26不同末端形式的影响 地板采暖VS 风机盘管 地暖系统全时间开启，室温基本在设计值18以上。且在外温较高时，室温高于20 风机盘管系统部分时间开启，在开启过程中室内温度在设计值18以上 两者的差异主要在于居民的行为模式，风机盘管用户会主动关闭无人房间的采暖设备，部分空间开启采暖设备27地板采暖的典型户一周逐时室内温度曲线地板采暖，大部分用户全空间开启风机盘管典型户一周逐时室内温度曲线风机盘管系统，部分空间开启051015202512/21 0:0012/21 5:0012/21 10:00
15、12/21 15:0012/21 20:0012/22 1:0012/22 6:0012/22 11:0012/22 16:0012/22 21:0012/23 2:0012/23 7:0012/23 12:0012/23 17:0012/23 22:0012/24 3:0012/24 8:0012/24 13:0012/24 18:0012/24 23:0012/25 4:0012/25 9:0012/25 14:0012/25 19:0012/26 0:0012/26 5:0012/26 10:0012/26 15:0012/26 20:0012/27 1:0012/27 6:0012/2
16、7 11:0012/27 16:0012/27 21:00室温（）住户客厅住户卧室05101520252/4 0:002/4 6:002/4 12:002/4 18:002/5 0:002/5 6:002/5 12:002/5 18:002/6 0:002/6 6:002/6 12:002/6 18:002/7 0:002/7 6:002/7 12:002/7 18:002/8 0:002/8 6:002/8 12:002/8 18:002/9 0:002/9 6:002/9 12:002/9 18:002/10 0:002/10 6:002/10 12:002/10 18:00室温（）住户客
17、厅住户卧室开启率很低 风机盘管仅部分空间开启，开启率低，案例中冬季室外温度最低一天的FCU开启率在5.9%-23.6%289.8%5.9%7.4%10.5%11.2%8.9%7.4%6.0%8.7%17.0%23.6%0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%23:30-2:302:30-5:005:00-7:007:00-9:009:00-10:30 10:30-12:3012:30-14:3014:30-16:0016:00-18:0018:00-19:30 19:30-2:30FCU开启率时间河南A小区2014年2月9日风机盘管开启率04812162024餐厅次卧室客厅书房
18、主卧时间（h）2014年2月9日小区用户FCU开启时间平均图开启时间关闭时间冷负荷累计冷量不同末端形式的影响 冷负荷累计冷量 末端为顶棚辐射+新风的系统相对于末端为风机盘管的系统，其供冷季单位平米耗冷量更大 其主要原因：风机盘管可以部分时间部分空间运行；顶棚辐射+新风系统运行为全时间全空间运行290 10 20 30 40 50 60 70 80 90 3个半月4个月2个半月3个月3个月3个月4个月3个半月3个半月南京B南京C扬州C南通A扬州B扬州A扬州D湖北B河南A按面积收费按冷量收费顶棚辐射+新风（按面积收费）末端FCU供冷期单位平米耗冷量（kWh/）按照面积收费的小区用户会消耗更多的冷量
19、30冷负荷累计冷量不同收费方式的影响010203040506010:1710:4011:0311:2611:4912:1212:3512:5813:2113:4414:0714:3014:5315:1615:3916:0216:2516:4817:1117:3417:5718:2018:4319:0619:2919:5220:1520:3821:0121:2421:4722:1022:3322:5623:1923:420:050:280:511:141:372:002:232:463:093:323:554:184:415:045:275:506:136:366:597:227:458:088
20、:318:549:179:4010:0310:2610:4911:12供冷负荷（W/m2）按照面积收费的小区供冷负荷曲线W/m2010203040506012:1712:4113:0413:2813:5114:1514:3815:0215:2515:4916:1216:3616:5917:2317:4618:1018:3318:5719:2019:4420:0720:3120:5421:1821:4122:0522:2822:5223:1523:390:020:260:491:131:362:002:232:473:103:343:574:214:445:085:315:556:186:427
21、:057:297:528:168:399:039:269:5010:1310:37供冷负荷（W/m2）按照冷量收费的小区供冷负荷曲线W/m2不同收费方式的扬州两个小区2016年8月15日中午-8月16日中午供冷负荷曲线南方地区住宅集中供热集中供冷方式的特点 实际运行能耗与末端方式、收费方式密切相关 当按照面积收费，辐射方式+新风供热供冷，连续运行 供热、供冷耗电量在3040kWh/m2,系统EER在3左右，全年耗冷耗热量高于100kWh/m2 当安装风机盘管，按照热量或运行时间收费，实际为间歇运行 供热、供冷耗电量1015kWh/m2 系统EER在2左右，取决于末端水侧调节方式 全年耗冷耗热量
22、30kWh/m2，接近分体热泵空调 对于大型商业建筑，由于24小时运行，能耗高于独立冷热源南方地区热电冷联供系统形式 燃煤热电厂和燃气蒸汽联合循环电厂 能源供应半径 需要5公里以上 四管制/两管制？供回水温差 供冷方式：冷水/蒸汽/热水 末端只能采用吸收机方式，效益？100元/吨，制冷量1MWh，200kWh电力，折合0.5元/kWh电价 燃气内燃机热电冷三联供 能源供应半径 应该在1公里以内 四管制/两管制？供回水温差 510K？地源热泵/水源热泵能源站 能源供应半径 应该在1公里以内，大集中的好处？供回水温差？蓄能方式 如何与电力系统联动，实现需求侧响应调节？中深层地源热泵 从西北开始，进
23、一步在北方多地发展起来的新方式，已有多个工程 水在管道中闭式循环，不会造成任何污染或其它环境问题 在地面处水温：2030/1522 单井流量：2535吨/h，250350kW 投资：150万250万（井及套管）适应条件：热状况依靠地下深处传热恢复，不可供冷热性能几乎不受地域限制地质条件不同钻井成本大不相同 发展方向：流量优化，使得单井产热量最大蒸发器侧双机串联，提高主机COP电供热电动热泵-3000m地面返回到地面流向地下外径200mm对南方地区能源系统发展的建议 用热电联产为工业生产用热提供热源，应是发展的主要方向 多种工业生产过程能源调配，互相利用，实现循环经济 近距离为大型工业园区，CBD区供冷，满足工业生产、商业建筑需求 利用工业余热为商业建筑、居住建筑冬季供热 慎重对待居住建筑的集中供热、集中供冷 中深层地热热泵方式可能可以作为一种新的集中供热热源方式 研发末端控制调节与计量收费一体化模式，解决民用建筑区域能源系统的关键问题 研究开发利用分布式能源系统为电网实现电力调峰的模式谢谢 恳请提问jiangyiT
