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湖南望城淺層地?zé)崮茉诩扔心茉凑揪G色低碳升級(jí)改造中的應(yīng)用
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2024-04-12 10:45:09瀏覽次數(shù):790
淺層地?zé)崮?/a>,是指地下200 m以內(nèi)蘊(yùn)藏在巖土、地下水、地表水、城市污水等內(nèi)部具有利用價(jià)值的熱能資源,是一種綠色、低碳的可再生能源。我國具有極為豐富的淺層地?zé)崮苜Y源,年可開采量折合標(biāo)煤可達(dá)7×108 t。利用淺層地?zé)崮?/a>集中供能其運(yùn)行成本僅為燃?xì)夂碗娔艿裙┠芊绞降?/3,且不產(chǎn)生碳氧化物、氮氧化物、硫化物等,因此利用淺層地?zé)?/a>能替代燃?xì)?a href="http://www.baolimuye.com/t/供暖制冷.html" >供暖制冷是當(dāng)今實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措之一。
1 項(xiàng)目概況
1.1 基本情況
本項(xiàng)目位于湖南省淺層地?zé)衢_發(fā)利用試點(diǎn)區(qū)之一的望城,主要為辦公建筑,總建筑面積18.5萬m2,供暖制冷面積13.6萬m2?,F(xiàn)有能源站供暖制冷采用3臺(tái)直燃式溴化鋰機(jī)組,大機(jī)組2臺(tái)(單臺(tái)制冷量6 978 kW,制熱量5 385 kW),小機(jī)組1臺(tái)(單臺(tái)制冷量4 652 kW,制熱量3 582 kW)。溴化鋰機(jī)組2014年投入運(yùn)行,目前設(shè)備狀態(tài)良好。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)記錄,2022年能源站全年燃?xì)庥昧考s136.8萬m3,用電量約148.5萬kW·h。
1.2 供能分析
供冷季:5月15日~9月30日(6∶00~18∶00);供暖季:11月15日~次年3月31日(6∶00~18∶00),均為工作日開啟。經(jīng)過優(yōu)創(chuàng)區(qū)域能源軟件計(jì)算結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行情況,得出夏季總冷負(fù)荷13 911 kW,冬季熱負(fù)荷10 720 kW;年供熱量3 140 168.7 kW·h, 年供冷量6 513 741 kW·h。
2.1 淺層地?zé)崮苜Y源稟賦分析
根據(jù)項(xiàng)目場地附近所具有的淺層地?zé)豳Y源條件,分別從土壤地?zé)崮?/a>、地下水地?zé)崮?/a>、污水地?zé)崮?/a>、再生水地熱能、江水地?zé)?/a>能、湖水地?zé)?/a>能等對(duì)冷熱源方案的適應(yīng)性進(jìn)行分析,該項(xiàng)目可利用的淺層地?zé)?/a>能為土壤地?zé)崮?/a>。
2.2 能源站設(shè)備主機(jī)配置
根據(jù)《湖南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于公布2020年淺層地?zé)崮?/a>建筑規(guī)?;瘧?yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目的通知》,試點(diǎn)項(xiàng)目要求淺層地?zé)?/a>供能占比不低于40%。該項(xiàng)目公園內(nèi)可敷設(shè)地埋管的場地有限,約17 000 m2。從土壤冷熱平衡、淺層地?zé)?/a>供能占比及投資經(jīng)濟(jì)性考慮,本方案按淺層地?zé)崂?/a>占比達(dá)到40%設(shè)置地埋管和地源熱泵。其他負(fù)荷不足部分,由燃?xì)庵比紮C(jī)和冷水機(jī)組調(diào)峰補(bǔ)充。負(fù)荷分析結(jié)果見圖1。
圖1中陰影部分表示累計(jì)冷量和熱量。系統(tǒng)熱負(fù)荷在32%(3 430 kW)及以下時(shí)段,全年累計(jì)供冷和供熱量占了全年總供冷供熱量的40.4%,因此以系統(tǒng)最大熱負(fù)荷的32%配置地源熱泵,就能滿足淺層地?zé)崮芾?/a>占比達(dá)到40%的要求。另外,系統(tǒng)冷負(fù)荷在60%(8 346 kW)及以下時(shí)間段,全年累計(jì)供冷和供熱量占了全年總供冷供熱量的87.3%,因此以系統(tǒng)最大冷負(fù)荷的60%配置電制冷機(jī)組,除去地源熱泵能承擔(dān)的冷負(fù)荷外,剩余電制冷負(fù)荷由冷水機(jī)組進(jìn)行補(bǔ)充。而對(duì)于電制冷機(jī)覆蓋不到的負(fù)荷,由于時(shí)間段較少,則使用直燃機(jī)調(diào)峰。這種方式實(shí)現(xiàn)了少開直燃機(jī),也避免了冷水機(jī)組配置較大但基本上處于部分負(fù)荷運(yùn)行,造成投資增加的情況。
以系統(tǒng)最大熱負(fù)荷的32%配置地源熱泵,新增地源熱泵2臺(tái)(單臺(tái)制熱量1 772 kW,制冷量1 582 kW),冬季以地源熱泵運(yùn)行為主,供熱不足時(shí)由原有的燃?xì)庵比紮C(jī)調(diào)峰補(bǔ)充。夏季以最大冷負(fù)荷的60%配置電制冷機(jī)組,除去地源熱泵制冷外,另新增1臺(tái)冷水機(jī)組(制冷量4 572 kW)。夏季以地源熱泵制冷為主,供冷不足時(shí)按順序利用冷水機(jī)組、直燃機(jī)調(diào)峰補(bǔ)充。淺層地?zé)崮?/a>供能占比見表3。
為了維持土壤冷熱平衡,淺層地?zé)?/a>全年供冷、供熱量應(yīng)相等,夏季多余的熱量通過冷卻塔散到空氣中。冬季熱泵機(jī)組供熱時(shí),土壤實(shí)際取熱量為195.8萬kW·h(除掉機(jī)組散熱),因此淺層地?zé)?/a>全年供冷供熱量總計(jì)為391.6萬kW·h。能源站全年供冷供熱量為965.4 萬kW·h, 淺層地?zé)峁├涔?/a>占比為40.4%。
2.3 室外地埋管設(shè)置
采用垂直地埋管系統(tǒng),根據(jù)熱物性測試報(bào)告得知單位延米換熱量為45.2 W。經(jīng)過地源熱泵設(shè)計(jì)軟件熱平衡計(jì)算所需鉆孔數(shù)量為566個(gè),單個(gè)鉆孔深度為100 m, 鉆孔直徑130 mm, 雙U型管,鉆孔間距5 m×5 m, 地埋管占地面積約14 150 m2。根據(jù)地源熱泵軟件模擬,地源熱泵運(yùn)行20年后地下土壤溫升1.1 ℃,滿足土壤熱平衡的要求。
3 改造后綜合效益分析
1)經(jīng)濟(jì)效益
原有燃?xì)?a href="http://www.baolimuye.com/t/溴化鋰.html" >溴化鋰機(jī)組供能系統(tǒng)燃?xì)夂牧?36.8萬m3/年,用電量148.5萬kW·h/年;采用土壤源地源熱泵改造后,燃?xì)夂牧?4.3萬m3/年,用電量267.1萬kW·h/年。根據(jù)2023年湖南天然氣價(jià)格、電價(jià)政策(天然氣價(jià)格為4.375元/m3、電價(jià)0.634元/(kW·h)),則改造前運(yùn)行成本692.6萬元/年,改造后運(yùn)行成本275.6萬元/年,能源使用成本節(jié)省量達(dá)到417.0萬元/年,節(jié)省比例達(dá)到60%。項(xiàng)目新增投資2 320萬元(含土建、設(shè)備、安裝等費(fèi)用),增量投資回收期約5.6年。
2)環(huán)境效益分析
淺層地?zé)崮?/a>屬于可再生能源,地源熱泵運(yùn)行過程中不排放污染物和產(chǎn)生溫室氣體。原有燃?xì)?a href="http://www.baolimuye.com/t/溴化鋰.html" >溴化鋰供能方案,標(biāo)煤年耗量約為2 276.8 t, CO2年排放量約4 442.6 t。采用土壤源地源熱泵改造后,標(biāo)煤年耗量約為1 145.9 t, CO2年排放量約3 196.3 t。標(biāo)煤耗量減少比例達(dá)到49.7%,CO2排放量減少比例達(dá)到28.1%。
3)社會(huì)效益分析
利用淺層地?zé)崮?/a>替代傳統(tǒng)燃?xì)?a href="http://www.baolimuye.com/t/供暖.html" >供暖制冷,減少了燃?xì)庀?,降低?a href="http://www.baolimuye.com/t/碳排放.html" >碳排放,能助力我國“雙碳”目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn),也對(duì)全國實(shí)現(xiàn)淺層地熱能建筑規(guī)?;瘧?yīng)用起到引領(lǐng)示范作用。
4 結(jié)語
以淺層地熱能替代傳統(tǒng)燃?xì)夤├涔?,既?jīng)濟(jì)節(jié)能又低碳環(huán)保,符合國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)要求。在長沙市新的天然氣政策下,采用土壤地?zé)崮?/a>替代部分燃?xì)?a href="http://www.baolimuye.com/t/供暖制冷.html" >供暖制冷后,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用417.0萬元/年,節(jié)省比例達(dá)到60%。標(biāo)煤耗量減少比例達(dá)到49.7%,CO2排放量減少比例達(dá)到28.1%。