【綠建講堂】建筑節(jié)能——提高能源的使用效率（11月13日綠建之窗微信群第六期講座）

主講人：黃德洪

簡  介：清華大學(xué)車船動力研究中心主任黃德洪

/講座導(dǎo)讀】：本期【綠建大講堂】由從事新能源技術(shù)方面工作十余年的清華大學(xué)車船動力研究中心主任黃德洪擔任主講人，為大家介紹“分布式能源”如何提高能源的使用效率。

【綠建大講堂】-微信頻道系列講座是綠建之窗（www.mtbitcoineducation.com）獨家主辦的核心欄目，綠建之窗編輯部每周二、四晚20：:00,，在綠建之窗微信群中在線進行主題講座，微信頻道系列講座將會邀請涉及綠色建筑全生s周期鏈條中的眾多專家進行不同領(lǐng)域的知識點解讀。如需加入或者申請講座，請聯(lián)系綠建之窗微信群管理員：微信號wangchunshan777。 

【綠建微信講堂——講稿】

美國學(xué)者杰里米·里夫金在《第三次工業(yè)革命》中提出，分布式可再生能源和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的“能源互聯(lián)網(wǎng)”將出現(xiàn)，并預(yù)言第三次工業(yè)革命即將到來，這里面講到的分布式可再生能源，也包含了今天我們將要談到的分布式能源系統(tǒng)。因為在座的大多從事建筑行業(yè)，所以著重講一下，大型公共建筑的分布式功能。

“分布式能源”（distributedenergysources）是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端v熱電冷（植）聯(lián)產(chǎn)為主，其他中央能源供應(yīng)系統(tǒng)為輔，實現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補充；在環(huán)境保護上，將部分污染分散化、資源化，爭取實現(xiàn)適度排放的目標；在能源的輸送和利用上分片布置，減少長距離輸送能源的損失，有效的v高了能源利用的安全性和靈活性。

針對大型公共建筑，為什么要提倡分布式功能？在這之前，我們可以先了解一下傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)。（注：大型公共建筑特指大學(xué)、酒店、醫(yī)院等既有熱負荷，又有電負荷的工程應(yīng)用。）

傳統(tǒng)能源供應(yīng)系統(tǒng)是：1、供電，國家電網(wǎng)或者南方電網(wǎng)集中給大型公建供電。2、供熱，項目業(yè)主自備燃煤、燃油、燃氣鍋爐，少部分依賴市政集中供熱，但是非供暖季無法連續(xù)。3，制冷，項目業(yè)主自備制冷機。

Q：分布式是指就地解決電、冷和熱的問題，也稱熱電聯(lián)產(chǎn)，不知理解是否正確？

A：是的，分布式能源用于建筑領(lǐng)域，也稱謂熱電冷三聯(lián)供，在工業(yè)領(lǐng)域非常普及，叫做熱電聯(lián)產(chǎn)，任何一個地級市都有，比如：造紙廠、化工廠、或者工業(yè)開發(fā)區(qū)的熱電廠。

Q：大型公共建筑是指多少面積以上的？

A：20000平米以上的稱為大型公共建筑。

清華大學(xué)建筑系做的關(guān)于大型公建的數(shù)據(jù)調(diào)研顯示：北京市大m公建總面積，占全市建筑面積不足5%，但是消費了全市建筑能耗的20%。

圖1火電廠冷卻塔

圖1為火電廠的冷卻塔，以一個傳t的30萬kw的火電機組為例，純凝發(fā)電，他的能源效率不足36-38%，而根據(jù)能量守恒定律，意味著每輸入1MJ的化石能源，只有0.36MJ的電能輸出，剩余的就變?yōu)閺U熱，從冷卻塔放散的環(huán)境之中浪費了，這個就是傳統(tǒng)的熱、電分供的典型案例。

而針對大型公建的熱電聯(lián)供，就是把發(fā)電站建在建筑物內(nèi)部，就地發(fā)電，就地消費，發(fā)電過程中伴生的廢熱，則被建筑物正常的熱負荷消耗，沒有能源的浪費，這里涉及到能量的基本概念：焓值（熱的量）、熵值（熱的做功能力）。舉一個生活中的例子：1、一桶熱水----焓值高，熵值低，一桶熱水不能點燃一張紙。2、一根火柴----焓值低，熵值高，一根火柴可以點燃一張紙，但是不能燒熱一桶水。

由于熱、電分供導(dǎo)致了宏觀層面的能源使用效率低的客觀事實，針對這一類建筑，推廣實施分布式功能，宏觀上提高能源利用效率，微觀上為項目業(yè)主降低能源支出費用，本身也h在著巨大的商業(yè)機會。

中科院院士徐建中曾給國務(wù)院寫過發(fā)展分布式能源的建議報告，打了一個形象的比喻：如果把中國的電網(wǎng)比作一條高速公路，在世界上可能最為擁堵，因為中國幾乎所有的用電都要從統(tǒng)一的電網(wǎng)高速公路上輸送，使得這條高速公路不堪重負。他建議，在中國大力發(fā)展分布式能源，相當于給電網(wǎng)高速公路開辟有效分支，從而減輕大電網(wǎng)的壓力。舉個冰島的案例，再冰島絕大多數(shù)上規(guī)模的爐房都帶發(fā)電機組，因為冰島寒冷，常年有供暖需求。

Q：采用合同能源管理方式，業(yè)主不用投錢，每年還能省燃氣，10年后還白得設(shè)備？

A：我們給地方政府的建議是20年，這對于投資人才有吸引力，我曾經(jīng)與建筑系的江億院士交流過分布式能源在大型公建行業(yè)的應(yīng)用，他對此也是非常贊同的。

合同能源管理，在國內(nèi)廣泛地被稱為EMC（Energy Management Contracting），是70年代在西方發(fā)達國家開始發(fā)展起來一種基于市場運作的全新的節(jié)能新機制。節(jié)能服務(wù)公5與用能單位以契約形式約定節(jié)能項目的節(jié)能目標，節(jié)能服務(wù)公司為實現(xiàn)節(jié)能目標向用能單位提供必要的服務(wù)，用能單位以節(jié)能效益支付節(jié)能服務(wù)公司的投入及其合理利潤的節(jié)能服務(wù)機制。其實質(zhì)就是以減少的能源費用來支付節(jié)能項目全部成本的節(jié)能業(yè)務(wù)方式。這種節(jié)能投資方式允許客戶用5來的節(jié)能收益為工廠和設(shè)備升級，以降低運行成本。合同能源管理項目的節(jié)能率一般在10％－40％，最高可達50%。合同能源管理不是推銷產(chǎn)品或技術(shù)，而是推銷一種減少能源成本的財務(wù)管理方法。

合同能源管理10年前在中國就有再做，特別是與日本合資的企業(yè)。鑒于國情，做的不夠好，這個是事實，大家有沒有注意到，參與合同能源管理的大都是一些小的民營企業(yè)，他們與大型國企不具備平等的話語權(quán)，加上中國的信用環(huán)境不好，所以容易被跳票。

但是，我可以告訴大家，中節(jié)能也做合同能源管理，就極少有惡意違約。首先，中節(jié)能是央企，他的目標客戶也都t大型企業(yè)，話語權(quán)對等。第二，他極少與純民營的小企業(yè)打交道，也在一定程度上，規(guī)避了惡意違約的風險。

再回到技術(shù)本身，分布式供能基于靠近用戶端的優(yōu)勢，決定了總體能源效率高于集中式的優(yōu)勢，也就是說宏觀上對于國家能源是有力的，而微觀上，作為終端用戶在熱、電聯(lián)供的基礎(chǔ)上，總體的能源費用支出在不同區(qū)域略有差別，但基本可降低20-30%之間，珠三角因為空調(diào)季節(jié)時間長會更高一些。

Q：有人說三聯(lián)供中的供冷不經(jīng)濟，對嗎？

A：要看供冷的方式，如果是廢熱供冷，不會不經(jīng)濟，可以對比電制冷的參o。

Q：能源規(guī)劃在國內(nèi)屬于哪個專業(yè)范疇？

A：一般的建筑設(shè)計院就可以，我認為工藝并不復(fù)雜，而是一種新的設(shè)計理念。

發(fā)展分布式能源，實現(xiàn)冷熱電聯(lián)產(chǎn)是合理利用天然氣的最有效措施之一，國家已經(jīng)將分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)列入《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》。該能源系統(tǒng)方案的工作原理是：利用燃氣的高品質(zhì)部分用于發(fā)電，滿足區(qū)域重點電力負e的基本需求；發(fā)電同時產(chǎn)生的高溫煙氣驅(qū)動熱泵吸收機組制冷或供熱；低溫煙氣部分夏季用于驅(qū)動溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)，冬季則被深度回收煙氣潛熱用于供熱。

與常規(guī)單一能源利用相比，熱、電、冷多聯(lián)供技術(shù)成熟，大幅減少了建設(shè)支付的資源配套費用，能源綜合利用效率高達60%-90%。

圖2能源梯級利用

廣州大學(xué)城分布式能源站

一、能源站概要

廣州大學(xué)城分布式能源站位于廣州市番禺區(qū)南村鎮(zhèn)，與廣州大學(xué)城一江之隔p占地面積約為11萬平方米，是廣州大學(xué)城配套建設(shè)項目，為廣州大學(xué)城18平方公里區(qū)域提供冷、熱、電三聯(lián)供，也是全國最大的分布式能源站。中國華電集團新能源發(fā)展有限公司和廣州大學(xué)城能源發(fā)展有限公司按55%和45%的比例共同出資成立廣州大學(xué)城華電新能源有限公司，負責廣州大學(xué)p分布式能源站項目的投資、建設(shè)及經(jīng)營管理。

二、裝機規(guī)模  

    能源站總體規(guī)劃為4×78MW，分二期建設(shè)，一期2×78MW于2008年7月28日正式開工建設(shè)，2009年10月20日通過72小時和“72+24”小時試運行，滿足并網(wǎng)運行條件，正式投入商業(yè)運營。

三、主要設(shè)備

    能源站采用的燃氣輪機發(fā)電機組為美國普惠公司的FT8-3 Swift Pac雙聯(lián)機組（60MW）；余熱鍋爐為中國船舶重工集團公司第七○三研究所生產(chǎn)的兩臺中壓和低壓蒸汽帶自除氧&尾部制熱水、臥式自然循環(huán)、無補燃型、露天布置的余熱鍋爐；蒸汽輪機發(fā)電機組供貨商為中國長江動力公司（集團），分別選用一套帶調(diào)整抽汽的抽汽凝汽式蒸汽輪機發(fā)電機組和一套雙壓補汽式蒸汽輪機發(fā)電機組，配套18MW 和25MW 發(fā)電機各一臺

四、生產(chǎn)流程

    燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電工作原理是由兩臺燃氣輪機和一臺發(fā)電機組成--兩臺燃氣輪機通過聯(lián)軸器直接連接一臺雙端驅(qū)動發(fā)電機（額定出力60MW），通過葉輪式壓氣機從外部吸收空氣，壓縮后送入燃燒室。同時氣體燃料也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進行燃燒，生成的高溫高壓煙氣進燃氣輪機膨脹做功，推動動力葉片高速旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機，燃機效率可達39%，排出的479℃煙氣進入余熱鍋爐循環(huán)利用。余熱鍋爐再生產(chǎn)出蒸汽供應(yīng)給汽輪發(fā)電機進行發(fā)電。發(fā)電后的尾部煙氣余熱再生產(chǎn)高溫熱水，制造生活熱水和空調(diào)冷凍水。

五、能源的梯級利用

    能源站為了充分利用一t能源，提高機組的熱效率，在燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的基礎(chǔ)上，還采取了以下措施實現(xiàn)能源的梯級利用，進一步提高能源的利用效率。

    首先，利用余熱鍋爐尾部煙氣制備熱媒水，余熱鍋爐尾部熱水加熱器把熱媒水從60℃加熱到90℃，一部分熱媒水送到大學(xué)城熱水制備站的水水熱交t器加熱高質(zhì)水，向大學(xué)城用戶提供熱水，另一部分作為能源站集控樓和辦公樓中央空調(diào)溴化鋰機組的熱源。

    其次，在熱媒水的熱量不能滿足大學(xué)城需求的情況下，從余熱鍋爐抽低壓蒸汽，供大學(xué)城熱水制備站汽水熱交換器制備熱水用?，F(xiàn)已向廣州大學(xué)城區(qū)域內(nèi)的11所大學(xué)及大學(xué)城能源站周圍用戶約20萬人提供全部生活熱水、空調(diào)冷凍水和部分電力。

    系統(tǒng)輸入一次能源后，經(jīng)燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電、蒸汽輪機發(fā)電機組發(fā)電、余熱鍋爐供低壓蒸汽和利用余熱鍋爐尾部煙氣制備熱媒水幾個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了一次能源的梯級利用，高品位的一次能源用于發(fā)電，低品位的高溫煙氣用于二次發(fā)電和供熱制冷，系統(tǒng)的綜合能源利用效率達到80%以上。另外燃氣輪機，內(nèi)燃機國產(chǎn)還不行，進口價格高也加大了投資，針對大型公建的分布式能源核心機，不建議用燃氣輪機，單位kw造價高，內(nèi)燃機完全可行，國內(nèi)已經(jīng)有了很多案例。

Q：黃老師，國家對發(fā)布式能源系統(tǒng)有補助政策嗎？

A：有很多，比如財政部、發(fā)改委、住建部等

Q：現(xiàn)在天然氣漲價，投資回收期是不是不太理想？

A：天然氣漲價肯定會影響分布式能源的收益，但是電價也會漲，二者會有一定程度的沖抵。

Q：國內(nèi)民間能源浪費嚴重，而且比較普遍，應(yīng)用于民建的前景好不好？

A：民建較為分散，熱點符合，不連續(xù)，不建議實施。

Q：分布式能源安裝地點有限制性要求嗎？

A：需要原有機房100平米左右的富裕場地

Q：系統(tǒng)設(shè)備有哪個部門審批？

A：當?shù)氐馁|(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局鍋檢所

Q：目前分:式能源系統(tǒng)可能存在哪些弊端導(dǎo)致開發(fā)商不愿意采用？

A：主要是經(jīng)濟因素，另外開發(fā)商也不太明白分布式的概念，設(shè)計院也不會主動推薦。

Q：黃老師，請問三聯(lián)供設(shè)計是以電定冷還是其他設(shè)計原則？

A：以熱定電，自發(fā)自用，并網(wǎng)不上網(wǎng)，是分布式能源系統(tǒng)設(shè)計的基本原則。

Q：以熱定電的話，電力不足需要另加發(fā)動機么？

A：不需要，大型公建本身都有電網(wǎng)供電，分布式能源系統(tǒng)僅僅供應(yīng)基礎(chǔ)負荷。

Q：是建筑自己用天然氣制電？產(chǎn)生的廢氣自己利用供熱或供冷，產(chǎn)生的多余電量可以賣掉？

A：是建筑自己用天然氣制電。不用賣了，被自身消耗掉了，相當于少買了電，節(jié)約了電費。