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四個維度闡述“雙碳”背景下高校綜合能源系統規劃的思路

發布時間:2021-12-29 17:11:52    來源:    作者:    瀏覽:2184次

高校作為城市文明的高地,承擔著科學研究、人才培養、社會服務的職能,在我國“雙碳”目標實現中責任重大;同時,高校也是能源文明的高地,其用能形式豐富、創新要素集中,是社會用能形態示范展示的高地,也是能源創新產業培育示范的高地。

據統計,高校能源消費總量約占全國生活消費總能耗的8%,人均能耗達到全國人均生活用能的3倍之多。因此,構建綠色低碳、安全高效的高校綜合能源系統,是加快城市能源轉型、助力國家“雙碳”目標的重要抓手之一。


高校綜合能源系統重在?!皥@”,而非單體建筑。從用能需求講,高校以電負荷、冷熱負荷(含生活熱水)為主,學校食堂存在部分燃氣負荷;從用能特性講,部分建筑負荷(如公共教學樓、文體中心等)存在明顯的寒暑假特性,宿舍區與教學區負荷存在明顯的時空互補特性。


因此,規劃階段需要系統考慮校園整體的資源稟賦與用能特征,不僅要注重校園內部能源資源的跨時間循環利用,同時還要充分挖掘其與周邊區域能源系統之間的跨空間資源統籌,實現校園“內循環”與區域“大循環”的協調發展。綜上,本文將從四個維度闡述“雙碳”背景下高校綜合能源系統規劃的思路。

一、在新能源利用方面


充分開發校園內部及周邊風、光、地熱等資源,著力提升可再生能源利用比例。


目前,在政策方面,可再生能源利用比例作為加分項計入《綠色校園評價標準》,例如,由可再生能源提供的電量比例不低于2%,得3分;每提高1%,加1分,總分最高12分。


國家能源局近期也下發了《關于報送整縣(市、區)屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》,明確提出項目申報試點縣(市、區)的學校建筑屋頂總面積可安裝光伏發電比例不低于40%。因此,提高校園可再生能源利用比例是國家“雙碳”目標下的發展趨勢。


當然,在實際工程中,高??稍偕茉吹睦眠€需要考慮與校園整體的建筑空間布局相結合。


以太陽能利用為例,屋頂光伏的鋪設建議以公共教學類建筑為主,太陽能光熱的利用以宿舍區屋頂為主;對于高校標志性建筑,建議考慮將玻璃幕墻升級為光伏幕墻,成本增加在600—800元/m2,每年產能量在80—110kWh/m2(按照輻照強度三類地區建筑東南西立面計算,且不計遮擋)。


此外,若有地面停車場,可以考慮建成光儲充一體式停車場,利用周邊臨近建筑的屋頂或車棚,建設分布式光伏,配套鋰電池、全釩液流電池等儲能,盡可能將光伏、光熱等可再生能源元素充分融入到校園建筑中。


二、在能源網絡建設方面


優先采用公共配電網供電,保證高校供電可靠性以及電能質量,根據校園供冷供熱形式以及燃氣利用情況確定是否需要配套冷熱網絡和燃氣網絡。


目前,我國北方高校以能源站集中供冷供熱為主,常見的冷熱源是燃氣鍋爐搭配冷水機組,該方式穩定可靠,能效比高,但從“雙碳”角度講,天然氣供暖的模式不具備持久生命力;南方高校則是多聯機、分體空調這類以電為主的分散式供冷供熱模式應用得更多,隨著以新能源為主體的新型電力系統的建設推進,碳排放有進一步減少的可能,但該方式的綜合能效比不高,制冷制熱效果欠佳。


在當前“雙碳”背景下,創新高校乃至高校所在片區的供冷供熱模式是一個值得深入探討的課題。


本文調研了國際上幾所知名高校創新供冷供熱網絡的案例:


蘇黎世聯邦理工學院充分利用地熱能、建筑余熱,通過“能源總線+分布式熱泵”為校園建筑供熱供冷,年供熱量15GWh,年供冷量13GWh,年均減少碳排放約10000噸,計劃于2025年之前實現洪格堡校園零碳排;


美國斯坦福大學,投資4.85億美元改造校園能源網絡,將原先蒸汽供熱管道改造成熱水系統,并實現區域層面工業熱回收,能源系統整體能效提升50%,未來35年內可節約3億美元(約20%的費用);


美國俄亥俄州歐柏林學院,對校園附近(直線距離約3公里)的垃圾填埋氣體熱電聯產電廠進行熱回收,并通過閉環管道將余熱以熱水形式送至校園,承諾到2025年實現校園碳中和。


從國際經驗看,去天然氣化、可再生能源利用、余熱廢熱回收、雙向冷熱網絡、高效熱泵應用等將成為高校乃至區域供暖的發展趨勢。


有研究對比了歐洲與中國的供暖成本,結論表明:在發展以電為主的熱泵供暖方式上,中國相比歐洲具有更加天然的經濟性優勢。因此,綜合考慮國際發展趨勢、國內能源價格以及設備效率,建議有條件的高校優先考慮以高效熱泵為主的多棟建筑群集中供冷供熱方式,并合理配套冷熱網絡。


三、在用能需求優化方面


主要涉及建筑、交通兩個方面。


在建筑方面,盡可能提升校園高星級綠色建筑比例,可以選擇1—2棟建筑打造近零能耗建筑示范,并申請LEED、BREEM等國際綠色建筑認證。


據了解,獲得上述認證不僅可以提升建筑價值、降低運營成本,同時有助于高校后續爭取更多優惠政策或補貼項目;


在交通方面,優化布局校園電動汽車充電樁。根據國務院指導性政策文件以及實際工程調研,建議按車樁比至少達到10:1、快充慢充比1:4建設電動汽車充電設施或預留電動汽車充電樁安裝條件。


四、在智慧能源管控方面


校園內冷熱電負荷多樣,風光儲充元素豐富,從高校運營需求以及“雙碳”目標出發,高校智慧能源管控系統主要具備兩個維度功能。


在基礎功能上,一是保障校園里教學、辦公、生活等各類活動用能安全可靠;二是實現對能源系統的精細化計量、監測、控制,提升校園能源系統運行效率;三是電能質量監測與提升,保障重點實驗室供電可靠性與電能質量;四是實時掌握各能源設備的運行狀態,協助高校后勤部門完成運維管理;五是與校園信息化平臺其他子模塊進行友好互動。


在增值功能上,包括但不限于參與需求響應、參與分布式能源交易、實現碳排放監測與碳交易等。此外,基于智慧能源管控系統,還可以打造校園能源數據創新基地,利用大數據、區塊鏈等信息化技術,挖掘能源專業數據與校園運行管理數據的內在聯系,開展能源數據的高階應用。


個人認為,從實際工程經驗角度講,目前,高校的能源系統規劃仍然是“經濟導向”大于“生態導向”。未來,考慮“雙碳”目標的高校綜合能源系統規劃,要實現從理念方案到實際工程的落地,還需要各參與方進一步處理好技術先進性與應用可行性的關系、綜合能源數字化管理與運營管理的關系、以及技術方案與商業模式的關系。


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