山西高校新校区供热方案研究

路广英 李双贵

1 高校新校区规划概述

面向山西省转型跨越发展、建设中部地区文化强省、再造一个山西的发展目标，为构建太原都市圈创新型核心区域、推动太榆同城化、在太原都市圈核心地带形成新的经济与文化增长点、提升文化教育产业地位、满足山西省高校的发展需求，山西省政府决定建设山西省高校新校区。山西省高校新校区位于晋中市北部地区，规划范围南至现状纬四街，北至规划纬六路，西至规划经一路，东至聂店西侧边界—中都北路，总用地规模9 890亩，合6.59 km2。

规划以理工医科院校和综合性科研院校为主，以构建区域创新系统为目标，以教育和服务功能为核心，以有机联系网络为基础，通过高校新校区建设促进文化交流与创意迸发，形成新的科技创新中心。

高校新校区是太原都市圈发展的重要功能组成，是太榆同城化的重要抓手，是太原都市区产业提升、经济增长的科技智库、创意基地。高校新校区位于太原都市区的中心位置，代表了都市圈未来的文化、生态、科技发展方向，故此，从形象上就树立了其“文化之心、绿色之心、未来之心”三结合的形象定位。面向太原都市圈发展核心区域，集中优势教育力量，整合先进科研力量，在太原都市圈的核心区域，打造一个中部地区一流的“智慧谷”，作为推动太榆同城化的重要抓手。

规划范围共容纳10所校区，包括山西医科大学、太原师范学院、晋中学院、太原理工大学、山西传媒与艺术学院、山西煤炭学院、山西中医学院、山西职工医学院、山西建筑职业技术学院、山西交通职业技术学院。规划总居住人口计算为11.51万人，其中，学生11.39万人，同时10%的教师约1.1万人留宿校区。规划就业人口为1.33万人，主要为校区教师、科研人员、职工及管理服务人员。规划区域总供热面积为432万m2，总热负荷为216 MW。

2 高校新校区周边热源概述

晋中市现状供热方式有三种:分散锅炉房、热电联产和区域锅炉房供热。热电厂有两座即位于108国道西侧的寇庄恒能2×25 MW热电厂和位于市区南部郭村国电榆次2×300 MW热电厂。据晋中市城市和城郊供热专项规划，到2020年规划面积将达到4 000万m2(未包括高校新校区)，热源主要为国电榆次热电厂和瑞光热电厂，分别供2 450万m2和1 920万m2。而高校区新增加430万m2原规划没有包含，瑞光热电厂既向太原供热也向晋中供热，无法满足这么大负荷的增加。而高校新区为了环保和节约用地也不允许新建大型热源厂，那么热源问题就成了急需解决的重大问题。由山西国际能源集团气化投资有限公司投资的长治到太原的煤层气输气管线，年输气能力4.95亿m3，管线的终点在晋中市的杨盘，为晋中市利用煤层气提供了良好的发展空间。

3 热源选择

供热热源规划应按照建设低碳城市的要求，注重使用清洁绿色新能源，不断提高能源利用效率。低碳城市是指在城市空间内实行低碳经济，包括低碳生产和低碳消费，建立资源节约型、环境友好型社会，建设一个良性的可持续的能源生态体系。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，实质是高能源利用效率和清洁能源结构问题，核心是能源技术创新。

据此规划区采用瑞光热电厂作为主热源，实行热电联产，提高能源综合利用，达到节能、环保目标，供热面积260万m2。另外在局部区域采用分布式燃气冷热电联供系统，该系统主要实行能量梯级利用，以煤层气为一次能源，同时产生电能和热(冷)能的分布式供能系统，供热面积172万m2，主要用于办公、科技产业等对冷负荷需求大的区域，共设五座分布式能源站，分布于太原理工大学、太原师范学院、晋中学院、山西中医学院及山西医科大学内。每个站的供热(冷)能力为30万m2～80万m2，单站占地面积约500 m2。

4 分布式燃气冷热电联供系统分析

1)分布式燃气冷热电三联供系统的技术发展背景。

分布式燃气冷热电三联供技术引起广泛应用与关注的时代背景使小型分布式供电方式成为电力工业新的发展方向，天然气(煤层气)在能源结构中占有越来越重要的位置，同时季节性缺电成为一种急需解决的能源供需矛盾，节能成为时代发展的主题之一。

2)分布式燃气冷热电三联供系统的构成。

该系统主要由燃机设备和余热利用设备构成，有多种组织形式。系统的基本组成燃气冷热电联供系统由燃机设备和余热利用设备构成，其中燃机设备是系统的核心，包括燃气轮机、内燃机等。余热利用设备包括余热锅炉、吸收式制冷机、换热装置、电制冷机、燃气锅炉等。燃机通过燃烧煤层气发电后，产生的高温烟气送入余热利用设备，冬季可用于取暖，夏季可用于供冷，还可生产生活热水，驱动热量不足部分可由补燃的燃气进行供应。

根据项目的条件，联供系统及其设备配置可作多种形式的变化，如可采用冰蓄冷装置、蓄热装置、热泵等，提高系统的整体能源利用效率。

3)分布式燃气冷热电三联供系统的发展实例。

分布式能源在国内外已有了不少实际应用，并且发展潜力巨大。美国2003年DES/CCHP装机容量56 GW，占总电力的7%;发电量310亿kW·h，占总电量的9%。2010年达92 GW，占总电力的14%;规划2020年达187 GW，占总电力的29%。日本至2003年CCHP装机6.5 GW，其中建筑项目1.43 GW。英国2000年4.76 GW，到2010年发展至10 GW。

北京已建及在建CCHP项目:北京中关村国际商贸城一期(在建)，中国科技促进大厦(在建)，北京市燃气集团监控中心(已建成投用)，北京次渠门站综合楼项目(已建成投用)，奥运能源展示中心(在建)，中关村软件园软件广场(在建)，清华问津国际公寓能源站(在建)，宝能热力公司三联供项目(在建)，培新业务楼三联供项目(在建)，水利医院三联供项目(在建)，中关村国际生命医疗园(筹建)等。

上海已建及在建CCHP项目:黄埔中心医院(已建成)，浦东国际机场(已建成投用)，上海交大软件大楼(已建成投用)，上海舒雅良子健康中心(已建成投用)，闵行中心医院(已建成投用)，上海理工大学(已建成投用)，上海天座大酒店(已建成投用)。上海计划到2010年装机量达300 MW，2020年装机量达1 GW。

广州已建及在建CCHP项目:广州大学城(已建成投用)，广东东莞鞋厂(已建成投用)，广东铝业集团(已建成投用)，广东某药业集团(在建)等。

4)分布式燃气冷热电三联供系统的节能效益。

与集中式发电远程送电比较，DES/CCHP可以大大提高能源利用效率。传统的大型发电厂的发电效率一般为35%～55%;扣除厂用电和线损率，终端的利用效率只能达到30%～47%。DES/CCHP系统把发电排放的热能，通过供热或转换后供冷，实现能源的多级利用，能源利用率可达85%，没有或仅有很低的输电损耗和输热(冷)损失，而传统的输配电路损耗高达10%左右。

DES/CCHP的梯级用能中建筑物能源需求的特点是暖通空调、热水供应、电气、炊事各占用能的比例为65%，15%，14%，6%，其中80%属于低品位能量，目前多半采用燃料和电力，“高质低用”，属于浪费。煤层气用来烧水做饭，虽说是一种非常理想的清洁燃料，但就其热量利用效率来说是极其不合算的。利用煤层气产生的高温烟气来加热热水，达到80℃ ～100℃，从热力学第二定律计算可知其利用效率极低。作为民用燃料又不得不使用。作为工业燃料直接烧锅炉，将大量热能浪费在烟气中，更是极不经济的做法。所有的能量一旦从高品位降到低品位，就很难再回收回来，这就是能源在质量意义上的浪费。充分利用燃料的火用值不但是节能的关键，也是节钱的关键。

煤层气作为能源利用的最高效率是电热冷三联供。从热力学第一定律来说，它的节能原理就是能把能量吃光榨尽。从热力学第二定律的角度来说，它充分的利用了高品质的能量，同样在能量质的角度起到了节能效果。

燃气冷热电联供系统根据“温度对口、梯级利用”的原则，尽可能按照需求提供各子系统的输入:高品位热能(＞450℃)优先用于动力系统发电;中品位的热能(温度约在170℃ ～450℃)用于对口的中低温区域的热力循环系统;低品位的热能(温度一般低于170℃)用于低温区域的热力循环系统提供吸收式低温热量的过程。将燃气发电、供冷、供热有机结合，梯级利用一次能源，其能源利用率将会比各种形式的热电联供高。

煤层气在燃气轮机里就有30%～40%的能量转化为电能，一次转化的效率就高于一般火电厂的锅炉蒸汽轮机机组的效率。再加上排出高温烟气产生的高温高压蒸汽进入蒸汽轮机电，使能量利用率达到60%以上。剩余的能量还可以用来制冷，产生热水，用于各种不同能级的用户，系统能量梯级充分利用，使能量利用率达到80%以上的最高境界。这便是煤层气电热冷三联供的功能价格比烧煤还有竞争力的根本原因。

5 结语

高校新校区建设目标是建设成为国内先进水平的节能、环保、低碳、生态的可持续发展建设实践区和城镇化示范区;成为体现先进建筑科技、建设科技的展示区;成为体现地域文化特征和时代风貌的观光游览区。通过新技术应用争取国家更多的节能环保政策及资金支持。因此在高校新校区部分区域建设煤层气分布式能源示范项目不仅可以取得较好的经济效益，还可以取得良好的社会效益，为我省的节能减排和环境保护做出一定贡献，也完善了高校新校区的建设目标。

［1］ 赵广忠.关于阳泉市市区供热运行方案的探讨［J］.山西建筑，2011，37(9):130-131.