大湾区某金融城区域能源系统规划研究

张渊晟

（广州汇锦能效科技有限公司，广东 广州 510080）

0 引言

随着城市建设发展加速，建筑领域用能与碳排放持续增长[1]。2020年建筑与建造全过程碳排放占全国碳排放比重的50.9%，位列行业之首[2]。区域能源是提高能源利用效率的有效方式，通过热、冷以及电能在生产、传输、转换、供应与消费等环节协同配合与优化，实现“节流”和“开源”。对于气候炎热、夏季制冷负荷大、公共建筑密度高的大湾区商务中心区域，集中供冷是降低城市运行成本的有效手段之一，是降低二氧化碳排放的关键因素[3]。

文献[4]结合广州某新城片区改造，在预测供冷负荷的基础上提出普通电制冷方案以及冰蓄冷方案，对比分析结果表明，冰蓄冷能源站系统全年工况下运行成本为29.93元/m2，是传统常规能源站运行成本的71%。文献[5]结合深圳某区域集中供冷项目，对外融冰蓄冷系统在区域集中供冷建设中需要注意的问题进行了探讨。文献[6]将综合能源智慧管理系统应用于区域集中供冷，以某地金融城起步区内能源综合管理为例，对可调控资源进行协同，实现分布式光伏电消纳、储能调峰调频以及峰谷电价的充分利用。此外，文献[7]将高效机房的设计理念应用于区域集中供冷系统，通过管路布置、冷却塔运行及泵组配置等进行优化。文献[8]以重庆江北嘴CBD区域集中供冷供热项目能源站为基础，利用冰蓄冷等技术提出了集中供冷能源站的运行模式，并降低了项目的能耗。文献[9]以广东省某数据中心产业园的集中供冷改造为例，对比分析了蒸汽溴化锂制冷系统和冰蓄冷空调系统进行集中供冷的经济性，并给出了两种方案的适宜情况及优先级。

综上，已有论文对集中供冷的管理及定价机制研究较欠缺。本文结合大湾区某金融城的区域能源规划，对冷负荷预测及时序特性进行分析，提出区域综合能源分阶段配置方案，对项目的经济效益及综合效益进行评估，同时重点论述了现行集中供冷管理办法存在的问题，可为发展区域综合能源提供技术借鉴。

1 区域建设条件

1.1 建设空间条件

大湾区某金融城起步区域规划面积约110万m2，总建筑规划面积约395万m2，其建设目标为国际高水准、富有金融产业特色的金融中心，主要包含场站综合体、风情街、商务片区等。除尚处改造状态的东南部村集体用地之外，已出让地块面积占比62%，尚未出让、已有意向企业的地块面积占比38%，具有用地规划紧凑、建设密度大的特点，近期可用于新建能源项目的空间有限，远期可考虑区域东南部安排征地以获取用于新建能源设施的空间。

1.2 能源利用条件

在常规能源利用方面，区内西部规划有新建变电站，主电网供能条件较好；区域处在市天然气管网规划的重点地区，天然气供应条件较好。可再生能源利用方面，区域具有良好的太阳能资源禀赋，但受区域建设密度、建筑层高影响，需配合区域的建筑设计方案研究太阳能的利用方式及设备。此外，区域临近珠江，具备自然冷源利用的基本条件，但受到水质、水温、管路等因素的影响，其可利用水平尚待进一步考察。

2 区域负荷特性分析

采用负荷密度法进行预测，起步区包括地面建筑和地下空间两部分，其中地面建筑在饱和期的总用能量折合成电负荷预期达213 MW，饱和期总冷负荷预期达348 MW，折合约994 773 RT；地下商业通道在饱和期的总用能量折合成电负荷预期可达到12 MW，预计饱和期总冷负荷可达约19 MW，折合约5 431 RT。具体如表1所示。

表1 起步区负荷预测

3 起步区综合能源配置规划

综合考虑区域的能源资源禀赋、负荷需求特征及整体建设条件，起步区规划建设以燃气三联供与双工况集中供冷系统为核心，辅以光伏设施及分散式辅助系统，经综合管廊形成区域能源传输网络，并结合智能监控采数设备与智能管理系统的应用，实现整体优化运行的区域综合能源系统。综合考虑负荷分布、建设时序、建设条件、安全规范、景观要求等因素，拟建设三处集中供冷系统，分别为交通枢纽冷站、东部冷站与西部分布式能源站，并配合全区域适宜空间配置的分布式光伏等其他综合能源设施，构建高效智慧的起步区综合能源系统。

3.1 交通枢纽冷站

交通枢纽冷站主体布点于场站综合体建筑地下，以负荷密度高、建设时序早的场站综合体为主要供给对象进行集中式供冷（总冷负荷约7 385 kW，折合约2 100 RT），并通过送冷管网辐射交通枢纽周边的部分地下空间（总冷负荷约4 751 kW，折合约1 351 RT）及部分风情街建筑（总冷负荷约700kW，折合约199RT）。综上，交通枢纽冷站规划供冷能力约13 MW，折合约3 650 RT，项目采用双工况电制冷机组，配套蓄冰系统，对区域负荷进行削峰填谷，辅助增强电网运行稳定性。

由于站场附近建设用地有限，且对室外环境视觉及听觉要求较高，拟挖掘可利用建设空间，采用半地下式配建冷却塔，借助绿地植被及景观设计对设施进行视觉格挡及隔音，并进行降噪处理。采用小型分散式风冷却塔，提升对零散空间的利用能力，降低散热点集中度以缓解热岛效应，配合喷淋式蒸发冷却技术提升系统的冷却效率，同时结合道路、隔音带的规划减少风冷系统对周边的噪声影响。

3.2 东部冷站

东部冷站作为起步区东部区域的主要集中制冷站，总冷负荷约285 MW，折合约81 247 RT，规划冷站供冷能力约290 MW，项目拟采用双工况电制冷机组，配套蓄冰系统。

东部冷站位于起步区东南部临江区域，用地规划及布局具有一定灵活性，拟采用江水冷却，将制冷机组、送冷管网、冷却管网建于地下，冷却塔采用半地下式建设，同时配套绿化、隔音及降噪措施。

3.3 西部燃气分布式三联供能源站

西部燃气分布式三联供能源站布点于起步区西部，毗邻变电站建设。考虑地块空间与站体容量、冷能高效传输半径，西部分布式能源站的供能范围以站体为轴心，辐射周边起步区内用户冷负荷约69 MW，折合约19 616 RT。三联供能源站规划供冷能力约70 MW，主要设备包括天然气内燃机、溴化锂吸收式冷水机组、双工况电制冷机组以及蓄冰槽及其配置。

西部分布式能源站建设用地毗邻变电站用地，考虑地块空间限制与空间的合理利用，能源站与变电站同步规划建设、协同合理布局。同时，通过增加能源站的“内燃机+溴化锂”系统的供冷能力占比、统筹配建电储能设施等方式配合变电站运作，在能源站以集中供冷为主要功能的同时，兼顾调峰、黑启动等功能。能源站接近珠江自然冷源并具有冷管铺设条件，拟利用自然冷源实现冷却并降低区域内温差，提升供冷系统效率。

3.4 其他综合能源设施

3.4.1 热泵

对于有用冷需求的同时还具有持续热水需求的建筑体，如区域中的医疗、酒店、高端住宅等，可采用热泵技术，实现废能回收利用，节省化石能源投入[10]。具体配置需与其他能源设施的规划建设、设计方案等相结合、同步实施。

3.4.2 光伏

根据区域建设条件，可考虑采用屋顶光伏、薄膜光伏等空间灵活度较高的光伏技术，具体建设规模与建设形式需经进一步调研协调，与区域内建筑设计方案同步实施[11]。

3.4.3 综合管廊

综合管廊作为区域内能源互通、信息交互、实现区域能源系统整体最优化的必要硬件设施[12]，需要与区域其他市政设施及公共区域同步规划、在区域建设早期启动建设，并与区内已出让地块所有方、建设方就建设方案、通道、接口、时序等事宜进行充分协商。

3.4.4 智能终端与能源管理系统

能源管理系统通过接收智能监控采数设备自供能端与用能端采集的数据进行分析处理，形成优化运行调度策略并发出调控指令，以实现区域能源系统各元素间的配合互动与全局最优以及可视化展示，并基于云端的电力监控实现能耗的分级分项及历史数据对比，评估节能潜力并提供优化用能方案，实现预防性运维[13]。具体系统建设工作应与区域规划、服务业务规划同步开展。

4 集中供冷管理机制

典型区域集中供冷示范项目调研结果表明，区域集中供冷应在早期列入控制性详细规划，项目作为配套基础设施，控规中应明确要求区域内公共建筑必须使用区域供冷，在控规图则、土地出让条件和产业准入条件中也将使用区域集中供冷作为必须条件列入其中，除有特殊用冷需求的用户外，其他用户原则上都要求使用集中供冷冷源。值得注意的是，管理办法应由行政主管部门进行制定、印发，以确保其执行的合法性。办法中应明确供冷单位与用冷单位的建设范围、职权划分、考核标准等相关内容。对于无法使用区域供冷的特殊单位，应明确其申请条件、申请流程，保障区域供冷管网的稳定和经济运行。

在项目运营期，定价一般由开发公司拟定组织听证会后报送物价部门备案。为满足不同客户的需求，集中供冷项目定价常采用两种收费方式，某集中供冷示范项目价格参考如下：

（1）“接入费”+“计量冷价”两部制：配套服务按用户建筑面积计，其中酒店135元/m2，办公、学校、文体、医院150元/m2，商业170元/m2，供冷单价0.55元/（kW·h）。

（2）单一价格制：单价0.7元/（kW·h），不收取配套费。

（3）调价：采用与供冷单位实际用电电价联动的双向调节机制，即供冷单位实际平均用电电价连续三个月较基准电价上涨或下降超过3%时，次月同等幅度调整供冷价格。

5 综合效益预期

基于当前的配置方案，项目配置蓄冰设施，通过夜间低谷电价蓄冰、白天高峰电价融冰供冷的形式实现冷负荷削峰[14]。此外，燃气分布式三联供能源站（含溴化锂吸收式冷水机组）具有节省输电投资、设备启停灵活的特点，可实现削峰填谷[15]。

经测算，以集中用冷为核心的起步区综合能源配置方案全部建成后，减少约37.22 MW的主网设备容量与发电厂容量建设需求，可实现起步区对全社会用能负荷削峰约16.54%。其中，蓄冰系统的释冷能力30 MW，溴化锂吸收式冷水机组制冷量13 MW，燃机发电功率15.4 MW，集中供冷和溴化锂吸收式冷水机组用户端COP分别为3和1.1，总用能负荷（折用电负荷）225 MW。

项目利用冰蓄冷技术的区域集中供冷系统，蓄冷设计容量合计207 MW·h，利用系数0.95，每制冷设计日可转移尖峰用电1.97万kW·h，全年可转移尖峰用电约393.3万kW·h，按1 kW·h节约标准煤0.328 kg、减少二氧化碳排放0.997 kg计算[4]，折合节约约1 290 t标准煤，减少二氧化碳排放3 921 t。

6 结论

基于起步区的整体规划情况与用能情况分析，该区域可分时序建设三处集中供冷站，按时序由近到远为交通枢纽冷站、东部冷站与西部燃气分布式三联供能源站，辅以光伏设施等辅助系统，经综合管廊形成区域能源传输网络，并结合智能监控采数设备与智能管理系统的应用实现整体优化运行的区域综合能源系统。系统全部建成后，可减少约37.22 MW的主网设备容量与发电厂容量建设需求，对全社会用能负荷削峰约16.54%。通过冰蓄冷方式进行集中供冷，全年可转移尖峰用电约393.3万kW·h，节约约1 290 t标准煤，减少二氧化碳排放3 921 t。