城市建筑物联合能源系统
李波 郭林
摘要：建筑物能源系统的传统设计一般是采用单一技术及单一设备满足设计条件下的运行工况。而每一种技术都有其各自的优点与不足。联合能源系统将整体负荷细分为基础负荷、调节负荷及尖峰负荷，根据可用能源种类及负荷特点，采用联合能源系统理念，通盘考虑投资、运营、服务、节能减排等因素，将多种技术与设备集成为一个系统，各种技术“扬长避短”，能够以不高于传统能源系统投资的同时达到长期节能效果及取得良好的社会经济效益。
关键词：城市能源；联合能源系统；能源互联网；节能减排
中图分类号：X24 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0249-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.144
Urban building integrated energy system
Li Bo，Guo Lin
（Beijing Constant Active Environmental System Equipment Installation Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100089，China）
Abstract：The traditional design of building energy system generally adopts a single technology and a single device to meet the operating conditions under the design conditions.Each technology has its own advantages and disadvantages.The United Energy System subdivides the overall load into basic load，regulation load and peak load. Based on the available energy types and load characteristics， the United Power System adopts the concept of a joint energy system and takes all factors such as investment， operation，service and energy conservation and emission reduction into consideration.Various technologies Integration with equipment as a system， a variety of technologies “to avoid weaknesses” to not higher than the traditional energy system investment at the same time achieve long-term energy-saving effect and achieve good social and economic benefits.
Keywords：City energy；United energy system；Energy internet；Energy saving and emission reduction
數据显示[1]，2014年，全国建筑能耗约8.14亿吨标准煤，占全国能源消费总量的19.12%。城市建筑群全年日常运行中需要消耗大量的低品质热能，用于制冷、供暖、热水，蒸汽等需求，这类能耗约占建筑能耗的80%[2] 。夏季空调集中使用时，京、津、沪等超大城市空调负荷占到城市尖峰负荷的40 %左右。严寒地区有的城市，建筑能耗竟占到本城市总能耗的一半左右 [3]，这一比例随着城市化进程还会进一步增加。
由于终端用能形式为低品质热能，不能直接依靠外部输入，只能在城市范围内建立分散的能源系统就地生产，包含原始能源输入、能量转化、输送、分配和按需使用的一系列过程。
我国长期注重能源供应，忽略用能的管理；注重单项技术的应用，忽略用能产业链的整合。城市集中供热、区域供热、大型中央空调等系统都互不相关的独立发展，虽然在各领域都取得了一定进步，但城市级能源使用侧的总体研究、规划、布局、建设、运行基本还没有起步。城市能源系统综合规划，实现资源共享、能量互补，节能贡献远远大于单项技术的应用。
联合能源理论为城市能源系建设提供了一种新的方法，通过对能源系统的科学整合，最大限度地提高能源供应的安全性，大幅节约基础设施投资、实现政府节能减排目标的同时不增加社会负担。
此方法尤其适用于正在兴建的新城市和开发区。
1 联合能源系统简介
如图显示，建筑的能源需求是由自然环境条件决定的，每一个能源系统的总装机量必须满足极端负荷需求，但在绝大部分时间内都只在部分负荷下运行，设备的实际利用率仅为其额定能力的40%。
能源系统中每一部分的装机率和实际贡献率存在差别，按照联合能源的理论，任何一个能源系统都不应该只采用某项单一技术，而是将多种性质不同的技术科学组合应用，依据其贡献率采用不同的投资策略和运行策略，才能获得最大的经济和社会效益。
2 联合能源系统优势
联合能源系统能够最大限度地保证能源供应的安全性，同时节约投资、降低运行费用、实现节能减排。
2.1 保障能源供应的安全性
（1）在控制排放总量的前提下，最大限度地利用了本土资源，在来源方面保证城市能源安全；（2）运行成本主要由煤炭决定，在价格上保障了民生安全；（3）热电联产、燃煤、燃气、电力多种能源交叉保障，在系统上保证了城市能源安全；（4）实现冬夏用气和昼夜用电平衡，缓解了城市能源供应的峰谷差问题，在供应侧提高了城市能源安全保障。城市天然气冬夏消耗从传统的7：1变为5：3；城市电力昼夜消耗从传统的5：1变为3：2，实现基本平衡。
2.2 节约建设投资
2.2.1 节约投资总量
联合能源系统建设投入约为传统系统的62.5%。
按单位供热量计算，主力热源加上管网的投资最大，燃气调峰锅炉仅相当于前者的1/4，而利用中央空调设备冬季供暖，也只需要增加少量投资。
城市联合能源系统综合造价为62.5万/蒸吨，而单纯采用传统能源方式建设整个供热系统需要100万/蒸吨（80+20万）。
2.2.2 提高资金利用效率
根据城市建设进度，先小投入建设贡献率为6%的燃气调峰的能源中继站，形成局部供热保证能力；再中等投入建设贡献率为40 %左右的中央空调的能源中继站，完成区域冷热联供；最后建设高投入的基础热源和管网。实现基础设施投入与城市建设同步，避免前期大量基础设施投入造成的长期资金沉淀。
2.3 降低运行费用
综合运行成本略低于传统的燃煤供热，大大低于任何清洁能源供热方式。在获得环境效益的同時，不增加环保成本。
传统区域燃煤供热（非稳态）运行直接成本约为30元 /GJ（按5000Kcal煤价450元/吨、季节效率为65%计算）；
2.4 节能减排效果
联合能源系统与全部燃煤供热相比减排73%，排放量低于全部燃气供热，CO2排放水平超过欧洲标准。
与全部燃煤供热相比减排73%，放量低于全部燃气供热，超过欧洲水平。
3 结束语
联合能源系统投资经是传统能源系统的投资的62.5%，直接成本略与传统燃煤供热相当，考虑折旧及财务费用，综合成本更低；运行成本大大低于任何清洁能源供热方式。与全部燃煤供热相比碳减排73%，低于全部燃气供热，超过欧洲水平。
参考文献
[1]梁竞，张力小.中国省会城市能源消费的空间分布特征分析[J].资源科学，2009，31（12）：2086-2092.
[2]初明.中国能源研究会 能源系统工程专业委员会、能源经济专业委员会联合举办市场经济与中国能源发展战略政策研讨会[J].中国能源，1993（02）：48-49.
[3]翁丽芬，张楠，陈俊萍.我国建筑能耗现状下的建筑节能标准解析及节能潜力[J].制冷与空调，2011，25（01）：10-14.
[4]张国兴，高秀林，汪应洛，郭菊娥，汪寿阳.中国节能减排政策的测量、协同与演变——基于1978-2013年政策数据的研究[J].中国人口.资源与环境，2014，24（12）：62-73.
收稿日期：2017-11-15
作者简介：李波（1973-），男，硕士，研究方向为浅层地能冷热一体化，城市建筑联合能源系统。
摘要：建筑物能源系统的传统设计一般是采用单一技术及单一设备满足设计条件下的运行工况。而每一种技术都有其各自的优点与不足。联合能源系统将整体负荷细分为基础负荷、调节负荷及尖峰负荷，根据可用能源种类及负荷特点，采用联合能源系统理念，通盘考虑投资、运营、服务、节能减排等因素，将多种技术与设备集成为一个系统，各种技术“扬长避短”，能够以不高于传统能源系统投资的同时达到长期节能效果及取得良好的社会经济效益。
关键词：城市能源；联合能源系统；能源互联网；节能减排
中图分类号：X24 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0249-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.144
Urban building integrated energy system
Li Bo，Guo Lin
（Beijing Constant Active Environmental System Equipment Installation Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100089，China）
Abstract：The traditional design of building energy system generally adopts a single technology and a single device to meet the operating conditions under the design conditions.Each technology has its own advantages and disadvantages.The United Energy System subdivides the overall load into basic load，regulation load and peak load. Based on the available energy types and load characteristics， the United Power System adopts the concept of a joint energy system and takes all factors such as investment， operation，service and energy conservation and emission reduction into consideration.Various technologies Integration with equipment as a system， a variety of technologies “to avoid weaknesses” to not higher than the traditional energy system investment at the same time achieve long-term energy-saving effect and achieve good social and economic benefits.
Keywords：City energy；United energy system；Energy internet；Energy saving and emission reduction
數据显示[1]，2014年，全国建筑能耗约8.14亿吨标准煤，占全国能源消费总量的19.12%。城市建筑群全年日常运行中需要消耗大量的低品质热能，用于制冷、供暖、热水，蒸汽等需求，这类能耗约占建筑能耗的80%[2] 。夏季空调集中使用时，京、津、沪等超大城市空调负荷占到城市尖峰负荷的40 %左右。严寒地区有的城市，建筑能耗竟占到本城市总能耗的一半左右 [3]，这一比例随着城市化进程还会进一步增加。
由于终端用能形式为低品质热能，不能直接依靠外部输入，只能在城市范围内建立分散的能源系统就地生产，包含原始能源输入、能量转化、输送、分配和按需使用的一系列过程。
我国长期注重能源供应，忽略用能的管理；注重单项技术的应用，忽略用能产业链的整合。城市集中供热、区域供热、大型中央空调等系统都互不相关的独立发展，虽然在各领域都取得了一定进步，但城市级能源使用侧的总体研究、规划、布局、建设、运行基本还没有起步。城市能源系统综合规划，实现资源共享、能量互补，节能贡献远远大于单项技术的应用。
联合能源理论为城市能源系建设提供了一种新的方法，通过对能源系统的科学整合，最大限度地提高能源供应的安全性，大幅节约基础设施投资、实现政府节能减排目标的同时不增加社会负担。
此方法尤其适用于正在兴建的新城市和开发区。
1 联合能源系统简介
如图显示，建筑的能源需求是由自然环境条件决定的，每一个能源系统的总装机量必须满足极端负荷需求，但在绝大部分时间内都只在部分负荷下运行，设备的实际利用率仅为其额定能力的40%。
能源系统中每一部分的装机率和实际贡献率存在差别，按照联合能源的理论，任何一个能源系统都不应该只采用某项单一技术，而是将多种性质不同的技术科学组合应用，依据其贡献率采用不同的投资策略和运行策略，才能获得最大的经济和社会效益。
2 联合能源系统优势
联合能源系统能够最大限度地保证能源供应的安全性，同时节约投资、降低运行费用、实现节能减排。
2.1 保障能源供应的安全性
（1）在控制排放总量的前提下，最大限度地利用了本土资源，在来源方面保证城市能源安全；（2）运行成本主要由煤炭决定，在价格上保障了民生安全；（3）热电联产、燃煤、燃气、电力多种能源交叉保障，在系统上保证了城市能源安全；（4）实现冬夏用气和昼夜用电平衡，缓解了城市能源供应的峰谷差问题，在供应侧提高了城市能源安全保障。城市天然气冬夏消耗从传统的7：1变为5：3；城市电力昼夜消耗从传统的5：1变为3：2，实现基本平衡。
2.2 节约建设投资
2.2.1 节约投资总量
联合能源系统建设投入约为传统系统的62.5%。
按单位供热量计算，主力热源加上管网的投资最大，燃气调峰锅炉仅相当于前者的1/4，而利用中央空调设备冬季供暖，也只需要增加少量投资。
城市联合能源系统综合造价为62.5万/蒸吨，而单纯采用传统能源方式建设整个供热系统需要100万/蒸吨（80+20万）。
2.2.2 提高资金利用效率
根据城市建设进度，先小投入建设贡献率为6%的燃气调峰的能源中继站，形成局部供热保证能力；再中等投入建设贡献率为40 %左右的中央空调的能源中继站，完成区域冷热联供；最后建设高投入的基础热源和管网。实现基础设施投入与城市建设同步，避免前期大量基础设施投入造成的长期资金沉淀。
2.3 降低运行费用
综合运行成本略低于传统的燃煤供热，大大低于任何清洁能源供热方式。在获得环境效益的同時，不增加环保成本。
传统区域燃煤供热（非稳态）运行直接成本约为30元 /GJ（按5000Kcal煤价450元/吨、季节效率为65%计算）；
2.4 节能减排效果
联合能源系统与全部燃煤供热相比减排73%，排放量低于全部燃气供热，CO2排放水平超过欧洲标准。
与全部燃煤供热相比减排73%，放量低于全部燃气供热，超过欧洲水平。
3 结束语
联合能源系统投资经是传统能源系统的投资的62.5%，直接成本略与传统燃煤供热相当，考虑折旧及财务费用，综合成本更低；运行成本大大低于任何清洁能源供热方式。与全部燃煤供热相比碳减排73%，低于全部燃气供热，超过欧洲水平。
参考文献
[1]梁竞，张力小.中国省会城市能源消费的空间分布特征分析[J].资源科学，2009，31（12）：2086-2092.
[2]初明.中国能源研究会 能源系统工程专业委员会、能源经济专业委员会联合举办市场经济与中国能源发展战略政策研讨会[J].中国能源，1993（02）：48-49.
[3]翁丽芬，张楠，陈俊萍.我国建筑能耗现状下的建筑节能标准解析及节能潜力[J].制冷与空调，2011，25（01）：10-14.
[4]张国兴，高秀林，汪应洛，郭菊娥，汪寿阳.中国节能减排政策的测量、协同与演变——基于1978-2013年政策数据的研究[J].中国人口.资源与环境，2014，24（12）：62-73.
收稿日期：2017-11-15
作者简介：李波（1973-），男，硕士，研究方向为浅层地能冷热一体化，城市建筑联合能源系统。
