能源总线系统在某园区建筑中的应用研究

摘要：能源总线系统可以集成化、规模化应用区域内的可再生能源及未利用能源，通过将各源在时间 和空间上整合匹配来满足区域建筑能源的供需平衡。根据保定某园区的资源供给和负荷需求情况， 提出一种集地表水源、土壤源、冷却塔源和太阳能源综合配置的能源总线系统规划方案，并对该规划 方案进行设计研究。将能源总线系统的用能情况和碳排放情况与传统能源系统进行对比分析，结果 表明：与传统能源相比，能源总线系统的一次能源效率提高 0.05，火用损降低 17.19 × 106GJ，且节能减 排效果显著，相对节能率达到0.11，C02 减排率为12.70%。

引言

通常一个区域内存在着多种类型的低品位可 再生能源，如太阳能、风能、地表水、浅层地热能、工 业余热废热等。这些能源不同程度存在着低密度、 间歇性和不稳定等特点［1］，很大程度限制了其应 用，但这些能源在时间或空间上可以互补，能源总 线系统将这些低品位能源通过总线链接起来，再利 用热泵消耗少量动力，将能源品位提升从而得以充 分利用，不仅减少了传统化石能源的应用，而且缓 解了环境污染的压力。

在供冷供热系统中，关于应用可再生能源的多 能互补系统有很多，如 Ｍｏｈａｍｅｄ Ａ［2］等通过利用 5 个传统能源系统和 ７ 个生物质为基础的独立和共 享的热电联产系统（CHP）研究净能耗建筑在一次 能源、当地能源资源、C02排放量以及能耗成本等 ４ 个方面的平衡。张晓明［3］等以某被动式节能示 范工程为例，阐述太阳能和地热能等可再生能源利用技术在节能建筑中的应用，其中包括太阳能集热 蓄热墙体技术、太阳能光伏发电技术、地道风升温 技术及窑洞建筑技术等技术。周崇波［４］等针对基 于微网多能源互补分布式能源站 ２ 种典型工况进 行节能分析，指出随着用户端供冷（热）量需求增 大，与常规能源系统相比，分布式能源系统的一次 能源综合利用效率将随之提升，节能效益更加明 显。能源总线系统是多能互补系统形式之一，能互 补系统包含电力、燃气、太阳能、风能、余废热等多 种类型能源资源的输入，通过资源和技术协同优化 整合，以较高的综合能效向用户提供冷量、热量及 电力［5-6］。但能源总线系统不同于这些常规多能 互补系统，其起初是为了天然水源而发展起来的， 具有有效利用天然低品位可再生能源和未利用能 源、集中使用末端装置、集中排热、克服区域供冷供 热系统中温差与流量的矛盾、解决末端负荷变化带 来的系统能效问题等优势，是一种适用于空调负荷 错峰型低碳社区的系统形式。2009年，龙惟定［7］ 提出能源总线系统的概念、适用性、系统形式等，并 将其作为一种新型的空调系统。2010~2016 年期 间，龙惟定、王培培、白玮［8-12］等相继研究能源总 线系统的能耗分析、技术要点等方面，并对其全年 动态热力性能进行仿真分析。

文中研究对象是保定某产业园区，该园区内存 在大量太阳能、浅层地热能、空气能等可再生能源， 通过模拟得知该园区空调负荷属于错峰型负荷，考 虑到能源总线系统“多源多汇”的特点，提出一种 适合该区域的能源总线系统规划方案，即地表水 源、土壤源、冷却塔源和太阳能源综合配置的能源 总线系统，并从一次能源效率、相对节能率以及 c02减排率等方面将能源总线系统与该园区传统 能源系统进行对比研究。

1 能源总线系统设计

1.1 园区概况

保定某产业园区规划项目规划总用地约28平方公里，其中建设用地约24平方公里。园区 由 Ａ ～ Ｆ等 6个分区组成。 各分区位置如图 １ 所示。

园区资源情况：园区所处地区的冬夏季空气温度分别在-2.5℃和26℃左右；园区西南有500kVA变电站1座；在天津干渠增加年引水量3318m3的一个口门，规划建设日供水8.4万m3水厂1座；陕甘一线燃气管线为园区供气；太阳能年辐射总量为5900MJ/m2,日平均日照小时数7.87h,全年平均日照时数为2871h,全年太阳能利用率可达80%，太阳能资源丰富；区域内除建筑用地外还有一部分空地，土地资源充足。
1.2园区负荷
应用Dest软件对该园区建筑负荷进行模拟，得到园区建筑群典型日冷热负荷曲线图分别如图2、图3所示。高峰冷负荷为2.83×10kW,高峰热负荷为1.41×10kW。经计算得出，园区年耗冷量为5.50×10MWh,园区年耗热量为2.76×10MWh,园区年耗电量为5.80x10MWh,园区年耗热水量为1.70x103MWh。

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