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    四个维度阐述“双碳”背景下高校综合能源系统规划的思路

    发布时间:2021-12-29 17:11:52    来源:    作者:    浏览:2200次

    高校作为城市文明的高地,承担着科学研究、人才培养、社会服务的职能,在我国“双碳”目标实现中责任重大;同时,高校也是能源文明的高地,其用能形式丰富、创新要素集中,是社会用能形态示范展示的高地,也是能源创新产业培育示范的高地。

    据统计,高校能源消费总量约占全国生活消费总能耗的8%,人均能耗达到全国人均生活用能的3倍之多。因此,构建绿色低碳、安全高效的高校综合能源系统,是加快城市能源转型、助力国家“双碳”目标的重要抓手之一。


    高校综合能源系统重在校“园”,而非单体建筑。从用能需求讲,高校以电负荷、冷热负荷(含生活热水)为主,学校食堂存在部分燃气负荷;从用能特性讲,部分建筑负荷(如公共教学楼、文体中心等)存在明显的寒暑假特性,宿舍区与教学区负荷存在明显的时空互补特性。


    因此,规划阶段需要系统考虑校园整体的资源禀赋与用能特征,不仅要注重校园内部能源资源的跨时间循环利用,同时还要充分挖掘其与周边区域能源系统之间的跨空间资源统筹,实现校园“内循环”与区域“大循环”的协调发展。综上,本文将从四个维度阐述“双碳”背景下高校综合能源系统规划的思路。

    一、在新能源利用方面


    充分开发校园内部及周边风、光、地热等资源,着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为加分项计入《绿色校园评价标准》,例如,由可再生能源提供的电量比例不低于2%,得3分;每提高1%,加1分,总分最高12分。


    国家能源局近期也下发了《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》,明确提出项目申报试点县(市、区)的学校建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于40%。因此,提高校园可再生能源利用比例是国家“双碳”目标下的发展趋势。


    当然,在实际工程中,高校可再生能源的利用还需要考虑与校园整体的建筑空间布局相结合。


    以太阳能利用为例,屋顶光伏的铺设建议以公共教学类建筑为主,太阳能光热的利用以宿舍区屋顶为主;对于高校标志性建筑,建议考虑将玻璃幕墙升级为光伏幕墙,成本增加在600—800元/m2,每年产能量在80—110kWh/m2(按照辐照强度三类地区建筑东南西立面计算,且不计遮挡)。


    此外,若有地面停车场,可以考虑建成光储充一体式停车场,利用周边临近建筑的屋顶或车棚,建设分布式光伏,配套锂电池、全钒液流电池等储能,尽可能将光伏、光热等可再生能源元素充分融入到校园建筑中。


    二、在能源网络建设方面


    优先采用公共配电网供电,保证高校供电可靠性以及电能质量,根据校园供冷供热形式以及燃气利用情况确定是否需要配套冷热网络和燃气网络。


    目前,我国北方高校以能源站集中供冷供热为主,常见的冷热源是燃气锅炉搭配冷水机组,该方式稳定可靠,能效比高,但从“双碳”角度讲,天然气供暖的模式不具备持久生命力;南方高校则是多联机、分体空调这类以电为主的分散式供冷供热模式应用得更多,随着以新能源为主体的新型电力系统的建设推进,碳排放有进一步减少的可能,但该方式的综合能效比不高,制冷制热效果欠佳。


    在当前“双碳”背景下,创新高校乃至高校所在片区的供冷供热模式是一个值得深入探讨的课题。


    本文调研了国际上几所知名高校创新供冷供热网络的案例:


    苏黎世联邦理工学院充分利用地热能、建筑余热,通过“能源总线+分布式热泵”为校园建筑供热供冷,年供热量15GWh,年供冷量13GWh,年均减少碳排放约10000吨,计划于2025年之前实现洪格堡校园零碳排;


    美国斯坦福大学,投资4.85亿美元改造校园能源网络,将原先蒸汽供热管道改造成热水系统,并实现区域层面工业热回收,能源系统整体能效提升50%,未来35年内可节约3亿美元(约20%的费用);


    美国俄亥俄州欧柏林学院,对校园附近(直线距离约3公里)的垃圾填埋气体热电联产电厂进行热回收,并通过闭环管道将余热以热水形式送至校园,承诺到2025年实现校园碳中和。


    从国际经验看,去天然气化、可再生能源利用、余热废热回收、双向冷热网络、高效热泵应用等将成为高校乃至区域供暖的发展趋势。


    有研究对比了欧洲与中国的供暖成本,结论表明:在发展以电为主的热泵供暖方式上,中国相比欧洲具有更加天然的经济性优势。因此,综合考虑国际发展趋势、国内能源价格以及设备效率,建议有条件的高校优先考虑以高效热泵为主的多栋建筑群集中供冷供热方式,并合理配套冷热网络。


    三、在用能需求优化方面


    主要涉及建筑、交通两个方面。


    在建筑方面,尽可能提升校园高星级绿色建筑比例,可以选择1—2栋建筑打造近零能耗建筑示范,并申请LEED、BREEM等国际绿色建筑认证。


    据了解,获得上述认证不仅可以提升建筑价值、降低运营成本,同时有助于高校后续争取更多优惠政策或补贴项目;


    在交通方面,优化布局校园电动汽车充电桩。根据国务院指导性政策文件以及实际工程调研,建议按车桩比至少达到10:1、快充慢充比1:4建设电动汽车充电设施或预留电动汽车充电桩安装条件。


    四、在智慧能源管控方面


    校园内冷热电负荷多样,风光储充元素丰富,从高校运营需求以及“双碳”目标出发,高校智慧能源管控系统主要具备两个维度功能。


    在基础功能上,一是保障校园里教学、办公、生活等各类活动用能安全可靠;二是实现对能源系统的精细化计量、监测、控制,提升校园能源系统运行效率;三是电能质量监测与提升,保障重点实验室供电可靠性与电能质量;四是实时掌握各能源设备的运行状态,协助高校后勤部门完成运维管理;五是与校园信息化平台其他子模块进行友好互动。


    在增值功能上,包括但不限于参与需求响应、参与分布式能源交易、实现碳排放监测与碳交易等。此外,基于智慧能源管控系统,还可以打造校园能源数据创新基地,利用大数据、区块链等信息化技术,挖掘能源专业数据与校园运行管理数据的内在联系,开展能源数据的高阶应用。


    个人认为,从实际工程经验角度讲,目前,高校的能源系统规划仍然是“经济导向”大于“生态导向”。未来,考虑“双碳”目标的高校综合能源系统规划,要实现从理念方案到实际工程的落地,还需要各参与方进一步处理好技术先进性与应用可行性的关系、综合能源数字化管理与运营管理的关系、以及技术方案与商业模式的关系。


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