中深层地热综合零碳能源实践 中国建筑西北设计研究院有限公司 杨春方 2023年3月·天津 目录 1. 项目概况 2. 能源方案 3. 零碳能源目标实现 项目概况 项目共规划 6个功能区 （2个市政配套）  I区 占地面积：7.47万m2。 用地性质：工业用地。 建筑形态：工程设计、检验检测办公楼 和中试、加工厂房。  IV区 占地面积：9.75万m2。 用地性质：商务(办公)、住宅用地。 建筑形态：住宅和商务公寓楼。  V区  II区 占地面积：7.7万m2。 用地性质：工业用地。 建筑形态：实验办公楼。 占地面积：12.15万m2。 用地性质：商务(办公)用地。 建筑形态：研发办公及企业展示多层、 高层办公楼。  VI区  III区 占地面积：18.25万m2。 用地性质：工业用地。 建筑形态：研发办公、加工检测办公楼。 规划总建筑面积87.2万㎡，其中地上建筑面积62.3万㎡ 占地面积：6.8万m2。 用地性质：商务(办公)、商业用地。 建筑形态：酒店、会议、会展、综合服 务、商务办公以及商业配套。 周边环境与能源资源 新河湿地 污水处理厂 高速公路绿化带 电 元/kWh 一 次 能 源 平价 谷价 8:00～11:30 18:30～23:00 7:00～8:00 11:30～18:00 23:00～7:00 0.8824 0.6037 0.3250 天然气 2.04（集中供暖） 氢气 30~80（工业副氢） 元/m³ 公交车站 峰价 元/kg 电厂余热资源较远，就近(12公里)有一燃气热力站供热 能力2x116MW燃气锅炉。 地热资源 渭河盆地地热资源丰富，国家及地方政策支持，本次作 为主要供热热源。 其他资源 氢能: 园区内有氢能研究示范企业。 太阳能资源：光伏全年发电量可观。 工艺余热：实现能量梯级利用。 西安 中深层地热 — 可再生 0.5 市政热源 污水处理厂: 污水日处理量：2万m³ /d。 浅层地热 — 可再生 均价 空气能 — 可再生 太阳能 — 可再生 园区利用 — 市政污水处理厂 ③ 太阳能光伏发电 污水处理厂占地面积大，为太阳能 光伏发电技术的应用提供了先决条件。 污泥热电联产 通过外加高浓度有机食品废物(餐 厨垃圾)方式与污泥厌氧共消化，产生 高浓度甲烷进行热电联产 ④ 传统 污水处理 低品位 ① ① 污水余温热能利用 转变 ② 污泥热电联产 污水余热能约占总废热排放量的 15%~40%。可用于周边或厂内的供冷 供热等，以“碳交易”方式折算可抵消 部分污水处理碳排放。 零碳 污水处理 实现 零碳的途径 高能耗 高排放 污水余热利用 ② 低能耗 转变 ③ 太阳能光伏发电 低排放 ④ 原水碳源捕集 可持续 ⑤ 低能耗污水处理工艺 园区利用 — 市政公交车 （厂） 打造 首个氢能公交和加氢站  现有规划 依托无人公交环线形成智慧交通骨架，建设1处智 慧交通管理中心，对园区进行监测。应用5G+无人驾驶 技术和理念，在园区建立智慧公交驿站和无人驾驶示范 区，打造智慧、高效的公共出行服务。  氢能政策支持 国内已有23省市区发布氢能规划和指导意见 提供氢源和加氢站 H2 ① 2019.2-《禅城区新能源公交车推广应用和公交充 电设施建设财政补贴资金管理实施细则》。 ② 2019.8-《关于进一步推进公交优先发展战略实施 的决定》。 ③ 2020.3-国家发展改革委、工信部、中宣部、财政 部、商务部等23个部门联合印发了《关于促进消费 扩容提质加快形成强大国内市场的实施意见》。 ④ 2021.6-《青浦区支持氢能产业发展激发“青氢” 绿色动能实施办法》。 ⑤ 2021.10-《关于佛山市南海区新能源（氢能）市 政、物流车辆推广应用实施方案（2021-2024年） 的通知》。 ⑥ 2021.11-《关于支持本市燃料电池汽车产业发展若 干政策》。 ⑦ 2022.1按照《综合运输服务“十四五”发展规划》 有关工作安排，交通运输部、公安部、商务部决定 在“十四五”期持续开展城市绿色货运配送示范创 建工作，并建立有效的支持政策体系。 02 能源方案  设计范围  负荷模拟  能源模式概述  可再生资源 项目需求和范围 园区现有界限  基本需求 1）园区内全部 集中供热； 热负荷需求用户 冷、热负荷需求用户 拓展能源需求用户 公交 车站 2）园区内部分 集中供冷（除公 寓）。  拓展供需 1）污水处理厂 需：建筑供热（冷）+污水工艺供热； 供：太阳能光伏+氢能生产、储存 +生物质供热+蓄能（冷热电）。 2）公交车站 需：建筑供热（冷）+公交充氢 （站）； 供：太阳能光伏+地源储能。 3）园区供 太阳能光伏+加氢燃气（工艺、生 污 水 处 理 厂 负荷模拟 建筑信息 时间指派  利用区域能源分析计算软件进行能耗模拟计 算。  该模型对不同性质的建筑分别建立了时间指 派。 室内设计参数 3月15日 3月5日 2月23日 2月13日 2月3日 1月24日 1月14日 1月4日 12月25日 12月15日 12月5日 11月25日 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 11月15日 热负荷（kW） 热负荷曲线 9月12日 9月2日 8月23日 8月13日 8月3日 7月24日 7月14日 7月4日 6月24日 6月14日 6月4日 5月25日 40000 30000 20000 10000 0 5月15日 冷负荷（kW） 冷负荷曲线 创新生态城负荷统计 总建筑面积（万m 2 ） 87.2 地上建筑面积（万m 2 ） 62.3 热负荷峰值（MW） 热负荷峰值（MW） 25.3 25.3 单位热指标（W/m 2 ） 40.1 冷负荷峰值（MW） 冷负荷峰值（MW） 37.4 37.4 单位冷指标（W/m 2 ） 59.3 能源模式概述 城市电网 电解槽 太阳能光伏 制氢站 电能 燃料电池 氢气 工业 锅炉/冷机 生物质锅炉 氢能公交 电用户 天然气管网 需能 来 冷热用户 餐饮业 求源 源 生物质 餐饮垃圾 污水处理厂 天然气 市政燃气 能源方案概述 浅层地源热泵 中深层热泵 太阳能光伏板（仅屋顶） 公交车站 太阳能光伏板（屋顶和1/3立面） 能源站点 市电 污水源热泵 H2 制氢 浅层地源热泵 供冷 供热 空气源热泵 电锅炉 用 户 生物质 站内设备其他：  电制冷冷机  电锅炉  集中蓄冷、热 空气源热泵 电制冷冷机 提供氢源 H2 污水源热泵 污水源热泵 氢燃料电池 消防 水池 消防 水池 浅层井 中深层井 能源站 中深层井 光伏发电并网 光伏场地 生物质能场地 制氢、储氢场地 光伏场地 消防 水池 建筑冷热 建筑冷热 工艺冷热 稳定氢用户 污水处理厂 提供氢能 公交车站 消防 水池 地下 光伏发电并网 市电 消防 水池 光伏发电并网 1# 屋顶 可再生资源-- 地热资源 换热型中深层地热能、 地岩热（无干扰地热能） 地源热泵 20 ℃ 本项目拟采用两种地热井： 浅层换热井和中深层地热地埋井 ← 井深200m，单口 换热量5kW 井深2500m，单口 换热量420kW 2# 浅层井 中深层井 地热能分类 中深层井 地热能用于供冷供热对比 类型 优势 劣势 浅层井 兼顾供冷、供热 占地面积大、 要避免冷热失衡 中深层水热井 成本低、 供热能力强、 出水温度高 要确保满足回灌、 审批难度大 中深层换热井 取热不取水、 供热能力稳定 成本相对较高 井深2500m，单口 换热量420kW 1# 可再生资源-- 污水源余热利用 2#能源站内设置污水源热泵系统， “低碳”拓展 地热和氢能余热 （过渡季和夏季） 电力（输入） 小区污水（原 生） 污泥供热 （冬季） 污水处理厂 最大污水处理量 20000m³/天 排放水（二级） 污水源供热、供冷 （冬季和夏季） 污泥（输出） 利用污水处理余热为园区供冷、供热 污水余热利用工况 季节 污水供水温度 污水回水温度 夏季 15℃ 30℃ 冬季 15℃ 5℃ 2# 最大供热量：4MW 最大供冷量：6MW 可再生资源-- 空气能利用 本项目1#能源站所在建筑屋面上设置空气源热泵 空气源热泵适用地区分为四类： ① 低温结霜区（西安） ② 轻霜区 ③ 一般结霜区 ④ 重霜区 空气源热泵 一期商业办公建筑、 兼具冷热负荷需求， 且面积价值高，利用 空气源热泵机组可以 承担调峰功能的同时 节约站房面积。 优势 缺点 1# ① ② ③ ④ ⑤ 高效节能 冬夏共用 无需安装冷却塔 绿色环保、安全可靠 运行的附加费用少 ① 受环境影响大 ② 除霜问题 ③ 空气的热容量小、制热慢。 可再生资源--氢燃料电池 污水处理厂场地开阔具备制氢、储氢条件，拟 在2#设置氢燃料电池 远期 近期 制氢 储氢 场地 2# 装机容 量 耗氢 量 发电 量 制热 量 MW 万m³ 万kWh 万kWh 1.6 26 262 262 削峰填谷-- 集中、分布式蓄能 拟在2#设置集中蓄能水池，用于电锅炉蓄热及制冷 机蓄冷，同时利用分散在各地块的消防水池蓄冷 自主专利技术： 一种基于消防水池的组合式蓄冷系统 集中 蓄能 水池 消防 水池 消防 水池 2# 消防 水池 消防水池组合式蓄冷原理 消防 水池 消防 水池 1# 可再生资源-- 太阳能光伏系统 屋面的50%面积铺设光伏组件；污水处理厂、公交场站设 置太阳能光伏组件用于光伏发电。 1. 光伏发电板参 数类型 组件功率Wp 多晶硅 尺寸mm*mm 260 1600x990 2.全年发电量 拓展 现有 屋顶 类型 可铺设面积(㎡) 30000 全年发电量 (万kWh) 588 合计(万kWh) 588 公交车站 20000 8000 392 156 屋顶全年逐月发电量 60,000 立面全年逐月发电量 40,000 1,000,000 20,000 500,000 0 548 发电量kWh 发电量kWh 1,500,000 污水厂 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 1