一種基于能源塔熱泵技術應用的綜合智慧能源站

王兒龍

國電投零碳能源（南京）有限公司 江蘇 南京 210000

能源綜合服務的高效利用是實現低碳園區的關鍵，也是建筑節能的重點，低碳園區的建設是應對全球氣候變化的重要戰略選擇和行動載體。國家節能減排戰略計劃逐年下達，各級政府在城市建設相關政策中不斷深化落實，并成為創優評價不可或缺的要求。

南方在應對低溫寒流時易形成電力和天然氣負荷高峰，引發能源供應缺口。綜合智慧能源站可有效提升可再生能源應用比重，提高能源系統利用效率，減低區域性能耗，對改善生態、保護環境具有重要的現實意義，同時節省區域內基礎能源設施的總投資。本文針對某文化設施景區建設為例，通過綜合智慧能源站的建設分析，總結出合理的建設模式，為其他項目的建設提供參考。

1 項目概況

本項目位于無錫市，項目總建筑面積135800㎡，供能面積約114785㎡，項目以娛樂文化設施、酒店建筑為主。

2 設計思路

2.1 綜合智慧能源站

綜合智慧能源站，像城市給水、電力一樣是一項公用事業，是城市的基礎設施之一，是為了滿足某一特定區域內建筑群落的集中供冷、供熱需求，由專門的區域能源中心站集中制備冷水、熱水等，通過區域管網進行供給的一個或多個中央空調冷熱源系統。

2.2 能源塔熱泵技術

能源塔熱泵是一種外觀呈塔形，以空氣為熱源，通過塔體與空氣的換熱作用，實現制冷、供暖以及提供生活熱水等多種功能的新設備（見圖1工作原理圖）。能源塔熱泵系統的熱源雖然也來自空氣，但它有別于傳統空氣源熱泵從空氣中獲取能量的方式，而是利用熱泵主機將能源塔從空氣中吸收的低品位熱源用于制冷、供暖和提供生活熱水。在夏季，能源塔熱泵機組把能源塔作為冷卻塔，利用水的蒸發散熱，能效比可達5.0以上；在冬季，能源塔熱泵機組利用冰點低于0℃的載體介質，高效提取-9℃以上、相對濕度較高的低溫環境下空氣中的低品位熱能進行供熱，解決了傳統空氣源熱泵冬季結霜的問題，省去了傳統空氣源熱泵的電輔助加熱[1]。

圖1 能源塔熱泵系統工作原理圖

能源塔熱泵的工作原理是：通過水和空氣之間的熱質交換將空氣中的熱量傳遞給水。冬季利用冰點低于0℃的介質提取空氣中的低品位熱源，通過向能源塔熱泵機組輸入少量電能來高效提取空氣中水蒸氣凝結為水時所放出的潛熱，達到制熱目的；夏季制冷時，為熱泵機組的冷凝器提供冷卻水，作為高效冷卻塔使用。另外，在春秋季節，能源塔作為熱源可用來制取生活熱水[2]。

能源塔的核心技術是溶液濃縮裝置。冬季陰雨連綿期間，能源塔防凍液膜直接與空氣進行顯熱與潛熱交換的同時，凝結了空氣中的水分，使防凍溶液濃度降低，冰點上升。而濃縮裝置的作用是將稀釋的防凍液濃縮，使冰點下降。

2.3 項目資源條件分析

通過資源條件分析，項目技術方案比選如下（表1）：通過上述資源條件分析，本項目選用能源塔熱泵技術建設綜合智慧能源站為項目提供集中供冷供熱服務。

3 項目實施方案

3.1 建設模式研究

業主自建：空調系統由項目業主方自建，根據項目資源條件考慮采用溴化鋰機組供冷+蒸汽供熱的能源形式，此種供能形式初投資較大，后期運行費用較高。

第三方專業能源服務公司投資建設：由第三方專業能源服務公司投資建設綜合智慧能源站，并由其負責后期的運行維護，項目合作期30年。

項目的收費模式采用兩部制原則：接入費+能源使用費。

業主選擇第三方專業能源服務公司來為其提供優質的冷熱源服務。其中，收取的接入費用低于業主自建空調系統的初投資，后期收取的能源使用費也遠低于自建空調系統的運行費用，可節約較大的運行成本。同時第三方專業能源服務公司憑借其自身專業的技術能力、成熟的運維能力為用戶可提供智慧、綠色、安全、可靠、經濟的能源服務。

3.2 技術經濟分析

項目經濟測算邊界條件如下：

采用第三方專業能源服務公司建設綜合智慧能源站的形式需接入費+能源使用費：

接入費：180元/㎡（按供能建筑面積計）

供冷、供熱能源使用費：0.55元/kwh（按實際能源使用量計）

蒸汽費用：330元/t

項目建設初投資對比分析如下（表2）：

表2 初投資費用對比分析

項目運行費用對比如下（表3）：

表3 運行費用對比分析

由上述對比分析可得，項目由第三方建設綜合智慧能源站比自建空調系統建設投資及后期運營費用均有較大的節約。

經測算，項目動態投資回收期12.09年（所得稅后），所得稅前項目投資內部收益率11.6%，所得稅后內部收益率8.73%。

4 總結與思考

本項目擬采用綜合智慧能源站實施集中空調供冷、空調供熱、供衛生熱水，有利于優化和改善景區能源利用結構，提升景區生態建設水平。工程符合區域發展要求，對改善區域的空氣質量，節約能源消耗，提高經濟效益等均有明顯的作用。相較與用戶自建蒸汽溴化鋰+蒸汽供熱系統，年可實現節約標煤1148.1噸，節約二氧化碳排放量3951.5噸。

本項目采用了可再生能源技術——空氣源，可再生能源利用比例100%，利用熱泵系統將低品位的空氣能進行利用，空調系統夏季能源塔熱泵、風冷熱泵綜合系統COP為4.0以上；冬季能源塔熱泵、風冷熱泵綜合系統COP為2.8以上。

項目投資動態投資回收期12.09年（所得稅后），所得稅前項目投資內部收益率11.6%，所得稅后內部收益率8.73%。

綜合可見，在本項目中采用綜合智慧能源站系統為項目提供供冷、供熱及供生活熱水服務，可以獲得很好的經濟和環保特性，具備實施的前提條件。