寒冷地区公共机构零碳供暖项目案例:空气源热泵与电锅炉蓄热耦合供热

49810 0 0 0 关键词: 新能源供热 空气源热泵 电锅炉蓄热   

2025
10/22
09:14
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中国热泵
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导读

案例摘要:乌兰浩特市机关事务服务中心积极响应国家“双碳”战略目标,创新采用“能源费用托管型”合同能源管理模式,引进兴安盟吉电双松新能源有限公司作为能源托管服务单位。项目对辖区内9所分散式公共机构实施“清洁能源供暖+光伏”一体化综合性改造,总供暖面积达5.73万平方米。项目分两期推进实施:一期工程投资781.3

案例摘要:

乌兰浩特市机关事务服务中心积极响应国家“双碳”战略目标,创新采用“能源费用托管型”合同能源管理模式,引进兴安盟吉电双松新能源有限公司作为能源托管服务单位。

项目对辖区内9所分散式公共机构实施“清洁能源供暖+光伏”一体化综合性改造,总供暖面积达5.73万平方米。

项目分两期推进实施:一期工程投资781.3万元,建设空气源热泵与电锅炉蓄热耦合供热系统;二期工程追加投资2472.24万元,配套建设6兆瓦分布式光伏发电系统,形成“自发自用、余电上网”的清洁能源闭环利用模式。项目彻底淘汰了传统燃煤锅炉,实现了供暖环节的“零燃煤、零排放、零污染”,每年可减少二氧化碳排放超过3000吨,节约标准煤800余吨,能源费用节约效果显著。该项目成功探索出了适合北方寒冷地区、管网覆盖薄弱区域的公共机构清洁、低碳、经济、智慧供暖的创新路径,为类似气候条件下的公共机构节能改造提供了可复制、可推广的成功经验和典型示范。

基本情况

(一)用能单位基本情况

乌兰浩特市位于内蒙古自治区东部,地处大兴安岭南麓,属典型的温带大陆性季风气候,冬季寒冷而漫长,最冷月平均气温为-16.5℃,年供暖周期长达6个月之久,供暖需求特别显著。此次项目涉及的用能单位主要为乌兰浩特市辖区内未接入集中供热管网的乡镇学校、政府等公共机构,包括乌兰浩特市义勒力特镇人民政府、乌兰浩特市第十中学等9处公共机构,总供暖面积达5.73万平方米。

改造前,这些公共机构均采用传统的燃煤锅炉供暖方式,由于设备老化严重、技术落后、运维专业化程度不足等原因,年均供热成本高达48元/平方米,且存在污染严重、能源利用效率低下、安全隐患突出等问题。为彻底解决这些问题,乌兰浩特市机关事务服务中心通过政府的框架协议,采用“能源费用托管型”合同能源管理模式,与服务单位签订长达20年的合作协议。托管费用按34元/平方米·年的标准固定支付,费用涵盖了设备投资、运维管理及能源成本等全部支出,有效减轻了财政压力,提高了能源使用效率。

(二)服务单位基本情况

为破解资金、技术、运维等方面的难题,乌兰浩特市机关事务服务中心积极探索市场化机制,引进了兴安盟吉电双松新能源有限公司作为能源费用托管服务单位。该公司成立于2021年2月4日,是吉林电力股份有限公司下辖全资子公司,注册地位于内蒙古自治区兴安盟乌兰浩特市,经营范围包括生物质能发电;热力生产和供应;新能源(包括风电、太阳能、分布式能源、气电、生物质等)项目开发、建设、生产、运营、销售、管理、技术咨询、技术开发、技术转让、技术服务;能源供应站开发、建设、检修和运营管理;合同能源管理;配电网的建设、检修和运营管理。

实施内容

(一)节能改造与新能源利用

项目针对原有燃煤供暖系统高污染、高能耗的痛点问题,进行了彻底的清洁能源替代和智能化升级改造。改造范围涵盖教育机构和党政机关等公共机构共9处,具体包括:

表1 项目建构筑物一览表

(二)技术方案

在项目可行性研究论证过程中,项目团队建立了详细的数学模型,对比分析了三种不同的供热方案:全部采用电锅炉蓄热、全部采用空气源热泵以及电锅炉蓄热+空气源热泵耦合方案。通过技术经济比较发现,采用电锅炉蓄热+空气源热泵耦合供热方案可以通过多热源互补的方式,结合电锅炉利用低谷电蓄热的经济性和空气源热泵高效节能的优势,大幅度降低运行成本,同时避免了全空气源热泵方案在极寒天气下运行受阻的技术难题,有效保证了供热系统的稳定性和可靠性,是综合考虑供热安全性和投资收益率的最优技术方案。三种供热方案的详细技术经济对比如下表所示:

表2三种供热方案对比表

(三)项目实施

项目分前后两期实施,一期为清洁供暖系统改造。工程采用“空气源热泵+电锅炉蓄热耦合”技术方案,该方案充分利用当地夜间低谷电价政策,在低谷电时段(21:00-次日6:00)启动电锅炉进行蓄热,并优先运行能效比较高的空气源热泵。在极寒天气条件下,系统通过智能控制系统实现多热源互补运行,既保障了供热稳定性(系统设计可在-26℃的极低温环境下安全稳定运行),又大幅降低了运行成本。通过技术经济比较,该耦合技术方案相比单一电锅炉或单一热泵方案,在投资成本、运行成本及供热保障性等方面达到了最优平衡。

一期工程共为9处公共机构新建了空气源热泵机组、电锅炉设备、蓄热水箱及配套电力设施。具体设备配置包括:空气源热泵总容量1665HP,电锅炉总装机容量2955kW,蓄热水箱总容量700立方米,同时完成了相应的电力增容和配电设施改造。

空气源热泵加电锅炉蓄热耦合技术供热系统的设备配置基于详细的气候条件分析和建筑结构特性的研究。根据乌兰浩特市的气候条件特点和项目建筑的能耗特性,确定了供热系统的热量分配原则:夜间低谷电时段系统能够满足-26℃环境温度下的供热需求,即电热设备可以满足项目在-26℃时的全蓄热要求;空气源热泵投入的主要目的是降低运行费用,使项目经济指标达到可行标准。

经过详细计算,确定了系统的运行方案:空气源热泵在-12~18℃前能够满足系统全供热需求,在-18℃之后电热设备逐渐介入运行,到-20℃时电热设备制热量和空气源热泵设备制热量达到相等,到-23℃时由于变压器装机容量限制和满足供热需求开始逐渐切除空气源热泵设备,在-26℃时由于空气源热泵设备的能效比过低而被全部切除,低于-26℃之后由于电热设备的制热能力和蓄热系统的蓄热能力不足,系统选择在白天平、谷价电时段启动电加热设备,这期间如果白天气温较高,空气源热泵设备能效比高,系统会选择启动空气源热泵设备。电热设备在连续制热供热情况下,其制热能力可以满足系统在-70℃低温环境下的系统安全运行要求。

图3 空气源热泵+电锅炉蓄热耦合技术运行图

二期为分布式光伏系统建设。为提升项目整体经济性与能源自给率,在一期供暖改造的基础上,二期工程配套建设了总装机容量6兆瓦的分布式光伏发电设施。光伏组件安装在符合条件的6处公共机构建筑屋顶及闲置地面,采用“自发自用、余电上网”的运行模式。所发电能优先供给清洁供暖系统使用,有效抵消了供暖设备的用电成本,多余电量上网销售获得收益,形成了能源生产与消费一体化的绿色循环系统。

图4 义勒力特镇政府建筑物屋顶光伏发电设施

光伏系统采用了先进的高效单晶硅光伏组件,配套组串式逆变器和智能监控系统,能够实时监测发电情况和系统运行状态。光伏系统通过10kV电压等级接入电网,实现了与供暖系统的有机协同和优化运行。

(四)智能化监测与控制

项目配套建设了智慧能源管控平台,构建了完整的数字化监测体系。该系统实时采集供暖系统及光伏系统的运行数据、能耗数据和环境参数,通过物联网技术实现远程监控、智能调控和精细化运维。平台能够根据室外温度变化、建筑热负荷模型及分时电价政策,自动优化调控热泵、电锅炉的运行策略,在保障室内舒适度的前提下,始终追求系统整体能效最高、运行成本最低。

(五)创新合作与管理模式

项目采用“能源费用托管型”合同能源管理模式,合作期限为20年。这种创新模式具有以下特点:

权责划分明确:服务单位(兴安盟吉电双松新能源有限公司)负责全部改造项目的投资、设备采购、安装、后期运维、更新改造以及系统运行所消耗的水、电等能源费用。用能单位(各公共机构)无需投入初始改造资金,只需按供暖面积支付固定的托管费用(34元/平方米)。

风险与收益合理分配:节能改造带来的所有风险(如技术风险、能耗超标风险、设备运行风险等)均由服务单位承担。所产生的节能效益和光伏发电收益归服务单位所有,用于回收其投资并获取合理利润。

管理优化效果显著:该模式将公共机构从繁琐且不专业的能源运维管理中彻底解放出来,使其能够更专注于核心业务发展,同时也有效解决了公共机构普遍存在的设施设备老旧、改造资金不足、管理制度不完善、专业技术人才缺乏等问题。

项目实施过程管理:项目建立了完善的组织管理体系,成立了专门的项目领导小组和工作小组,制定了详细的项目实施计划和质量控制措施。项目严格执行招投标管理制度,确保工程质量和投资效益。建立了定期协调机制,及时解决项目实施过程中遇到的问题,确保项目顺利推进。

成果效益

(一)节能效果与环境效益

节能量与减排效益:经测算,项目每年可节约标准煤约800吨,彻底淘汰了原有燃煤锅炉,实现了供暖环节的“零燃煤、零排放、零污染”,环境改善效果显著。每年可减少二氧化碳排放超3000吨,同时减少二氧化硫排放约9吨、氮氧化物排放约10吨,对改善区域空气质量、保护生态环境、筑牢我国北方重要生态安全屏障做出了积极贡献。

绿色能源利用:6兆瓦分布式光伏项目,年均发电量约800万千瓦时,每年可节约标准煤约2100吨,减少二氧化碳排放约5500吨。光伏发电与清洁供暖的有机结合,进一步提升了清洁能源消费比重,项目清洁能源利用率达到57%,与乌兰浩特市大力发展风电、光伏等新能源产业的方向高度契合,为构建清洁低碳、安全高效的能源体系提供了示范。

生态环境改善:项目实施后,彻底消除了燃煤锅炉的煤场、渣场等污染源,改善了校园和办公环境,美化了建筑外观,提升了公共机构的整体形象。

(二)经济效益

节约财政资金:采用能源费用托管模式,公共机构无需投入前期改造资金,节约了巨额财政支出。在整个20年合同期内,通过固定的供热费用支出,锁定了长期供暖成本,有效避免了煤炭价格波动带来的财务风险。据测算,项目每年可节约财政资金约120万元。

降低电费:“光伏+供暖”模式有效降低外购电力成本,提高综合效益。

节省投资:免除市政热网及大型热源厂建设费用,节约大量财政资金。

产业发展:项目带动了清洁能源技术应用与服务产业发展,创造就业机会。

(三)社会效益与管理效益

保障民生服务:为学校、镇政府等关键基层单位提供了稳定、清洁、舒适的供暖保障,显著改善了师生和公职人员的工作学习环境,是实实在在的“民生工程”和“民心工程”。特别是为偏远地区的学校提供了可靠的供暖保障,改善了办学条件。

提升管理效能:EMC模式有效减轻了公共机构在能源管理方面的专业负担和财务风险,管理效率大幅提升。智能化的运维方式也减少了对本地专业技术人员的依赖,降低了管理成本。项目建立了完善的能源管理体系,提高了能源管理的规范化和专业化水平。

示范引领效应:该项目是乌兰浩特市乃至兴安盟公共机构领域采用能源费用托管模式的成功典范,为自治区内其他地区推进公共机构节能降碳,尤其是解决分散式清洁供暖难题提供了可复制的宝贵经验。

经验总结

乌兰浩特市“清洁能源供暖+光伏”公共机构能源费用托管项目,是深入贯彻绿色发展理念、落实“双碳”战略的生动实践,其成功经验可为同类项目提供重要借鉴:

(一)机制创新是破局前提

项目成功运用“能源费用托管”这一市场化机制,有效破解了公共机构在资金筹措、专业技术和运维管理方面的核心瓶颈,实现了“专业的人干专业的事”,是项目成功落地的“金钥匙”。这种创新机制充分发挥了市场在资源配置中的决定性作用,通过引入社会资本和专业服务,解决了公共机构自身难以克服的困难和问题。建立政府引导、市场运作的实施机制;采用竞争性采购方式选择专业服务单位;设计合理的风险共担和利益共享机制;建立长期稳定的合作关系;完善监管和考核机制,确保服务质量。

(二)技术优化是效益核心

项目没有采用单一技术路线,而是通过精细化的技术论证,选择了最适合本地气候和电价政策的“空气源热泵+电锅炉蓄热耦合”技术,并智慧性地引入光伏发电进行配套,形成了多能互补、梯级利用的优化系统,确保了项目的技术可行性、运行经济性和供热可靠性。深入开展技术经济比较,选择最优技术方案;结合当地气候特点,制定针对性的技术措施;充分利用分时电价政策,优化系统运行策略;采用多能互补技术,提高系统可靠性和经济性;集成智能化控制系统,实现精细化管理。

(三)多方共赢是持久关键

项目通过合理的合同条款设计,明确了用能单位和服务单位双方的权、责、利。公共机构获得了稳定高效的供暖服务并锁定了长期成本;企业通过节能效益和发电收益回收投资并获利;环境得以改善。这种共赢机制保障了合作的长期性和稳定性,为项目的可持续发展奠定了坚实基础。建立公平合理的利益分配机制;设计风险共担机制,明确各方责任;制定灵活的调整机制,适应政策变化;建立有效的沟通协调机制。

(四)智慧管理是效率保障

项目基于物联网技术构建了智慧能源管控平台,不仅是实现系统高效节能运行的技术大脑,也是实现能源消耗数据化、管理精细化、运维远程化的核心手段,极大地提升了管理效率,降低了人工成本。

智慧管理特色:建立全面的数据采集和监控系统;实现智能化的运行优化和故障诊断;提供便捷的远程操作和维护功能;实现精细化的能耗管理和统计分析。

(五)政策支持是重要保障

项目的成功实施离不开各级政府部门的大力支持。从国家层面的“双碳”战略导向,到自治区级的清洁取暖政策支持,再到市级的具体实施推动,形成了完整的政策支持体系,为项目的顺利实施提供了重要保障。国家层面提供战略导向和政策框架;自治区层面制定实施细则和奖励政策;市级层面推动具体实施和协调解决困难;建立多部门协同推进的工作机制。

该项目综合运用市场化机制和先进技术,成功探索出了一条适合北方寒冷地区、管网覆盖薄弱区域的公共机构清洁、低碳、经济、智慧供暖的新路径,具有良好的示范效应和推广价值。项目的成功实践表明,通过机制创新、技术创新和管理创新,完全可以实现经济效益、环境效益和社会效益的统一,为推进公共机构节能降碳工作提供了宝贵的经验和借鉴。

 
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