碳中和城市建筑能源系统(4):储能篇

本文是碳中和城市建筑能源系统系列文章的第四篇。在碳中和语境下,无论是增加可再生能源应用的渗透率,还是平抑负荷、提高电网的灵活性,都离不开储能。本文介绍了当今储能技术的主要类型,即电力、电化学、机械、化学和热储能。重点介绍了与建筑和区域能源系统有关的储能技术。提出了用于第5代区域供热供冷系统(能源总线系统)的季节性热储能的概念性方案,并对在能源总线系统规划中如何考量储能应用提出了建议。指出在全球气候变化背景下结合热泵的应用,季节性热储能技术应是今后关注的重点。     

大型建筑群复合式热泵供热供冷技术研究及规模化应用

建筑供热供冷是社会各界高度关注的民生工程,热泵是将热能从低品位提升到高品位的高效低碳供能方式,也是国际建筑领域实现碳中和的重要途径。本项目针对大型建筑群复合式热泵供热供冷系统存在总冷热负荷动态预测方法缺失、规划设计体系不完备、系统运行能效低、关键技术和产品不配套、规模化推广难度大等问题,以提升复合式热泵系统能效、有效推进规模化应用为目标,系统性地开展了“负荷预测-优化设计-智慧运行-关键产品-标准推广”的全链条创新工作：提出了基于建筑特征、用户需求的大型建筑群供热供冷系统总负荷动态预测方法,开发了冷热动态负荷特征因子数据库和建筑群负荷集合寻优工具;提出了一种多场景复合式热泵系统能源总线架构理论,建立了仿真平台及综合评价体系,形成了系统容量弹性配置方法;建立了数字孪生复合式热泵系统模型,提出分层控制架构和预测方法,建立了智慧优化运行控制体系;研发了大型复合式热泵系统的关键技术和成套产品;制定了相关工程标准。相关研究成果实现了规模化稳定高效利用可再生能源供热供冷的技术突破,对推进建筑用能方式变革和实现建筑领域国家双碳战略起到重要支撑作用。     

碳中和城市建筑能源系统(1):能源篇

作为碳中和城市建筑能源系统系列文章的首篇,从节能优先、供暖电气化、可再生能源应用、能源供应去中心化和多源化等几个方面,概要介绍了碳中和城市建筑能源系统源侧的主要技术、系统构成、适用性,以及需要引起注意的问题.     

燃气企业应对供热行业碳中和路径研究

随着“碳中和”政策出台,供热行业积极推进系统重构。对于北方城市燃气企业而言,供热负荷占比较高,部分企业甚至高达80%。供热行业碳中和路径与北方城市燃气企业发展息息相关。本文对国内供热行业发展现状和相关政策进行梳理,研究燃气企业应对供热行业碳中和的技术路径,为燃气企业在“双碳”目标下的可持续发展寻找出路。     

热泵蓄能耦合供冷供热系统研究综述与展望

热泵蓄能耦合供冷供热系统是可再生能源利用和蓄能技术的结合,其有利于提高建筑的可再生能源利用率,降低建筑能耗;同时通过移峰填谷,降低系统的运行费用,并实现电网的平衡调度。主要介绍了热泵蓄能耦合系统在设计优化、运行控制优化、测评、蓄能装置和新型设备研发、系统集成应用、建筑灵活性应用等方面的研究进展。分析了热泵蓄能耦合系统在国内发展存在的问题,指出了热泵蓄能耦合系统在未来建筑能源系统中的发展方向。     

碳中和导向下的城市设计实践——以中新天津生态城临海新城生态岛为例

从城区碳排放特征和评估方法入手,基于能源需求侧节能减排目标提出建筑和交通等主要碳排放部门的关键驱动因子及其城市设计减碳方法,基于能源供给侧开源增效目标提出增加可再生能源承载空间和促进负荷平准化的功能混合等设计策略。以中新天津生态城临海新城生态岛为例,定量化评估规划设计的减碳贡献度以及城区碳中和目标实现的可能性及实现路径。研究显示,在现有经济技术条件下要实现运营阶段在地碳中和目标具有相当难度,需审慎设定减碳目标。     

区域供冷供热系统的负荷预测

针对区域供冷供热的特点,提出一种有效的区域负荷预测方法:通过建立几种适用于某一地区的典型建筑DeST负荷计算模型,模拟出不同类型建筑的全年逐时负荷并对数据进行分析处理,得出不同类型建筑的全年峰值负荷与负荷率时间分布,用来指导该地区的区域负荷预测或区域供冷供热系统的研究。     

浅析建筑电气化促进低碳发展路径与趋势

提升建筑电气化水平是推进建筑节能与降碳的关键环节和重要路径。本文通过介绍技术革新节能产品及其应用,指出推行建筑电气化时需要明确建筑电气化目标,提升电气化率,政策层面中应在能源、电力、可再生能源、节能减排、建筑节能与绿色建筑等专项规划中予以体现。在人们日常生活和工作中,建筑用能全面实行电能替代,同时推行光储直柔建筑,将会有力促进建筑业碳达峰碳中和。     

区域建筑冷热负荷预测方法及其研究进展

区域建筑冷热负荷预测是建筑区域用能规划和区域供冷供热系统设计的基础和关键。对已有区域建筑冷热负荷预测方法进行了回顾,比较分析了各种预测方法的优缺点,根据其各自特点探讨了区域用能规划阶段和区域能源系统设计阶段负荷预测方法的适用性。     

全国唯一海水源热泵示范城 大连推广建筑节能

作为全国唯一海水源热泵示范城市,今年大连市将加大水源热泵等可再生能源在建筑中的规模化应用。 2007年,大连市在星海湾商务区率先投入使用水源热泵,经过2个供热期和2个供冷期,目前供热面积已达20万m^2。大连世界博览广场、市游泳馆等建筑都用上了这种新能源。     

水源热泵供暖的经济性及推广障碍分析

1热泵技术的原理
　　水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为热源，利用地球水体自然散热后的低温水作为冷源，进行能量转换的热泵系统。该系统对同时有供热和供冷要求的建筑物，可以实现冬季供暖、夏季制冷，且可以提供40℃以上的生活用水，不存在对大气污染的绿色能源，是国家支持的节能、环保产业，是国家财政部、住建部可再生能源建筑城市示范市中推广应用的重要技术，也是国家电力需求侧管理办法推广的技术。     

碳中和背景下城市供热碳排放预测与分析

本文基于城市建筑系统、城市供热系统以及城市电网系统的内在和外在的联系，构建了1种城市供热领域碳排放预测完整的方法。并从电网结构、供热结构、既有建筑和新建建筑等方面，建立了全场景的理论关联公式，构建了涵盖供应侧和使用侧的供热全场景模型和测算方法。所建立的预测方法具有更高的透明度、可重复性和灵活性。最后，以黑龙江省城市供热系统为例，分析了影响因素互相作用的机理，结合各因素的变动趋势，分场景定性、定量分析了各子系统变化对未来城市供热碳排放的影响，并对2020—2060年黑龙江省集中供热碳排放量进行了预测，为政府今后节能减排的政策优化及政策选择提供了有效借鉴。     

全国唯一海水源热泵示范城 大连推广建筑节能

作为全国唯一海水源热泵示范城市,今年大连市将加大水源热泵等可再生能源在建筑中的规模化应用。 2007年,大连市在星海湾商务区率先投入使用水源热泵,经过2个供热期和2个供冷期,目前供热面积已达20万m^2。大连世界博览广场、市游泳馆等建筑都用上了这种新能源。     

碳中和城区的建筑综合能源规划

城区碳中和的基础是自身减碳,要降低建筑运行阶段能耗和城区基础设施能耗,还要减少废弃物排放。因此,建筑运行阶段碳中和必须通过城区需求侧能源规划来实现。对能源规划的6个环节,即目标设定、资源分析、需求预测、规划协调、系统优化和绩效评估,分别导入在碳中和背景下的特定考量思路和方法。包括:城区碳中和目标设定原则、屋顶光伏和建筑光伏一体化的潜力分析简化方法、建筑能源负荷的反推方法、能源系统优化和能源总线技术、空间规划与区域能源系统的协调技术、通过空间规划的建筑节能技术,以及平均碳排放因子的计算等。在碳中和语境下,城区能源系统将呈现去中心化、去燃烧化和电气化的特点。城区能源规划要从需求侧扩展到供应侧,成为综合能源规划;城区能源要从单一能源发展为多能源;城区能源系统要从单一能源中心发展为去中心化的分布式能源枢纽;综合能源规划的完成要从单一专业发展为多专业协同。     

从国际实践看天然气是实现碳中和的关键

根据欧盟碳减排经验,天然气在碳达峰、碳中和过程中仍然发挥着重要作用。中国在制定碳中和路径时应借鉴国外经验与教训,在保障能源安全的基本前提下,发展可再生能源。建议中国在清洁化、低碳化阶段大力发展天然气,通过天然气替代煤炭,实现碳排放的降低。在碳中和路径发展的后期,通过天然气与可再生能源的耦合及碳捕集、碳循环,在保证中国供能安全的前提下,实现碳中和目标。     

局域微气候对建筑供暖空调用能的影响

准确的量化城市建筑能源需求有助于实现建筑节能,但鲜有探讨严寒地区局域微气候差异对单体建筑供暖空调用能需求的影响。研究基于局地气候分区（local climate zone, LCZ）体系,采用实测和EnergyPlus模拟结合的方法对以哈尔滨市南岗区14个典型空间的全年逐时空气温度和相对湿度为天气文件的典型单体办公建筑进行了能耗模拟与分析。结果显示不同LCZ类型的建筑供冷供热能耗和逐时冷热负荷均存在显著差异,供热需求明显高于供冷需求,LCZA密林总能耗最高,LCZ2多层高密度总能耗最低;不同地表形态特征对夏季典型日冷负荷的影响大于冬季典型日热负荷的影响;年供热能耗和总能耗与室外气温负相关,年供冷能耗与室外气温和相对湿度不具备线性相关性。     

热电协同型热电冷三联供系统新流程和运行特性研究

可再生能源的波动性和不连续性给城市电网带来了更大的挑战,对热电联供系统而言,如何在供热的同时使发电量可调,适应可再生能源的发电特性,消纳更多的风电、光伏等可再生能源发出的间歇性的电力成为一个迫切需要解决的问题。传统的热电冷联供系统是固定热电比输出的一种系统,因为要满足供热需求必须发出一定的电力,而在同一时刻电力的不可调为可再生能源的入网造成了一定的困难。与此同时,传统的热电冷联供系统还存在着余热不能彻底回收的难题。本文针对热电冷联供系统在供热季纳入主动配电网时发出的电力难以灵活调节的问题,提出了适用于主动配电网的热电协同型热电冷联供系统,该系统能够适用于主动配电网的需求,灵活地调节发电和供热负荷,同时还能实现系统余热量的彻底回收。本文介绍了新系统的流程及特点,对系统运行特性进行了研究并进行了案例分析,在系统的可调节范围、运行能耗、经济性方面给出了具体的指导。     

基于实测数据的北京市大型公共建筑运行电耗分析

电力消耗是公共建筑运行能耗中重要组成部分。在建筑节能要求和建筑能源可持续发展挑战下,需对消费强度和总量双控,并发展可再生能源、增强需求侧响应,了解公共建筑用能特征尤为重要。基于北京市民用能源资源统计数据,以大型公共建筑为对象,从年、月、日、时4个维度分析用能特征。分析发现,文化教育建筑和宾馆饭店建筑用电有上升趋势,需重点关注。全年月用电峰值(供冷季)为谷值(过渡季)的1.7倍,需关注暖通空调用能,尤其是国家机关办公建筑和办公建筑。建筑类型不同,工作日、周末、节假日3类典型日电力负荷曲线有所差异。与工作日相比,国家机关办公建筑和办公建筑节假日单位面积日均电耗降幅超30%。     

大连：推广水源热泵建筑规模化应用

作为全国唯一海水源热泵示范城市,大连市将加大水源热泵等可再生能源在建筑中的规模化应用。2007年,大连市在星海湾商务区率先投入使用水源热泵,经过两个供热期和两个供冷期,目前供热面积已达20万平方米。大连世界博览广场、市游泳馆等建筑都用上了这种新能源。据介绍．马上投入的二期和三期用户包括期货大厦、贝壳博物馆,星海湾周边的区域．都要用海水源热泵项目制冷和供暖。水源热泵从海水或污水中提取能量,向建筑物供冷或供热．     

栏首语

正热泵和蓄能空调本质上都是实现能量转移的技术。热泵技术可以通过消耗少量的电能或一次能源实现能量从低品位向高品位的转移,从而利用本来无法直接利用的低品位可再生或余热资源,替代常规能源实现建筑供冷供热,减少化石燃料消耗,是我国降低建筑能耗、促进终端用能清洁化、提高建筑可再生能源利用率的有效方式。