宋宏升：多能协同·智能耦合的综合能源案例分享

编者按：“双碳”背景下，随着科技水平不断进步和能源行业快速发展，分布式能源已成为引领能源领域发展的重要趋势之一。第十九届中国分布式能源国际论坛”于2023年12月12日在重庆召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，北京燃气能源发展有限公司副总工程师宋宏升做了主题为《多能协同·智能耦合的综合能源案例分享》的报告。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

宋宏升：大家下午好!很高兴在这个场合和大家做场合。我的分享主题是南京西江站这么一个综合的能源站项目。在开始分享前请允许我介绍一下我们的能源公司，我们能源公司是整个北京市燃气集团的燃气上下游延伸平台，我们是在2011年12月成立的，目前已经是第12个年头了，按照整个集团之前的整体战略规划，我们在整个成立之初将燃气分布式能源作为新的战略发展方向之一，经过这么多年的发展，目前已经不仅局限于整体三联供方面，现在已经发展成为以燃气综合利用为核心，多能源耦合的综合能源系统，利用整个智慧能源管理系统，实现区域能源的统一调度管理，保障区域低碳高效低成本可持续发展的区域清洁能源服务商。

我们通过规划设计投资建设运营一体化的模式，集成多种新能源技术，最大化利用可再生能源，为相应的用户提供供冷供热供电的服务。

我们公司经过十余年的发展，也打造了一大批标杆性低碳能源项目。首先在能源公司成立的初创期前五年之内，这边燃气分布式能源是主要的方向，这部分能源的形式主要是以中石油数据中心、北京的日出东方酒店、清和医院为主要项目代表。在可再生功能方面，主要是以陕西宝鸡天玺台这么一个地缘热泵项目为主要代表，同时这个项目也是全球第二大单体的地缘热泵项目。从2017年开始，我们北京能源作为一家专业能源的国企，开始深度参与和保障北京城市副中心以及雄安新区的能源规划和相应的建设工作，我们也成功拓展了北京城市副中心六号能源站以及雄安新区流动片区1200万平米的运营效率，还有北京环球影城这样的能源中心项目。

在2021年公司开始进入光伏的领域，通过不断的拓展，也打造了一批北京农村光伏项目，还有天津南港的分布式光伏项目在内的一批分布式屋面光伏和地面站项目。同时凭借着公司良好的行业口碑，另外一方面也是咱们有国企担当，开启了与中央军委的能源项目合作。经过不断的拓展，在陆续几年之内，不断投资和接管了一大批军委的相关能源配套项目，例如国防大学项目。

公司技术发展历程其实也是公司不断发展壮大的历程，大致分为三个阶段，第一阶段是在公司2012年初创时期，按照燃气集团的整体规划，致力于三联供技术的深耕，并且通过中石油创新基地，北京日出东方酒店、清河医院等一批示范性三联供项目打造，也实现了三联供技术在行业内的领跑。

随着公司业务领域的不断拓宽，技术形式从单一的三联供快速发展成为其可再生能源技术、综合性能源技术在内的多样化技术形式。并且随着广度的增加，我们也不断深耕咱们整个技术的深度，先后通过采用多能协同、智能耦合的核心技术理念，打造了一批标杆性项目，例如副中心的六号能源站，宝鸡天玺台这么一个地缘热泵项目，还有北京环球影城这几个项目。

其实副中心六号能源站项目可再生能源利用率达到41%，宝鸡这个项目因为整体采用地缘热泵，所以整个可再生比例达到了90%以上。另外我们通过打造高能效机房的方式，实现了环球影城和副中心六号能源站，电制冷的综合能效可达5.0，比行业的平均值4.1高22%。随着大型综合性能源不断拓展，整个能源系统对能源数字化、智慧化管控体系需求日趋强烈。因此从2018年开始，我们公司开始了数字化转型，经过这几年发展，也已经完成了自己的数字化体系的搭建，实现了项目的集中管控，通过核心技术和数字化的双轮驱动，目前已经实现落地运营项目84个，在建项目10个，在运面积2060万平米，技术涵盖了包括空气源热泵、地缘热泵、光伏、光热、风电等多种新能源技术。

我们公司业务主要涵盖能源项目的咨询投资建设运营全生命周期，为大型园区公共建筑居民等客户提供供冷供热供电供蒸汽和生活热水服务。在分享西江站项目之前，我给大家重点简单分享一下我们打造的七个经典项目案例。第一是北京城市副中心六号能源站项目，这是北京市市政府东迁的重要能源配套工程，这个项目也是公司打造的高能效机房的项目典范，这个项目是以是地缘热泵为主，耦合燃气三联供和水蓄能作为相应的调峰补充，整个可再生能源利用率大于40%。第二是北京环球影城能源中心项目，上午分享的时候，华电的胡总分享了迪士尼的项目，南有上海迪士尼，北有北京环球影城，北京的环球影城能源中心由能源公司进行打造，这个项目也是咱们整个不光是北京市，也是全国当年的重点工程。

这个项目的打造采用了分布式能源，就是三联供耦合相关的形式满足业主需求，这个项目是属于园类项目，这个项目最大的特点是在开园时有特别快速的符合响应的需求，这个情况下这是一方面需求，另外一点是对末端供能温度参数要求非常高，要求供冷是正负0.5度以内，供热是正负1度以内，这是相当高的要求，所以我们在这个项目上倾注了相当大的技术能力还有相当大的整个技术平台，包括数字化管控体系，都在项目上进行了运用。

第三项目是雄安新区的容东片区项目，这个项目是联合中石油中石化进行联合打造的1200平米的运营项目，这个项目大规模采用地热的供暖技术，整个项目清洁能源比例系100%，可再生能源比例超过35%。

第四项目是中石油创新基地能源项目，刚才于总介绍了卡特彼勒的相关数据中心案例，中石油数据中心是整个中石油两地三中心最大的数据中心，同时这个项目也是全国首个，我们用三联供取代了原来的技术，成为全国首例项目。这个项目目前已经平稳运行了十年。

第五个项目是南京信息工程大学集中供冷供热项目，这个项目采用电厂的蒸汽余热，为整个南京信息工程大学进行供冷供热还有全年生活用水的供应。这个项目如果按照北京市的要求，新能源供热来说，因为我们用的电厂余热，这也可以算新能源供热的典型代表。

第六个项目是京燕饭店的能源项目，这个项目主要点是它是三联供耦合分布式堤坝光伏制冷微网典型示范项目，另外这也是国家G20峰会和APEC会议的会场。

第七个项目刚才说过，是陕西宝鸡天玺台项目，这个项目有大量的以居民为主，还有一定的商业配套，整个项目我们采用地缘热泵为主体，整个项目可再生能源利用比例大于90%。

接下来给大家重点分享一下南京西江站综合性能源站项目。整个项目总的供能设计面积是210万平米，它主要的产业是包括相应的芯片设计、云计算、网络通讯、区块链、文化创意的相关5C产业方向，整个建筑功能类包括办公、商业、公寓等类型。其实从图上可以看到，整个黑色的三角圈注的区域是整个能源站的共同区域，能源站位于这个位置，整个能源站总建筑面积是6200平米，地上两层面积是5000平米，地下一层面积是1200平米，建筑总高度是19米。

这张图片是能源站的实景图，在左边的罐子是一期目前已经投产的一座1万立方的蓄能水罐。整个南京西江站项目我们采用多能耦合智能协同的理念，以地缘热泵为主，耦合相应的高压电锅炉、燃气锅炉、蓄能等多种方式作为调峰补充。整个园区的夏季最大冷负荷是120兆瓦，冬季最大热负荷需求是81兆瓦。整个系统供能先后顺序是整个基础冷热负荷采用可再生能源、热泵进行提供，最后采用燃气锅炉进行补充。

整个项目有三大建设目标，首先从设计规划的角度来说，一方面是要构建多能协同智能耦合的系统，实现可再生能源占比超过50%，实现清洁能源利用率100%，目前整个系统在分期的建设中。第二从社会的设计和建设角度来说，我们要打造高能效机房，实现节能低碳智慧、安全经济理念的落地，这块整个制冷系统要达到5.0。

第三是从运营的方面，要搭建智能化能源管理平台，完成数据实时监控，系统自动控制以及精细化调节，及时的报警提醒技术，实现无人少人值守能源中心的建设，目前整个智慧能源云平台建设，也是随着整个能源系统的建设在分期建设落地中。

从系统的装机角度来说，整个系统由9台可再生的热联产热泵以及两座1万立方的蓄能水罐，8台电制冷，4台电锅炉以及2台燃气锅炉构成，整个项目装机热负荷是90兆瓦，装机冷负荷是125兆瓦，可以看到整个项目的供热占比中，热原塔热泵占到27%，但因为耦合了水蓄能如果刨掉电锅炉蓄能部分以外，整个项目的可再生供热占比大于50%。

从项目工艺角度来说，我们优先利用热原塔热泵、电锅炉、燃气锅炉、电制冷、蓄能等多种方式作为调整补充。在冬季供应量不足的时候，通过电锅炉蓄热、燃气锅炉进行补充，在夏季供冷量不足时通过蓄冷、电制冷进行补充。

从下面的图可以看到整个项目的热负荷需求可以由热原塔热泵、电机锅炉、燃气热水锅炉和蓄能罐四种设备任意组合进行满足，其实根据项目具体实际情况，目前有11种组合方式可以满足热辅需求。针对冷负荷方面，可以由热原塔热泵、冷水机组、蓄能罐三种设备进行任意组合进行满足，结合项目具体情况，目前有8种具体的运营模式。

接下来从三个方面，一个是设计方面，一个是项目调制方面和智慧运营方面给大家分享项目亮点。首先是设计理念，有三个最大化，第一个是最大化利用可再生能源，采用以热原塔热泵结合水蓄能承担基础负荷，耦合电锅炉、燃气锅炉、电热冷机多种能源形式作为调峰和系统安全保障的基础路线，提高系统经济性的同时实现系统的供热可再生能源利用率超过50%。

第二是最大化提升输配效率，在各个地块采用分布式二级泵的设计工艺，各个地块按需取水，并且按照冷冻水17度的大温差进行设计，大大降低了系统能耗。

第三是最大化提高系统运营效率，通过优化系统组机单台容量和配置，就是常说的大小机和多台配置方式，提高基础容量和负荷波动的匹配性，保障全负荷段下系统的高效运行。

在建设的调试阶段，一方面采用大倍率钢管和相通的优化方式，从节能方面来说，可以节能58%，从弯头的角度来说，一个大倍率弯头根据倍率的不同，相对于1.5倍的常规弯头可以节能14%-22%，结合系统的管线整体优化，尽可能减少弯头，再结合系统选用低阻率高能效设备，这块经过系统水利负荷，确保系统处于最佳的运营工况，减少阻力约10%，全年可以减少水泵的电耗约5%。

最后在智慧运营阶段，因为刚才提到从2018年开始进入数字化转型的阶段，其实公司已经打造成了三级智慧体系，第一级平台是公司级企业级平台，通过这个平台可以实现让公司级管理人员和技术人员实现对项目的统一管理，这个平台目前功能涵盖了投资运营和相应的消服各个板块，目前一级平台已经投入使用近5年了，现在整个项目接入情况近50个，整个服务面积近千万平米这样的体量。二级平台是公司打造的多能耦合项目的平台，它的主要功能是基于符合预测的策略优化，基于这个情况已经在副中心六号能源站以及环球影城上实现了部署。

三级平台就是项目自动系统，这个系统的作用相当于有助于项目的操作人员对项目基本运行和管理，这块通过自供系统部署实现了项目就地控制和数据获取，实现了无人职守的自动控制。三级平台目前已经实现了所有项目的100%覆盖。

从系统的经济运行策略角度来说，刚才介绍了平台的事，其实这是二级平台做的工作，通过二级平台可以实现系统精细化运营策略，基于整个园区末端冷热电负荷特征以及相应的能源价格，同时考虑主设备的最低负荷率和运维成本等因素，以多能耦合系统运营费用最低为主要目标，制定和优化多能耦合能源站的智慧运营策略，并且通过整个二级平台发放到整个自供系统，实现系统高效运行。在耦合蓄能方面，这方面也主要是利用夜间进行蓄冷蓄热，进一步提高系统运营经济性。在项目当地南京有相应的专项补贴电价。

最后把相应的项目典型数据做了整体汇总，首先项目清洁能源利用率100%，每年实现标煤替代1.1万吨，项目可再生能源供热占比大于50%，系统制冷全年综合运行大于5.2%。相比传统能源系统来说，整个系统节能率大于30%，而且可以实现年二氧化碳的排放量，这个数据没有及时更新大概是在1万吨左右的体量，相当于通过这些数据在落地之后，因为现在国家有3060的这个事，通过这个举措为3060大目标贡献小数点。

我的汇报到此结束，有不道之处请包含和批评指正，谢谢。

主持人：感谢宋总工结合西江项目从项目设计的目标、工艺、设计理念以及项目的亮点和运行情况跟大家做了详细的剖析。