400户民用建筑太阳能季节储能供暖制冷发电系统
方案简介
北京菲涅尔科技有限公司
二〇一五年十二月
目 录
本方案为400户(每户以100平方米计)民用建筑太阳能季节储能冬季供暖夏季制冷发电示范。
目前,大气污染形势严峻,已影响人们的生活生产及生存。因此,在一些地区无法实现天然气供暖,而煤也不让烧,电采暖又很贵,以后实施电价改革会更贵,用可再生能源给这些地区的建筑供暖是未来的首选,也符合国家鼓励政策;大量推广可再生能源给建筑供暖,将给大气治理、节能减排带来明显的功效。
本方案为建筑面积为40000平方米供暖,建设地点为北京地区。以建筑节能标准供暖负荷40W/m2(以节能建筑标准,实际运行中主机每日只在6小时内设计)。冬季平均太阳能辐照量以0.8kW/m2计(常年平均太阳能辐照量大于1kW/m2)。
1.项目名称: 40000平方米民用建筑太阳能供暖制冷发电系统示范
地址:北京市大兴区长子营镇留民营村
2.项目面积:40000平方米建筑面积
3.采用的技术方案:太阳能供暖系统,集供暖、制冷、发电、热水功能于一体。太阳能采用聚光式集热系统和光伏光热联供系统相结合;使该太阳能系统冬季给建筑供暖系统供应热水,夏季光伏光热联供系统供电给建筑制冷。冬季泵系统为正向运行给建筑进行供暖,夏季利用泵系统为反向运行给建筑进行制冷;在系统中设置热水储存水箱,供生活用热水;系统中的光伏电池所发的电经逆变后,供给本系统使用,多余部分供居民使用或上网;给光伏电池散热获得的热能所产生的热水同步并入太阳能循环系统中,与太阳能热水系统共同为储能池加热。
本系统通过技术集成、产品集成,使本系统不光是给建筑物供暖,还可同时给建筑物夏季制冷,还能产生电能、热水。
本系统集供暖、制冷、发电、热水功能于一体,目的是使太阳能系统在春夏秋季能充分利用起来;一是可以提高太阳能系统全年的得热量,二是可以提高系统的投资收益率。
4.建设周期约120天。
第二部分 参数设计与主要产品
以供暖面积40000平方米,供暖负荷40W/m2,冬季平均太阳能辐照量以0.8kW/m2,太阳能热泵结合冬季系统集热能效cop以4计(在有太阳能加热情况下,夏季制热平均以5计),供暖季以120天计,供暖季期间补充40天计(季节储能量以80天,今冬以使用低谷电热泵辅助);光伏电池以150W/m2计(含聚光)。
1.供暖总能耗:40000平方米×40W/m2÷1000(折为kW)×24小时(1天,实际每天不需要24小时满负荷运行)=38400kWh(以38500kWh计);
2.太阳能集热面积:38500kWh×35%(减去65%季节储能部分,今年冬季临时为用低谷电辅助供热)÷[0.8kW/m2×6小时(冬季)]÷40%(太阳能系统减去光伏发电后的转换效率)+400m2(供热水)≈7500平方米(太阳能采光面积比建筑面积约为1:5.5,含供应生活热水,聚光面积折为2:1);
3.光伏电池年平均发电是量以0.15kW/m2计(冬季为1 kW/m2,含聚光面积);
光伏电池设置为650 kW,加聚光后实际为750kW;750kW×8小时×280天=1680000kWh;
4.热泵功率(供暖季前段用循环泵提热,后半段用热泵提热,在有太阳能加热情况下,热泵制热量cop以4计):
38500kWh×35%÷6小时÷4(cop)=560kW(约合762p,选9匹86台(备用1台);输入功率1匹为0.735KW);
5.调节储能水池容积:38500kW×5天×860(千卡)÷80(千卡,水储热温差)÷1000(公斤转换吨)=2069吨(约2100吨,26×26×3.3m);
6.季节储能水池容积(后续待建):38500 kW×80天×860(千卡)÷80(千卡,水储热温差)÷1000(公斤转换吨)=33110吨(约33500吨,尺寸为40×40×3.5m;5600吨储能水池6个(33600吨,有效容积约33500吨);
7.一个供暖季太阳能供给天数120天;1年晴天约为280天。
8.热水供给天数为365天(阴雨天用热泵提热)。
9.太阳能总占地约14000平方米(可包括建筑物顶部可利用面积)。
10.项目实际运行最高负荷控制在600kW内,由控制系统进行负荷调配,小区入户现有电力系统应能满足,电力不需要增加投资。
太阳能系统:集光系统为7500平方米(其中设置光伏电池集光后650kW);
热泵系统:9P×86台;
逆变电系统:750kW;
季节储能池:33600吨(5600吨6个);夏季储热供冬季用;冬季储冷供夏季用;均为反向储存及运转。
2.3 系统工作原理流程图(在此简略)
本工艺图为通用总流程,实施时工艺局部调整不受本图限制。
太阳能热电联供系统主要由太阳能真空管、聚光板、光伏电池、储冷热水箱、热水箱、热泵系统(包括压缩机、蒸发器、冷凝器、换热器、风扇、阀、管网等)、控制器(包括跟踪控制器、逆变器、上网控制器等)、循环泵、供热泵、热水泵、膨胀水箱(同时作补水箱)等组成。
2.4 系统设计采用的关键技术
该系统的特殊技术为:专用集热管、吸热片、光伏电池与聚光板装配于一体。
该系统的关键技术为:免跟踪聚光器、太阳能系统防冻技术、热水箱和储冷水箱的超保温技术。
该系统技术均属于太阳能高端利用形式,优势在于一举多用、工艺新颖、性能优越、投资受益率高、投资回收快(与同类产品相比)、运营成本低、供暖安全可靠、可实现建筑供暖的无碳化(以全年平均计算,所发的电能除本系统使用外,要多出一半以上的电能可作为它用);可广泛应用于建筑供暖,特别是新建建筑。
该系统技术的几大优势如下:
1. 全年平均计算可实现建筑供暖能源自给,即可实现建筑供暖、制冷无碳化,使建筑供暖、制冷、热水真正使用清洁的新能源;
2. 一套设备集供暖、制冷、发电、热水全功能,一举多用、一举多利;
3. 雨雪天气供暖有保障;
4. 克服了常规太阳能供暖只能用于冬季供暖单一性;
5. 一次投资,无成本运行(以全年平均计算);
6. 运行中无环境污染;
7. 关键设备采用成熟产品,正常维护简便;
8. 系统技术适应性广泛,在太阳能辐射量大于0.8kW/m2,且冬季需要供暖的地区均可推广应用。
2.5 系统安全措施设计说明
为确保该系统技术冬季供暖的安全稳定性,设计时考虑到冬季雨雪天气系统的正常运行,采取了两个保障措施,一是扩大了太阳能集热的聚光面积;二是季节储存太阳能春夏秋季所产生的热能,除生活用热水外,其余部分输送至储能池。
该方案总投资约9.51万元;详见下表所示:
编号 |
工程项目名称 |
单位 |
数量 |
价值(万元) |
备注 |
单价 |
合价 |
|
1 |
太阳能系统 |
M2 |
7500 |
0.12 |
900 |
其中聚光2500M2 |
2 |
光伏电池650kW(聚光后) |
套 |
650 |
390 |
390 |
(冬季500kW) |
3 |
逆变电源等(并网) |
套 |
2 |
125 |
125 |
500 kW+250 kW |
4 |
储能水池(2100吨) |
口 |
1 |
45 |
45 |
26×26×3.3m |
5 |
季节储能池(计3.36万吨) |
口 |
6 |
98 |
588 |
40×40×3.5m |
6 |
热水箱(40t) |
只 |
1 |
13 |
13 |
|
7 |
循环压缩机(9P) |
套 |
86 |
0.56 |
48.16 |
谷轮ZW |
8 |
供热泵 |
台 |
2 |
0.95 |
1.9 |
7.5kW |
9 |
蒸发器 |
套 |
15 |
0.9 |
13.5 |
|
10 |
板式换热器 |
套 |
15 |
0.98 |
14.7 |
|
11 |
智能控制 |
套 |
1 |
3.8 |
3.8 |
|
12 |
高压风机(5.5kW) |
台 |
4 |
0.65 |
2.6 |
18kPa,700m3 |
13 |
风管 |
套 |
4 |
0.8 |
3.2 |
|
14 |
设备间管网、阀及保温 |
套 |
1 |
35 |
35 |
φ25-90 |
15 |
电料电器 |
套 |
1 |
25 |
25 |
不含外线 |
16 |
系统安装调试 |
套 |
1 |
60 |
60 |
|
17 |
设备运费 |
|
|
|
15 |
|
18 |
设备间 |
M2 |
200 |
0.9 |
18 |
|
19 |
集热器及设备基础 |
套 |
|
50 |
50 |
|
|
合计 |
|
|
|
2351.86 |
约588元/m3 |
注:1、上述成本不含村内管网、户内管网、散热片、变压器增容。2、上述为估价,通用设备可自行采购。
设置的季节储热池,总储热量供80天供暖,季节储热池总池容为33600立方米。40×40×3.5m,6口,钢砼结构,内置供冷风管。
4.1 年节能量(包括发电)
1、供暖:120天×38500kWh(天)=4620000kWh;
2、热水(每天每户以100kg计,年平均升温30℃):
14600×1000×35℃(水初度均以15℃,计50℃)÷860=594186kWh;
3、发电(睛天年平均日发电量,每年以280天晴天计):
750kWh/d×8×280天=1680000kWh
合计:6894186kWh(理论计算折合标煤约2300吨,实际因居民使用的煤质差,燃煤炉效率低,实际1户冬季供暖耗煤量10吨左右)。
注:上述不包括夏季制冷,因本系统制冷是利用晚间设备反向运行,所耗能相关于常规的夏季开空调耗能,因此,在此不作节能考虑。下列中运行费用相同。
1、能耗
1).供暖:主机热泵工作6小时,功率约560kW,280天,计940800kWh;
2).循环水泵:功率约7.5kW,工作24小时(间歇工作),120天,计21600kWh;
3).复季制冷:用季节储能池所储存的冷能,循环泵工作24小时,功率约7.5 kW,50天,计9000kWh;
4).制冷风机:冬季将冷气吹入季节储能池内储存,供夏季使用,高压风机冬季工作60天,每天工作20小时,功率约5.5 kW×3台(另一台为备用),50天,计19800kWh;
合计:991200kW×0.59=58.4808万元(未计算利用低谷电差价部分,北京政府补贴采暖用低谷电,用户只付0.1元/度)
2、设备维修费:10万元/年
3、人员工资:3人×4.8万元=14.4万元
合计:82.8808万元/年(每平方米约20.7202元,约21元/平方米.季)
由于当地施工环境、市场相关材料价格、工费、电价均末核实,因此,以下所有参数均为估算,仅供核算参考。
系统输出电价以1.09元/度计(太阳能发电补贴);建筑釆暖面积为40000平方米,供暖价以30元/釆暖季(太阳能釆暖与然气供暖价相同计价);热水以25元/吨;建筑制冷50天(以除能耗纯收入10元/制冷季计)。
1、供暖收入:40000×30元=120万元;
2、热水收入:14600吨×25元=36.5万元;
3、发电收入(以补贴价计):1680000kWh×1.09元/度=183.12万元;
4、夏季制冷节约收入:40000×10=40万元。
合计:379.62万元/年
4.3.2 年利润(不含折旧)
收支两比:
379.62万元-82.8808万元=296.7392万元
年利润为296.7392万元;
静态投资回收期约为8年;
投资利润率约为12.6%;
如能将CDM参与市场交易,可获得很大受益。
实际可为社为减少燃煤4000吨左右,如大量推广可在大气治理、节能减排中发挥重要作用。
4.4 维护及使用寿命
系统维护简便,使用安全;太阳能系统主体寿命25年(不含电器设备)。
本着协同合作、双方共赢的原则;共同开发、着力于以后市场推广;样板工程我公司成本价提供非标产品及指导服务。
共同创造的技术发明(现已有除外),双方共同享有。
除通用设备、材料、土建建设方(或投资方)自行采购及施工;我提供非标产品及相关技术服务指导。 |