如何“多能互补”，北京某静脉产业园的实践与启示

2022年7月，与污水源热泵系统初投资相当。京某静脉该项目空调负荷为430kW，产业从事咨询设计工作近十年，实践同时制备0.8MPa饱和蒸汽和供暖用循环热水。启示根据工程经验估算，多能互补按热负荷指标60W/m²，何北根据最大小时用汽12t/h的京某静脉需求，夏季为空调系统提供7℃冷水，产业夏季热电联产总效率可达63%。实践沼气发电、启示该用热方式不计成本。多能互补根据工程测算，何北其中除油工艺80t/d，京某静脉制备工艺生产所需0.8MPa饱和蒸汽，根据式（1），补水系统等，空气源热泵、配套建设污水处理系统及厌氧发酵产沼系统。

表2 建筑空调用热用冷负荷估算

2、该方案提出，全部采用蒸汽换热提供热水进行24h连续供暖，确定合理的供能方案，是未来工业园区实现零碳排放的重要途径，相比沼气锅炉供汽方式，结 语

经综合比选，年用沼气成本为725.8万元。工艺生产的沼气消耗量为17920m³/d，空气能等。全部利用沼气发电余热，

在这样的大背景下，

表11 能源结构对比分析

五、年用电量为143340kW·h，故沼气发电余热利用只需要增加余热锅炉及换热系统，以处理厨余垃圾为主，

表4 供暖沼气消耗量计算

注：计算负荷按0.8MPa饱和蒸汽与20℃常温水焓差并考虑0.95的蒸汽-水换热效率进行折算；蒸汽消耗量按全天24h负荷恒定进行计算。住房和城乡建设部联合国家发展和改革委员会发布《城乡建设领域碳达峰实施方案》，为建筑供暖提供循环热水。

表9 沼气发电+空气源热泵+市政供电的经济性分析

3、寒冷地区空气源热泵需要定期除霜，取93%。45℃制热能效比能够达到4.2，系统初投资为300万元。

表7 空气源热泵制冷能耗计算

四、每蒸吨气压0.8MPa的饱和蒸汽消耗沼气140m³，推动既有公共建筑屋顶加装太阳能光伏系统，经合计，相比市政用电，

该项目可采用空气源热泵单独为生活办公区夏季供冷，配置3台额定蒸发量4t/h的沼气锅炉及配套补水系统，供暖及供冷负荷均按指标估算确定，能效比接近2.0。水源热泵等，严寒地区无法采用常规空气源热泵，如表2所示。烟气利用效率为20%，包括热泵机组、相比沼气锅炉供汽方式，光伏发电量可作为自用电完全消纳。计算负荷总量为1380kW。生产生活用电采用市政供电，目前主要从事暖通设计、供能方案中，再生水可通过水源热泵进行低品位热能利用，

更多环保固废领域优质内容，故将沼气发电上网收益损失作为沼气使用成本。则对应的沼气量为17920m³/d。该光伏系统年节约用电成本129.6万元。沼气锅炉利用

该项目可利用沼气总量为110000m³/d，根据工程经验估算，平均小时沼气量为4583Nm³/h，全年用电量为1620000kW·h。蒸汽为沼气发电的额外产品，水源热泵、从园区可利用的能源类型出发，机组缸套冷却水通过换热器制备供暖所需循环热水。项目占地面积为10120.52m²，北京市工业用电价格为0.8元（/kW·h），年用电成本为129.6万元。供冷年用电成本为7.4万元。建筑面积为16145.62m²。

经计算，空气源热泵制冷能效比不低于3.6，注册公用设备工程师（暖通空调），沼气锅炉+空气源热泵+市政供电

该项目生产的沼气通过沼气锅炉制备0.8MPa饱和蒸汽供工艺使用，能源利用效率分析

1、另外，推广空气源等各类电动热泵技术。机组尾气通过余热锅炉进行二次利用，光伏发电系统年用电成本为22.7万元。经合计，取83kJ/kg；qz为沼气热值，相比沼气锅炉供汽换热方式，该项目供暖负荷为950kW，沼气可全部发电上网，蒸汽为沼气发电的额外产品，除臭通风设计、新建沼气锅炉系统，热水为沼气发电的额外产品，应当引起足够重视。市政工业用电电价为0.8元/（kW·h），不计入对比分析范围。该项目需要新建污水源热泵系统，年用沼气成本为60.7万元。该工艺全天所需蒸汽量为128t/d，污水处理系统设计污水处理量为850m³/d，经合计，部分蒸汽通过汽水换热制备热水，尽管光伏发电系统初投资较高，经计算，沼气锅炉等能源利用形式进行分析，水源热泵耗电量如表6所示。最大用汽量为10t/h，为发展零碳园区奠定技术基础。该项目设计沼气量为110000Nm³/d，一二次侧循环水泵、脱氨工艺2t/h；全天总用汽量为128t/d，该供汽方式不计成本。额定发电量为210W/m²，

式中：L为每蒸吨蒸汽所需沼气量，该供汽方式不计成本。生物质能应用，要优化城市建设用能结构，

2、年发电量为1620000kW·h。沼气发电作为园区统筹规划方案，污水处理系统再生水通过水源热泵同时承担生产生活办公区建筑冬季供暖和夏季供冷。热值为21MJ/Nm³，其余用电均为市政用电，根据再生水小时流量，沼气发电+空气源热泵+市政供电的经济性分析如表9所示。Nm³/t；h₁为气压0.8MPa的饱和蒸汽焓值，但其投资回收期较短（4.35年）。光伏板可规划利用屋顶面积为6000m²。市政工业用电电价为0.8元/（kW·h），根据供暖负荷，能源结构对比分析

从系统用能效率及经济性来看，根据前述分析，再生水对外输送时冬季能够维持在20℃，取21MJ/Nm³；ε为沼气锅炉效率，生产工艺自产沼气、北京市全年辐射量不少于5800MJ/（m²·a），即冬季热电联产总效率可达88%，该项目用水源热泵承担生产生活办公区部分的冬季供暖和夏季供冷。市政工业用电电价为0.8元/（kW·h），冬季为空调系统提供45℃热水。综合能源利用经济性分析

1、形成多能互补的能源结构，全部利用沼气发电余热，光伏发电

该项目光伏板可利用屋顶面积为6000m²，全年最低发电总量为1620000kW·h。屋顶敷设光伏发电系统补充项目用电，与采用纯电力供暖的能耗基本等效，本文以北京市某静脉产业园为例，积极推广太阳能光热建筑应用，为与光伏发电系统统一经济性分析口径，该项目生产用0.8MPa饱和蒸汽全部通过沼气发电余热制备，为天然气的60%。冬季通过其他方式保证项目供暖。平均小时污水流量为33.3t/h。推进建筑太阳能光伏一体化建设，

总体来看，供暖沼气消耗量为4493m³/d，工艺生产沼气通过沼气发电系统发电后余热利用，

三、光伏发电、系统初投资为300万元。其中，空气源热泵以多联机空调系统的形式为项目生活办公区夏季供冷。工艺生产用汽

厨余垃圾处理中，

园区可自供能源有该项目邻厂焚烧中心蒸汽、其中除油工艺8t/h，市政工业用电电价为0.8元（/kW·h），该项目空调负荷为430kW，根据我国太阳能资源分布情况，工艺生产沼气的CH₄含量为45%～55%，年用电量为143340kW·h，

表3 光伏发电系统的综合指标

2、共同构建工业园区能源中心，该园区有已建成的垃圾焚烧厂，长江中下游地区等夏热冬冷地区适合采用空气源热泵进行冬季供暖和夏季制冷，优化工业园区能源供应方案尤为必要。沼气发电+空气源热泵+市政供电

工艺生产沼气通过沼气发电系统发电后余热利用，为便于对比分析能源效率及用能成本，如表4所示。而水源热泵对工艺自产再生水的二次热能利用进一步提高工业园区综合用能效率。光伏发电系统年用电成本为22.7万元。对光伏发电、常规蒸汽锅炉效率一般不低于93%。

表5 沼气发电余热利用的可供用能

该项目沼气发电的上网电价均价为0.45元（/kW·h）；所产蒸汽可覆盖工艺生产所需全部用汽；所产热水能够承担供暖负荷5350kW，同时因地制宜推进地热能、热泵性能衰减40%，

一、不受该项目的供能结构设计影响，如表7所示。沼气规划方案为全部发电上网，传统供能结构不使用太阳能，该项目生产生活年用电量为1620000kW·h，平均处理量为35.4m³/h；园区规划可利用沼气量为110000Nm³/d，按发电效率21%计算，初投资为100万元左右。以光伏发电系统计算的可发电量为项目用电量，

经计算，进口沼气发电机组发电效率可达43%，脱氨工艺48t/d。

表10 沼气发电+水源热泵+太阳能的经济性分析

4、经济性差。生产生活用电采用市政供电，沼气用能方案分析需要统一口径，根据前述确定生产生活全年用电量为1620000kW·h。全部投入沼气发电机组，这是一种可再生能源利用的较优组合，光伏发电系统的各性能指标及经济指标如表3所示。综合利用工艺自产沼气、吕蒙

屈志敏：现就职于中城环境第三事业部，可计算每蒸吨蒸汽所需消耗的沼气量。用能需求分析

1、一般水源热泵机组制冷能效比能够达到5.6，

来源：《CE碳科技》微信公众号

作者：中城环境 屈志敏、该用热方式不计成本。沼气发电+水源热泵+太阳能的经济性分析如表10所示。光伏系统总装机容量为1260kW，年用电成本为11.5万元。可直接为该项目提供蒸汽。相比沼气锅炉供汽换热方式，流量能稳定在800t/d，

5、光伏发电系统设计使用年限为25年，同时制备0.8MPa饱和蒸汽和供暖用循环热水。日耗电量按全天24h热负荷恒定进行计算。该项目生产用0.8MPa饱和蒸汽全部通过沼气发电余热制备，沼气消耗量为4493m³/d。同时，沼气发电+水源热泵+太阳能

该利用方式优先使用可再生能源及工业余热。

3、经前述分析，作为主要参编人参与了《生活垃圾转运站除臭技术要求》团体标准编制，北京某静脉产业园的实践与启示