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2015/11/301专题5能源总线系统与能源互联网2015/11/302主要内容•能源总线系统•能源互联网2015/11/303一、能源总线系统2015/11/304何谓总线系统？CPU主存设备适配器设备适配器IOPI/O总线三总线结构系统总线存储总线2015/11/305能源总线系统基本原理•能源总线系统是一种集成化、规模化应用区域内的可再生能源及未利用能源的低碳区域能源系统，它是指将来自于可再生能源或未利用能源的热源/热汇水，通过作为基础设施的管网，输送到用户。在用户端，从总线来的水作为水源热泵的热源/热汇，经换热后回到源头，或排放（地表水）、或循环再次换热（通过换热器与各种“源”和“汇”藕合）、或回灌（地行水）。•能源总线系统既不同于传统大能源“1对N”的模式，也不同于全分散能源“1对1”的模式，而是一种“M对N（即M个源对N个用户，或M种源对N个用户）”的分布式或分散式供能、集总式或集中式少用能的“集散式”系统模式。•能源总线系统送往末端用户的冷媒不是区域供冷系统的冷冻水，而是从天然冷源（热源）得到的冷（热）媒水，可以是多个源，也可以是单个源。各个能源中心内仅配备热交换设备和循环动力设备（见图6-1）。各未端用户单独配置水源冷水机组/热泵机组，利用集中管网送来的冷(热)媒水，制取冷或热，满足用户改善室内环境的需求。2015/11/306能源总线系统的特点•规模化使用天然冷（热）源，提高可再生能源使用的经济效益；•由于建筑群同时使用系数的存在，集中的冷却水系统总流量比分散式少；•在末端设备为水源热泵机组的时候，能够实现同时供冷和供热，此时可以回收建筑物内的余热；•集中的排热，可有效缓解城市局部热排放造成的热岛效应；•因冷却水温度常高于土壤温度，因此集中式管网的管道可直埋，减少保温成本；•避免了冷却塔带来的军团病等问题，减少了冷却塔维护费用，节约水资源；•计费方便，公共分摊部分仅为冷却水泵，冷热源循环水泵运行费、水泵与换热器的初投资费用；•能源总线系统适用于空调负荷错峰型的综合社区，附近有大量天然冷源可以利用，降低供水温度，利于提高机组的COP，也利于拉大供回水温差，减少输送能耗。2015/11/307能源总线系统的设计原则•当区域供热/供冷系统采用能源总线系统（EnergyBusSystem）形式时，冷（热）媒水热量宜来自于天然冷热源（地表水、地下水、或与土壤的换热等等）；•当采用能源总线系统时，为保证3~5℃换热温差，天然冷源（地下水、地表水）的温度夏季不得高于28℃，冬季不得低于8℃；若为土壤源热泵系统，经与土壤换热后得到的冷却水温度夏季不得高于30℃，冬季不得低于6℃（长江口江水温度夏季（8月）最高在27.8~28.6℃，冬季（2月）最低在5.6~6.4℃。）因此，夏季可采用以地下水、地表水或江水为冷源的能源总线系统；在冬季，则需要进行补热；•当能源总线系统有多个冷、热源来源时，应考虑冷热源温度匹配，避免冷热抵消；•能源总线系统的管网拓扑结构采用总线型配置，该系统形式结构简单，但水泵控制复杂；也可采用星型配置，水泵控制简单，但管网投资较大；•能源总线系统的末端是冷水机/热泵机组，为确保这些机组的正常运行，自然冷源侧流量必须保证在一定的范围内，宜在每台机组回水管设置自动流量平衡阀和电动调节阀，系统干管，立管，支管均安装电动平衡阀；•慎重选用加压泵可以减小循环泵的扬程，减少循环泵的能耗。2015/11/308多源环状能源总线系统2015/11/3082015/11/309多源枝状能源总线系统2015/11/3092015/11/3010能源总线系统的配置2015/11/3011能源总线系统的配置夏季供冷冬季供暖W型单U型并联双U型1、源侧换热器——地埋管换热器2015/11/3012地源热泵机组系统原理图能源总线系统的配置2015/11/3013单一性土壤源热泵适宜性岩土体资源条件土壤源热泵系统性条件土壤的平均温度土壤的平均温度节能性经济性环保性平衡性系统能效比系统能效比投资回收期投资回收期标煤替代量(碳减排)标煤替代量(碳减排)吸排热量不平衡率吸排热量不平衡率单一式土壤源热泵宜性评价层次结构图2015/11/3014土壤源热泵适宜性分级◇根据我国土壤源热泵的应用现状及发展趋势，确定其分区级别和综合指数值划分标准。见表：0-0.250.25-0.450.45-0.700.70-1综合指数值不适宜区勉强适宜区较适宜区适宜区分区级别2015/11/3015定兴-黄骅剖面土壤源热泵适宜性分区图2015/11/3016土壤源热泵适宜性评价结论办公建筑严寒A气候区：不适宜区－土壤温度低、吸排热量不平衡率高严寒B气候区：较适宜区－土壤温度偏低，冬季热负荷峰值时段系统运行效率低寒冷气候区：适宜区－各项指标均适宜夏热冬冷气候区：一般适宜区－吸排热量不平衡率偏高、且与当地常规系统比经济性差夏热冬暖气候区：不适宜区－土壤温度高、仅有放热量系统无法连年持续运行单一式土壤源热泵系统2015/11/30172015/11/3018能源总线系统的配置1、源侧换热器——地下和地表水换热器地下水地源热泵地表水地源热泵2015/11/3019能源总线系统的配置1、源侧换热器——地下和地表水换热器2015/11/3020能源总线系统的配置水源热泵机组系统原理图2015/11/3021地下水源热泵适宜性水文地质因素场地施工因素社会经济因素气象因素环境保护因素年均气温年均气温富水性富水性水温水温矿化度矿化度地形地貌地形地貌回灌条件回灌条件人口密度人口密度人均GDP人均GDP年均降雨量年均降雨量降雨漏斗降雨漏斗地裂缝地裂缝地面裂缝地面裂缝地下水源热泵资源性适宜评价层次结构图2015/11/3022地下水源热泵资源性适宜性评价结论资源性条件适宜性评价－仅从资源性条件考虑，适合采用地下水源热泵的地区主要分布在我国东部；－平原盆地及富水性较好的地区比较适宜；－所得评价结果为较宏观的适宜程度分区图，具体的项目建设应考虑场地的实际情况2015/11/3023我国地下水源热泵资源性适宜分区图2015/11/3024地下水源热泵系统性条件节能性经济性环保性与常规系统相比的节能率与常规系统相比的节能率投资回收期投资回收期标煤替代量(碳减排)标煤替代量(碳减排)地下水源热泵系统性条件适宜评价层次结构图2015/11/3025地下水源热泵系统性条件适宜性评价结论系统性条件适宜性评价严寒A气候区：勉强适宜区严寒B气候区：较适宜区寒冷气候区：适宜区夏热冬冷气候区：一般适宜区夏热冬暖气候区：较不适宜区严寒A气候区：勉强适宜区严寒B气候区：一般适宜区寒冷气候区：适宜区夏热冬冷气候区：较适宜区夏热冬暖气候区：较不适宜区居住建筑公共建筑2015/11/3026地下水源热泵综合适宜性评价结论综合适宜性评价资源性条件系统性条件专家打分确定两因素各自权重综合评价绘制全国公共建筑及居住建筑地下水源热泵综合适宜性评价分区图2015/11/3027我国地下水源热泵应用于公共建筑综合评价适宜性分区图2015/11/3028我国地下水源热泵应用于居住建筑综合评价适宜性分区图2015/11/3029地表水源热泵适宜性经济方面B2水资源C1水资源C1取水温度D1取水温度D1能效方面B1社会环境方面B3气候C2气候C2技术C3技术C3初投资C4初投资C4运行费C5运行费C5社会支撑能力C6社会支撑能力C6水质D2水质D2取水水量D3取水水量D3取回水方式D5取回水方式D5机组效率D6机组效率D6水体热污染D14水体热污染D14城市热岛效应D15城市热岛效应D15气温D4气温D4取回水投资D7取回水投资D7机组价格D8机组价格D8系统运行所耗费电量D9系统运行所耗费电量D9系统运行所耗费电量D10系统运行所耗费电量D10人工费D11人工费D11管理费D12管理费D12人均GDPD13人均GDPD13地表水源热泵适宜性评价层次结构图社会环境方面C7社会环境方面C72015/11/3030地表水源热泵适宜性评价结论综合适宜性评价严寒气候区（松花江流域）：不适宜区－综合考虑，无节能优势寒冷气候区（海河流域）：不适宜区－综合考虑，无节能优势夏热冬冷气候区（长江流域大部分地区淮河流域）：适宜区－各方面因素均存在节能优势夏热冬暖气候区（珠江流域）：适宜区－各方面因素均存在节能优势温和气候区（恒河流域）：一般适宜区－某方面因素不占优势，需根据具体情况，分析全生命周期来考察其节能优势2015/11/3031我国地表水源热泵适宜性分区图2015/11/3032地源热泵应用存在的一些问题初投资及能源政策问题初投资较大，且埋管要求较大场地。且由于地源热泵系统初投资偏大，所以政府在政策及资金上的支持力度，对于该项技术的推广起到重要的引导作用。施工质量问题地源热泵系统施工工艺较复杂，并需要多方面密切配合、协调，但目前相关的管理措施和技术手段缺乏，施工单位没有相应市场准入机制，主管部门监管不力，缺乏切实可行的施工监理操作规范等，在项目实施中引发了较多问题。地埋管地源热泵设计及控制策略问题地埋管换热器在某种单一工况下的运行时间较长时，地埋管换热能力将会逐渐下降，埋管进出水温差将会变小，不能够保证热泵机组在高效工况范围内运行。目前在地源热泵及其运行控制策略的设计上还不够完善。下管过程回填过程钻孔现场2015/11/3033•TemperaturedistributionatendofthethirdyearNumericalevaluationofgroundtemperaturevariationFirstforcoolingandt=14.1Firstforcoolingandq=0FirstforcoolinganddynamicalqFirstforheatingandt=14.1Firstforheatingandq=0Firstforheatinganddynamicalq2015/11/3034复合式地源热泵2015/11/3035复合式土壤源热泵适宜性岩土体资源条件土壤源热泵系统性条件土壤的平均温度土壤的平均温度节能性经济性环保性系统能效比系统能效比投资回收期投资回收期标煤替代量(碳减排)标煤替代量(碳减排)复合式土壤源热泵宜性评价层次结构图2015/11/3036土壤源热泵适宜性评价结论办公建筑严寒A气候区：一般适宜区严寒B气候区：较适宜区寒冷气候区：适宜区夏热冬冷气候区：较适宜区夏热冬暖气候区：不适宜区复合式土壤源热泵系统采用复合式系统后，不存在吸排热量不平衡问题，部分指标有所改善，提高了系统的适宜性2015/11/3037居住建筑寒冷气候区：适宜区夏热冬冷气候区：较适宜区复合式土壤源热泵系统严寒气候区居住建筑一般不做集中供冷，夏热冬暖气候区无集中供热需求，因此对这两个气候区不做分析土壤源热泵适宜性评价结论2015/11/30382015/11/30392015/11/3040冷量送入房间冷量送入房间放热冷却塔冷却水蒸发器蒸发器水冷冷凝器泵压缩机水吸收冷媒热量而使冷媒液化水吸收冷媒热量而使冷媒液化气态冷媒向水放热成为液态能源总线系统的配置2015/11/3041二、能源互联网2015/11/30421、智能电网美国电力研究协会2015/11/30431、智能电网2015/11/30441、智能电网2015/11/30452015/11/30461、智能电网2015/11/30472015/11/30482015/11/30492015/11/30502、微网技术2015/11/30512、微网技术2015/11/30522、微网技术2015/11/30532、微网技术2015/11/30542、微网技术2015/11/30552、微网技术目的2015/11/30562、微网技术技术体系框架2015/11/30572、微网技术核心技术框架2015/11/30582015/11/30592、微网技术微网群控2015/11/30602、微网技术微网群控2015/11/30612、微网技术微网群控2015/1