10万平米建建太阳能供暖制冷及发电简介
1.参数设计与主要产品
以北京供暖面积100000平方米,供暖负荷50W/m2,冬季平均太阳能辐照量以1kW/m2,太阳能热泵结合冬季系统集热能效cop以5计(在有太阳能加热情况下,夏季制热平均以5计),供暖季以150天计,供暖季期间补充能量90天计(季节储能量以90天,首冬(因建设时未能储存足够热能,以使用低谷电用热泵辅助);光热发电功率为3000kW.h计。
1.供暖总能耗:100000平方米×50W/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)=120000kWh(以后以现在实用功率再重新调整);
2.太阳能集热面积:120000kWh×30%(减去70%季节储能部分,首年投产较晚时,冬季临时为用低谷电辅助供热)÷5小时(冬季)÷75%(太阳能热泵提热效率,冬季1平方米1kWh)=9600≈10000平方米(太阳能采光面积比建筑面积约为1:10,含发电用热,聚光面积约占50%);
3.光热发电年平均发电量(全年有日照以180天计):
10000平方米×1kW×30%(太阳能热发电效率)×8小时(夏秋春季8小时)×180天=4320000kW.h;
4.热泵功率(供暖季前段用循环泵,后半段用热泵提热,在有太阳能加热情况下,提热热泵制热量cop以5计):
1). 无日照时:
120000kWh÷24小时÷5(cop)=646kW(约合1000p,选9匹136台(备用4台);计:140台(输入功率1匹为0.735KW);
2).极端天气时,以1.5倍考虑,用储热水池热能。
5.储热水池容积(占供暖季热能70%):120000kW.h×860(千卡)×84天(占120天的70%)÷85度(千卡,高温95度,用到10度,水储热温差)÷1000(公斤转换吨)-50%土壤储热=102000吨-102000×50%=51000吨(约,尺寸为φ48×4.1m;7400吨,储热水池约7口(51800吨,有效容积约51000吨);
6.周边土壤储热(占储热50%)井数:120000kW.h×50%×860(千卡)×84天÷35(千卡,高温45度,用到10度,土储热温差,土密度大但蓄热低,所以土方量以水的密度计)÷1000(公斤,蓄热约转换立方米)=124000立方米(约125000立方米,井深50米,以35米计,占地尺寸约为60×60×35m(池子两边地块打井);约打井441个(3×3米×50米);
7.调节热水池容积(恒温热水使用):100立方米2个(出水高温85度,回水温度35度,水温差50度)。
8.热水循环泵11kW,8台(4用4备)。
9.太阳能总占地约20000平方米(可包括建筑物顶部可利用面积)。
10.冬季正常天气实际运行最高负荷控制在1000kW,极端天气时最高负荷控制在1200kW。由控制系统进行负荷调配。夏季发电供农业园生产使用,冬季无光照时从园内电网上用电。
太阳能系统:集光系统为10000平方米(其中设置聚光集热5000平方米);
热泵系统:9P×140台;
热发电系统:1500kW,2台;
储热池:7400吨(7个);夏季储热供冬季用;
调节热水池:500立方米2个;
热水循环泵:8台,11kW,8台;
储热井:441个,3米×3米×50米(深);
系统内管网:1套(不输送主管网和日光温室内管网及散热元件)。
1.3 系统主要设备
太阳能热电联供系统主要由太阳能真空管、聚光板、热发电系统、储热池、调节热水箱、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、取热水泵、膨胀水箱(同时作补水箱)等组成。
1.4 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、跟踪装置或聚光板装配于一体。
该系统的关键技术为:集太阳能系统、热泵、热储存、热发电、超保温技术于一体。
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(本项目未使用,下同)无碳化,使建筑供暖、制冷、热水(本项目未使用,下同)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0.6kW/m2,且冬季需要供暖的地区均可推广应用。
1.5 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3个保障措施,一是部分太阳能集热器为聚光式;二是采用跨季节储能,三是配套了足够热泵机组。
该方案总投资约4318.8万元;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 |
10000 |
0.6 |
1320 |
|
2 |
聚光系统 |
M2 |
5000 |
0.05 |
550 |
|
3 |
热发电系统 |
套 |
2 |
120 |
240 |
1500 kW,2台 |
4 |
储热水池(51000吨) |
口 |
7 |
150 |
1500 |
φ47×4.1m×10口 |
5 |
调节热水池(500吨) |
口 |
2 |
28 |
56 |
8×5×3m,120吨 |
6 |
循环压缩机及蒸发器(9P) |
套 |
140 |
1.3 |
208 |
谷轮ZW |
7 |
热水泵 |
台 |
8 |
1.5 |
12 |
11kW |
8 |
板式换热器 |
套 |
6 |
3 |
18 |
|
9 |
发电换热系统 |
套 |
1 |
30 |
30 |
|
10 |
储热井 |
口 |
441 |
0.35 |
175 |
|
11 |
智能控制 |
套 |
1 |
5.8 |
5.8 |
|
12 |
设备间管网、阀及保温 |
套 |
1 |
60 |
60 |
φ25-90 |
13 |
电料电器 |
套 |
1 |
20 |
20 |
不含外线 |
14 |
系统安装调试 |
套 |
1 |
50 |
50 |
|
15 |
设备运费 |
|
|
|
20 |
|
16 |
设备间 |
M2 |
300 |
0.8 |
24 |
|
17 |
集热器及设备基础 |
套 |
|
30 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
合计 |
|
|
|
4318.8 |
约432元/m3 |
注:1、上述成本不含系统外管网、温室内管网及散热片、变压器增容。2、上述为估价,通用设备可自行采购。
设置的季节储热水池,总储热量供90天供暖,季节储热水池总池容为70000立方米。φ47×4.1m,10口,钢砼结构,内置隔墙管网,池体质量为在100度热水环境下不渗漏。
3.经济效益分析
3.1 年节能量(包括发电)
1、供暖:100000平方米×5月(150天)×40W/m2×24
=14400000kWh;
2、发电(睛天年平均日发电量,每年以300天晴天计):
3000kWh/h×6.5×300天=5850000kWh
合计:20250000kWh(理论发电3.3计算,折合标煤约6136吨左右)。
注:上述不包括本系统运行耗能。
1、能耗
1).供暖:主机热泵工作24小时,功率约1000kW,100天(约50天直接使用),计2400000kWh(为自发电,不计费用);
2).循环水泵:功率约11kW,4台(间歇工作,其余为备用或发电系统使用,发电系统循环泵已在本身系统中扣除),工作24小时,300天(夏季雨天不工作),计21450kWh(为自发电,不计费用);
3).4人工费:4人×4.8万元(年,月均4000元/人)=19.2万元;
4).设备维护费约:4318.8万元×1%=43.2万元。
5).资产折旧费约:4318.8万元÷15年=287.92万元。
合计:350.32万元(未计算利用自身发自用电部分,实际小于此数值)。
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0.75元/度计(太阳能发电补贴价按光伏价计);建筑釆暖面积为100000平方米,每平方米供暖价以42元/釆暖季(每平方米8.4元/月)。
1、供暖收入:100000×42元=420万元;
2、发电收入(除自用以外部分):(5850000kW.h-2421450)×0.75元/度=257.1万元;
3、建筑制冷:100000×12元(15元季,除自用电以外部分)=120万元;
合计:797.1万元/年
收支两比:
797.1万元-350.32万元=446.78万元
年利润为446.78万元;
静态投资回收期约为10年(如对照北京政策太阳能补30%,储热补50%,2688÷797.1=3.4年);
投资利润率约为10%(如对照北京政策29.65%);
如能将CDM参与市场交易,可获得很大受益。
另外,可节省空调投资费用(新建建筑)。
3.4 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20年(不含电器及电动设备)。