智慧方案中深层地热综合零碳能源实践

中深层地热综合零碳能源实践中国建某著名企业2023年3月

·

天津目录1.项目概况2.

能源方案3.零碳能源目标实现.

IV区.

V区项目共规划6个功能区（2个市政配套）.

I区占地面积：7.47万m2。用地性质：

工业用地。建筑形态：工程设计、检验检测办公楼和中试、加工厂房。.

II区占地面积：7.7万m2。用地性质：

工业用地。建筑形态：实验办公楼。.

III区占地面积：18.25万m2。用地性质：

工业用地。建筑形态：研发办公、加工检测办公楼。占地面积：12.15万m2。用地性质：

商务(办公)用地。建筑形态：研发办公及企业展示多层、

高层办公楼。用地性质：

商务(办公)、商业用地。建筑形态：酒店、会议、会展、综合服务、商务办公以及商业配套。占地面积：9.75万m2。用地性质：

商务(办公)、住宅用地。建筑形态：住宅和商务公寓楼。.

VI区占地面积：6.8万m2。一

次

能

源电元/kWh峰价平价谷价均价8:00～11:30

18:30～23:007:00～8:00

11:30～18:0023:00～7:000.88240.60370.32500.5天然气元/m³2.04

（集中供暖）氢气元/kg30~80

（工业副氢）市政热源电厂余热资源较远，就近(12公里)有一燃气热力站供热能力2x116MW燃气锅炉。地热资源渭河盆地地热资源丰富，国家及地方政策支持，本次作为主要供热热源。其他资源污水处理厂:

污水日处理量：

2万m³/d。氢能:

园区内有氢能研究示范企业。太阳能资源：光伏全年发电量可观。工艺余热：实现能量梯级利用。太阳能—可再生西安

新河湿地污水处理厂

公交车站

高速公路绿化带①

污水余利用②

污泥热电联产③

太阳能光伏发电④原水碳源捕集⑤低能耗污水处理工艺转变污水余热能约占总废热排放量的15%~40%。可用于周边或厂内的供冷

供热等，以“碳交易”方式折算可抵消部分污水处理碳排放。

太阳能光伏发电

污水处理厂占地面积大，

为太阳能光伏发电技术的应用提供了先决条件。园区利用

—

市政污水处理厂通过外加高浓度有机食品废物(餐厨垃圾)方式与污泥厌氧共消化，产生

高浓度甲烷进行热电联产②

污水余热利用

污泥热电联产实现零碳的途径零碳污水处理高排放低排放低品位高能耗低能耗可持续传统污水处理转变④国内已有23省市区发布氢能规划和指导意见①2019.2-《禅城区新能源公交车推广应用和公交充电设施建设财政补贴资金管理实施细则》。②2019.8-《关于进一步推进公交优先发展战略实施的决定》。③2020.3-国家发展改革委、工信部、中宣部、财政部、商务部等23个部门联合印发了《关于促进消费扩容提质加快形成强大国内市场的实施意见》。④2021.6-《青浦区支持氢能产业发展激发“青氢”绿色动能实施办法》。⑤2021.10-《关于佛山市南海区新能源（氢能）

市

政、物流车辆推广应用实施方案（2021-2024年）的通知》。⑥2021.11-《关于支持本市燃料电池汽车产业发展若

干政策》。⑦2022.1按照《综合运输服务“十四五”发展规划》有关工作安排，交通运输部、公安部、商务部决定

在“十四五”期持续开展城市绿色货运配送示范创

建工作，并建立有效的支持政策体系。依托无人公交环线形成智慧交通骨架，

建设1处智

慧交通管理中心，对园区进行监测。应用5G+无人驾驶

技术和理念，在园区建立智慧公交驿站和无人驾驶示范区，打造智慧、高效的公共出行服务。园区利用

—

市政公交车

（厂）打造H2提供氢源和加氢站首个氢能公交和加氢站

氢能政策支持02

能源方案

设计范围

负荷模拟

能源模式概述

可再生资源1）园区内全部集中供热；2）园区分集中供冷（除公寓）

。

拓展供需1）污水处理厂需：建筑供热（冷）

+污水工艺供热；供：太阳能光伏+氢能生产、储存+生物质供热+蓄能（冷热电）。2）公交车站需：建筑供热（冷）

+公交充氢（站）；供：太阳能光伏+地源储能。3）园区供太阳能光伏+加氢燃气（工艺、生

园区现有界限

热负荷需求用户

冷、热负荷需求用户

基本需求污

水

处

理厂公交车站

拓展能源需求用户地上建筑面积（万m2）62.3热负荷峰值（MW）单位热指标（W/m2）40.1冷负荷峰值（MW）单位冷指标（W/m2）59.3

利用区域能源分析计算软件进行能耗模拟计算。

该模型对不同性质的建筑分别建立了时间指派。热负荷曲线300002500020000150001000050000冷负荷曲线400003000020000100000创新生态城负荷统计总建筑面积（万m2）37.425.3室内设计参数热负荷（

kW）冷负荷（

kW）11月15

日11月25

日12月15

日12月25

日87.22月23

日2月13

日3月15

日1月24

日12月5

日1月14

日2月3

日3月5

日1月4

日电用户氢能公交冷热用户餐饮业生物质太阳能光伏电能天然气市政燃气锅炉/冷机生物质锅炉燃料电池工业需

能

来求

源

源污水处理厂天然气管网餐饮垃圾城市某著名企业制氢站电解槽氢气消防

水池浅层井中深层井市电光伏发电并网供冷

太阳能光伏板（仅屋顶）

太阳能光伏板（屋顶和1/3立面）

市电H2

制氢

生物质稳定氢用户

污水处理厂

公交车站站内设备其他：电制冷冷机.

电锅炉.集中蓄冷、热光伏场地

生物质能场地制氢、储氢场地

公交车站能源站点能源站1#光伏发电并网光伏发电并网消防

水池消防

水池消防

水池消防

水池建筑冷热

工艺冷热污水源热泵氢燃料电池污水源热泵浅层地源热泵浅层地源热泵中深层热泵空气源热泵空气源热泵电制冷冷机电锅炉提供氢源中深层井屋顶污水源热泵

地下

光伏场地提供氢能建筑冷热H2用户供热地热能用于供冷供热对比类型优势劣势浅层井兼顾供冷、供热占地面积大、要避免冷热失衡中深层水热井成本低、供热能力强、出水要确保满足回灌、

审批难度大中深层换热井取热不取水、供热能力稳定成本相对较高本项目拟采用两种地热井：浅层换热井和中深层地热地埋井换热型中深层地热能、地岩热（无干扰地热能）井深2500m，单口换热量420kW井深200m，单口

换热量5kW井深2500m，单口换热量420kW地热能

分

类地源热泵←中深层井

2#

浅层井中深层井1#20

℃最大污水处理量

20000m³/天

2#

污水余热利用工况季节污水供水污水回水夏季15℃30℃冬季15℃5℃污水处理厂2#能源站内设置污水源热泵系统，利用污水处理余热为园区供冷、供热“低碳”拓展可再生资源--污水源余热利用最大供热量：

4MW最大供冷量：

6MW污水源供热、供冷

（冬季和夏季）地热和氢能余热（过渡季和夏季）污泥供热

污泥（输出）小区污水（原排放水（二级）电力（输入）（冬季）生）优势缺点①高效节能②冬夏共用①受环境影响大③

无需安装冷却塔②

除霜问题④

绿色环保、安全可靠

⑤

运行的附加费用少③

空气的热容量小、制热慢。空气源热泵适用地区分为四类：

①低区（西安）②轻霜区③一般结霜区④重霜区本项目1#能源站所在建筑屋面上设置空气源热泵一期商业办公建筑、

兼具冷热负荷需求，且面积价值高，利用空气源热泵机组可以承担调峰功能的同时节约站房面积。1#空气源热泵装机容量MW耗氢量万m³发电量万kWh制热量万kWh1.626262262污水处理厂场地开阔具备制氢、储氢条件，拟在2#设置氢燃料电池可再生资源--氢燃料电池远期制氢

储氢

场地

2#近期拟在2#设置集中蓄能水池，

用于电锅炉蓄热及制冷机蓄冷，同时利用分散在各地块的消防水池蓄冷自主专利技术：一种基于消防水池的组合式蓄冷系统

2#

集中蓄能水池消防

水池消防

水池削峰填谷--集中、分布式蓄能消防水池组合式蓄冷原理消防

水池消防

水池1#消防

水池现有拓展类型屋顶污水厂公交车站可铺设面积(㎡)30000200008000全年发电量

(万kWh)588392156合计(万kWh)588548屋面的50%面积铺设光伏组件；污水处理厂、公交场站设置太阳能光伏组件用于光伏发电。类型组件功率Wp尺寸mm*mm多晶硅2601600x99060,00040,00020,00001

2

3

4

5

6

7

8

9101112屋顶全年逐月发电量1,500,000

1,000,000

500,000

0

1

2

34

5

6

7

8

9

10

11

12写

太阳能光伏板可再生资源--太阳能光伏系统1.光伏发电板参2.全年发电量立面全年逐月发电量发电量kWh发电量kWh03

零碳目标实现

方案技术对比

运行对比

项目效益对比供冷：污水源热泵浅层地源热泵磁悬浮冷机消防水池集中分散蓄能供冷：污水源热泵浅层地源热泵磁悬浮冷机消防水池集中分散蓄能供热：

中深层热泵电锅炉+蓄能供冷：

电制冷机组常规蓄冷供热：氢燃料电池

浅层地源热泵

空气源热泵边界：园区供热：污水源热泵中深层热泵电锅炉+蓄能污水源热泵

中深层热泵

电锅炉+蓄能3、中深层供热方案边界：园区+污水厂+公交车站浅层地源热泵

空气源热泵1、零碳方案2、低碳方案边界：园区+污水厂类型供热设备配置热量MW类型污水源热泵4.0处理水量2万m³/天浅层地源热泵3.0浅层井600口中深层热泵8.8中深层井22口风冷热泵2.0电锅炉5.6蓄热削峰2.0MW类型供冷设备配置热量MW类型浅层地源热泵3.6浅层井600口污水源热泵6.0处理水量2万m³/天热泵制冷8.0热泵+冷却塔电制冷机13蓄冷削峰6.0MW空气源热泵1.6能耗排放计算项目

单位

供热

供冷全年能耗万kWh25702710耗电量万kWh683631耗氢量万Nm³00直接碳排放t00总碳排放t57705330太阳能全年发电量万kWH969氢燃料电池发电量万kWH0净碳排放t2301碳排放水平g/㎡

·年3.7（低碳排放）冷负荷曲线热负荷（

kW）4000035000300002500020000150001000050000

风冷热泵

蓄冷

电制冷-冷机

电制冷-热泵

污水源

浅层地源热泵300002500020000150001000050000热负荷曲线热负荷（

kW）浅层地源热泵中深层热泵风冷热泵污水源电锅炉氢能供暖期

制冷期负荷

曲

线

可

再生能

源

占

比1、零碳方案2、低碳方案供暖期供暖期制冷期制冷期投资投资范围能源站+光伏+氢能源站+光伏能源站能源站将污水处理厂、公交场站纳入零碳能源将污水处理厂纳入零碳能源全部采用地热能供热初投资

-不含光伏（亿元）1.431.531.81光伏投资

（亿元）0.740.640氢燃料电池系统初投资

（亿元）0.3700合计（亿元）