【正文】 前的 30%左右，電源及設(shè)施支撐能力明顯不足，直接影響城市供電安全穩(wěn)定。 北京市電力系統(tǒng)現(xiàn)狀及主要問題 2020~2020 年，北京市總用電量由 385 億 kWh 增長到 759 億 kWh，年平均增長率為 %；整點(diǎn) 最大負(fù)荷由 6090 MW 增長到 13000 MW，年平均增長率為%，如 圖 26 所示。 而單獨(dú)采用燃?xì)忮仩t來滿足供熱要求，比燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)方式大為減少消耗天然氣，但不符合能源梯級(jí)利用原則，使得燃?xì)赓Y源得到浪費(fèi)。針對(duì)北京市天然氣目前的現(xiàn)狀特點(diǎn)，一方面需要填夏季低谷時(shí)候的用氣，另一方面需要在滿足冬季需求的情況下如何來削峰，緩解由于采暖負(fù)荷造成的冬季高峰的問題；同時(shí)因?yàn)樾枨髠?cè)的不平衡導(dǎo)致供應(yīng)側(cè)就要考慮季節(jié)性調(diào)峰問題及安全保障這兩個(gè)關(guān)鍵問題。 2020 年采暖季期間，天然氣高峰小時(shí)流量達(dá)到 240 萬立方米，已接近我市燃?xì)夤芫W(wǎng)門站實(shí)際供應(yīng)能力，調(diào)峰能力嚴(yán)重不足，且全部通過陜京一、 三 線輸送，氣源單一。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2020年最大月的月用氣量是最低月的 倍，是全年月平均用氣量的 倍，高月高日用氣量是低月低日用氣量的 倍，如 圖 23 和 圖 24 所示。 表 21 北京市歷年能源消耗量和生產(chǎn)量 分項(xiàng) 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2020 消耗量 電 (億 kWh) 385 398 436 461 511 567 619 675 天然氣 (億 m3) 煤 (萬 t) 2161 2125 2042 2158 2942 3069 3056 2985 原油 (萬 t) 755 701 748 727 809 800 796 951 1117 生產(chǎn)量 電 (億 kWh) 242 煤 (萬 t) 北京市 天然氣發(fā)展?fàn)顩r及主要問題 自從 1997 年北京市引入陜甘寧天然氣以來，北京市天然氣進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比例不斷提高。 0100020203000400050006000700080009000100001000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700能源消費(fèi)總量 ( 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤 )G D P （ 億元）常住人口 ( 萬 人 ) 圖 21 北京能源消耗量、 GDP 與人口的關(guān)系 根據(jù)《 2020 北京能源發(fā)展報(bào)告》和《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒 2020》， 2020 年北京 市能耗消費(fèi)總量為 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭 萬噸、天然氣 億立方米、外調(diào)電 億千瓦時(shí)、成品油 萬噸。 表 11 永豐產(chǎn)業(yè)基地（新）用地指標(biāo) 區(qū)域 占地面積（畝） 規(guī)劃范圍總用地 公頃 規(guī)劃建設(shè)用地 公頃 擬建總建筑面積 萬 m2 1~2 容積率 總?cè)莘e率 〉 建筑密度 〈 35% 建筑限高 建筑控高 24~45 米 地塊綠化率 〉 35% 規(guī)劃范圍總綠化率 〉 40% 建筑退紅線 15～ 30 米（包括綠化用地） 圖 12 永豐產(chǎn)業(yè)基地（新） 用地性質(zhì) 該次 能源 規(guī)劃區(qū)域 為 A、 B、 C、 D、 E、 F、 J 地塊， 總用地面積為 公 頃，總建筑面積為 萬 m2，其中已有撥地 公頃，不在本次能源規(guī)劃范圍內(nèi)，則該次規(guī)劃用地面積為 公頃，建筑面積為 萬 m2。 永豐產(chǎn)業(yè)基地（新）規(guī)劃特色 永豐產(chǎn)業(yè)基地（新）是集企業(yè)孵化、新材料研發(fā)、產(chǎn)業(yè)促進(jìn)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生活配套服務(wù)于一體的綜合性科技園區(qū)。規(guī)劃區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀用地主要為市政用地、教育用地、村落、農(nóng)田、林地與池塘。 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H、 J 地塊 規(guī)劃四至：北至玉河南路，東至京包快速路，南至北清路，西至永豐西濱河路。沿北清路與規(guī)劃建設(shè)中永豐產(chǎn)業(yè)基地、航天城、生命科學(xué)園等相聯(lián)系，并與已經(jīng)規(guī)劃并建設(shè)的永豐產(chǎn)業(yè)基地互為整體、互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成中關(guān)村科技園區(qū)發(fā)展區(qū)的骨架。園區(qū)所在西部地區(qū)被北京西山連綿起伏的山體環(huán)抱，用地北側(cè)緊鄰聯(lián)系南沙河景區(qū)，具有明顯的山水特征和良好的綠色生態(tài)景觀。 K、 L 地塊 規(guī)劃四至：北至永豐南環(huán)路，東至永豐路，南至西六里屯南街，西至 L 地塊西側(cè)規(guī)劃路。 永豐產(chǎn)業(yè)基地（新） K、 L 地塊規(guī)劃用地北側(cè)和南側(cè)緊鄰城市次干道永豐南環(huán)路和西六里屯南街，西側(cè)和東側(cè)分別靠近城市次干道 L 地塊西側(cè)規(guī)劃路和城市主干道永豐路。堅(jiān)持“高端化、規(guī)模化、集群化”原則，打造集研發(fā)、技術(shù)服務(wù)、中試、孵化、總部、展示、交易、高端生產(chǎn)為一體的國際一流材料中心，重點(diǎn)推進(jìn)納米材料、生物醫(yī)用材料、能源環(huán)保材料和航空航天材料四大新材料產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展。 用地性質(zhì)和建筑面積如表 12 所示。由于北京地處北方，供熱和發(fā)電用煤比重較高， 2020 年 供熱及發(fā)電用煤量 萬噸，占煤炭消費(fèi)總量的%。天然氣銷售量從 2020 年 億立方米增至 2020 年的 億立方米，增長了 倍 天然氣消費(fèi)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，用戶類型拓展到采暖、制冷、工業(yè)、發(fā)電和天然氣汽車等領(lǐng)域。從北京 市 06 年 09 年用氣量的變化情況來看，峰谷差日益加大，如 圖 25 所示。而北京未來 “ 全面氣化 ” 的燃?xì)獍l(fā)展戰(zhàn)略，更是對(duì)天然氣資源的安全保障問題提升到重要地位。合理優(yōu)化燃?xì)庥脩艚Y(jié)構(gòu)，綜合優(yōu)化冬季供熱、夏季制冷和季節(jié)儲(chǔ)氣調(diào)峰方式等系統(tǒng)供應(yīng)方式，從 而降低用氣的不均勻性，以提高管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的利用率。 此外，目前北京市夏季制冷用氣量比例不足 2%，其 主要原因還是夏季燃?xì)庵评渑c電制冷相比不具有節(jié)能和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 0200400600800100012001400160018001990 1992 1994 1996 1998 2020 2020 2020 2020 2020 2020 最大電力負(fù)荷（萬kW）用電量（億kWh） 圖 26 北京最大電力負(fù)荷逐年增長情況 2020 年北京市電廠總裝機(jī)容量達(dá)到 635 萬千瓦，其中煤電裝機(jī) 310 萬千瓦，燃?xì)庋b機(jī) 196 萬千瓦，抽水蓄能裝機(jī) 80 萬千瓦，水電裝機(jī) 萬千瓦，風(fēng)電裝機(jī) 15 萬千瓦，余熱發(fā)電裝機(jī) 萬千瓦。 （ 三 ）電力消費(fèi)的峰谷差動(dòng)態(tài)特性問題 北京市電力高峰負(fù)荷呈大幅增長態(tài)勢(shì)，電網(wǎng)峰谷差率已接近 50%，其中空調(diào)負(fù)荷比重連年上升，已占到高峰負(fù)荷的 30%~40%左右。 北京市 供熱 系統(tǒng)現(xiàn)狀及主要問題 北京市的供熱系統(tǒng)構(gòu)成如 圖 27 所示，供熱的主要能源是煤和天然氣。 （ 二 ）燃?xì)庥糜诠岬馁Y源合理利用、經(jīng)濟(jì)成本和安全保障問題日趨突出 天然氣用于供熱由 2020 年 億立方米增長到 33 億立方米，供熱用氣已占到 51%。包括 東北熱電中心 （ 4 臺(tái) 350 兆瓦燃?xì)鉄犭姍C(jī)組 ）、 東南熱電中心 （ 4 臺(tái) 350 兆瓦燃?xì)鉄犭姍C(jī)組 ）、 西南熱電中心 （ 4 臺(tái) 350 兆瓦燃?xì)鉄犭姍C(jī)組 ）和 西北熱電中心（ 6 臺(tái) 350 兆瓦燃?xì)鉄犭姍C(jī)組 ） 。采用天然氣熱電冷聯(lián)供能源系統(tǒng)，并深度開發(fā)利用低品位的可再生能源，提高一次能源的利用效率 。 3. 冷熱電負(fù)荷需求預(yù)測(cè) 在熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，熱電冷負(fù)荷的計(jì)算是熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)配置的基礎(chǔ)，負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性將直接影響到聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化配置的結(jié)果。 在電力負(fù)荷確定過程中，本文依據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心對(duì) 不同用地典型 建筑電負(fù)荷的分項(xiàng)計(jì)量方法， 在 對(duì)北京多幢 學(xué)校、科研 辦公樓、 住宅混合公建、寫字樓 、商場(chǎng)、酒店、幼兒園、體育館等 建筑的分項(xiàng)計(jì)量 的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上 ，得到 不同用地 典型建筑電力負(fù)荷需求的逐時(shí)動(dòng)態(tài)特性（ 8760h）。北京最高氣溫為℃ ，最低氣溫為 ℃ ；最熱月的平均溫度為 ℃ ，最冷月的平均溫度為 ℃ ，冬季采暖室外設(shè)計(jì)溫度為 9℃ ，夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度 ℃ ，夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度 ℃ 。 表 31 各類型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)名稱 傳熱系數(shù)（ W/m2K ） 遮陽系數(shù)SC 窗墻面積比 ≤ ＜窗墻面積比 ≤ ＜窗墻面積比 ≤ ＜窗墻面積比 ≤ ＜窗墻面積比 ≤ 各功能房間熱擾設(shè) 定 同類建筑中相同功能的房間內(nèi)擾情況設(shè)定為一致。 各房間人員新風(fēng)量設(shè)定參見 “ 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù) ” 部分。 表 35 房間設(shè)計(jì)參數(shù) 房間類型 夏季 冬季 新風(fēng)量 (m3/h 0 . 0 0 5 0 0 0 . 0 0 1 0 0 0 0 . 0 0 1 5 0 0 0 . 0 0 2 0 0 0 0 . 0 0 2 5 0 0 0 . 0 0 3 0 0 0 0 . 0 0 3 5 0 0 0 . 0 0 4 0 0 0 0 . 0 0 4 5 0 0 0 . 0 0 1 326 651 976 1301 1626 1951 2276 2601 2926 3251 3576 3901 4226 4551 4876 5201 5526 5851 6176 6501 6826 7151 7476 7801 8126 8451 負(fù)荷(kW)時(shí)間 ( h )電負(fù)荷 圖 34 北京 永豐產(chǎn)業(yè)基地（新） 的電力負(fù)荷需求動(dòng)態(tài)特性（不包括冷機(jī)） 計(jì)算結(jié)果分析 本次能源規(guī)劃區(qū)域的用地性質(zhì)主要包括 教育科研用地 、 住宅混合公建用地 、其它類多功能用地 、 配套教育用地 、 體育用地 和 規(guī)劃待研究用地 ，各用地 的負(fù)荷指標(biāo)取值見表 36。 其動(dòng)態(tài)負(fù)荷特性見圖 35。 燃?xì)忮仩t電制冷機(jī) 圖 41 方案一示意圖 模塊化分散供能是指一個(gè)建筑采用一個(gè)能源站的模塊化供能方式。 冬季利用 分散集中 燃?xì)忮仩t承擔(dān)熱負(fù)荷，夏季利用 分散 電制冷機(jī)承 擔(dān)冷負(fù)荷，電負(fù)荷由城市電網(wǎng)承擔(dān) ，示意圖如圖 43 所示。 冬季 燃?xì)忮仩t效率 按90%考慮，由于有一次熱網(wǎng)，但供熱半徑較小，考慮 5%的外網(wǎng)散熱損失 ； 夏季電制冷 機(jī) COP 按 5 考慮 ， 分散放置 。 系統(tǒng)流程圖如圖 46 所示。 能源中心 圖 47 方案 四 示意圖 燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供系統(tǒng)，是一種建立在能源梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，將供熱、制冷及發(fā)電過程一體化的能源綜合利用系統(tǒng)。 根據(jù)負(fù)荷模擬結(jié)果，并考慮一定的富裕程度 ， 常規(guī)分布式天然氣熱電冷聯(lián)供方案 的 設(shè)備配置如 表 44 所示。 冬季在能源中心內(nèi)，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電后的高溫?zé)煔夂透邷乩鋮s水驅(qū)動(dòng)煙氣吸收式余熱回收機(jī)組回收煙氣余熱 （降至 30℃ 左右）并 提取 低品位的 淺層地?zé)?供熱 ， 同時(shí) 設(shè)置河水源熱泵和電動(dòng)熱泵，與煙氣吸收式余熱回收機(jī)組一起承擔(dān)基本熱負(fù)荷，剩余熱負(fù)荷由末端能源站的直燃吸收式熱泵承擔(dān)， 同時(shí) 進(jìn)一步提 取淺層地?zé)?。 低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季低溫直供）方案分成 三 部分：能源中心、熱力站和分散 地源熱泵 。 根據(jù)負(fù)荷模擬結(jié)果，其設(shè)備配置如下表所示 。 在能源中心內(nèi)，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電后的高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)煙氣吸收式余熱回收機(jī)組回收煙氣余熱 （降至 40℃ 左右）供熱，同時(shí)設(shè)置 河水源熱泵和電動(dòng)熱泵，與煙氣吸收式余熱回 收機(jī)組一起承擔(dān)基本熱負(fù)荷 ，剩余熱負(fù)荷由熱力站處的直燃吸收式換熱機(jī)組承擔(dān)。 低碳分布式天然氣熱電冷聯(lián)供（冬季 大溫差供熱 ）方案 也 分成 三 部分：能源中心、熱力站和分散 地源熱泵 。 該方案的 冬夏季 流程 圖如圖 415 所示 ，其 能流圖如圖 416 所示。 表 47 方案 六 主要配置 設(shè)備配置 設(shè)備容量 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī) 64 .0MW 煙氣余熱回收機(jī)組 冷量 2 電壓縮式熱泵 冷量 1 吸收式換熱機(jī)組 冷量 14 地源 熱泵 冷量 2 電制冷機(jī) 43， 2 5. 方案評(píng)價(jià) 本能源規(guī)劃共提出 六 種能源供應(yīng)方案，以上對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并給出了方案的配置，下面將從能源供應(yīng)安全性、節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性 等角度對(duì)各方案進(jìn)行對(duì)比分析和評(píng)價(jià)，以選出最佳能源供應(yīng)方案。顯然，常規(guī)的 供能方案全年耗氣量 小，而對(duì)于分布式的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)來說， 從圖中可以明顯看出，方案 五 在 滿足相同的能源需求前提下冬季耗氣量最少，且全年耗氣總量也最 少 ， 相對(duì)于常規(guī) 三聯(lián)供 方案 四 ， 方案 五 和方案 六 的 冬季耗氣量分別減少了 52%和 40%， 全年總耗氣量分別 減少 了 44%和 31%。 可以看出， 三聯(lián)供 方案均削減了夏季電力峰值，圖中顯示方案 四 對(duì)于削減電力峰 值的作用明顯，但從圖 53 中可以看出，方案 四 是在發(fā)電量很大的前提下起到較好的削減峰值作用，且冬夏電力峰谷差仍然較大，而方案 五 和方案 六 在發(fā)電量較小的情況下較好的起到了平衡冬夏電力消耗的效果。 圖 55 為 不同方案供熱供冷耗氣量比較?？梢钥闯?，方案 五 的全年綜合能源利用率明顯高于其它方案，并且與方案 三 相比，熱電比提高了近 2 倍。 其中 ， 方案 五 提取 淺層地?zé)岷蜔煔庥酂岬?比例 較 大， 占總供熱量的 50%，而 燃?xì)庹{(diào)峰比例 僅占 2%。 表 53 初投資估算 項(xiàng)目 方案一 方案二 方案三