请告诉我们您的知识需求以及对本站的评价与建议。
满意 不满意
Email:
上海世博园区能源规划:回顾与反思
栏目最新
- 城镇化是中国现代化的必由之路
- 论中国特色城镇化道路
- 雅安芦山县地震过后城乡住房恢复重建之路
- 四川雅安观音阁历史文化街区规划
- 养老社区的规划问题、规划原则和设计建议
- 新疆生产建设兵团新型城镇化道路解析及其城乡规划体系构建探索
- 广西北部湾经济区新型城镇化发展途径研究
- 长三角小城镇新型城镇化建设的理性思考
- 科学发展观指导下的新型城镇化战略
- 新型城镇化与新型工业化的互动发展机制
网站最新
内容提示：回顾了世博园区能源规划的过程,从最早的天然气联合循环热电联产方案,到后来的分布式能源方案,直到现在的基于江水源热泵的综合方案,都是基于系统能源效率最大化的原则。对江水源热泵的方案,分别从负荷分布、黄浦江水温预测、能耗分析、区域供冷的最佳供冷半径、大型江水源热泵对黄浦江生态环境的影响,以及江水源热泵的运行模式等方面进行研究。并对方案的节能减排效益作了测算。
0 引言
期盼已久的上海2010年世博会正在顺利进行。自2005年以来5年时间里,笔者参与了世博园供冷供热能源规划的多项研究课题。世博园能源系统在当时的技术条件和认知水平下,有很多亮点,也有很多不足,更有很多遗憾。这其中有决策机制上的原因,也有我们对这类大规模园区能源规划的认识还需要进一步深化的原因。趁着世博一片大“热”的时候,冷静地对能源规划的过程作一些回顾和思考,可以对今后大规模园区建设提供借鉴和参考。（参考《建筑中文网》）
1 上海世博园能源系统
图1 上海世博会场馆分布
上海世博会规划园区面积为5.28km2,规划控制面积6.68km2,其中保留1.4km2既有建筑。世博园围栏面积3.28km2,其中浦东2.43km2,浦西0.85km2,总建筑面积约185万m2。世博会后,此地将建成未来上海的贸易中心和文化中心。世博园区分布在黄浦江两岸(见图1)。世博的新建永久性场馆,即世博轴、世博中心、文化中心、中国馆和主题馆(一轴四馆),主要集中在浦东的B片区;而世博保留的历史建筑和再利用的工业建筑主要集中在浦西(主要是始建于1867年的中国民族制造业的发祥地江南制造总局,即现江南造船厂)。
世博会举办期间(2010年5月1日到10月31日)上海气候炎热。预计世博会参观人数将达7000万,也就是说,每天有40~60万的参观者进入世博园的各个建筑。因此,世博园区新增的近200万m2建筑面积的供冷能耗,是对上海能源需求和温室气体排放的挑战,如何选择既节能又能满足世博特殊需求的供冷供热能源,是需要在园区规划中和建筑设计之前就深思熟虑的。但遗憾的是能源规划一直游离在总体规划之外,也一直没有得到应有的地位。
上海世博会与爱知世博会有所不同,爱知世博会后所有场馆全部拆除;而上海世博会后一部分永久建筑如一轴四馆等将予以保留而且功能不变,另一部分永久建筑如工业建筑和历史建筑不会拆除,但功能不明。而国外场馆和企业场馆是临时场馆,世博会后是要拆除的,土地将重新利用。但在土地批租之前,这些临时场馆还有可能保留一段时间,其功能是展馆还是商场餐饮尚不清楚。对于一轴四馆,要考虑世博会后的运行需要,特别是冬季供热;但对于其他建筑,因为功能不明,难以确定其供热负荷。这就给能源规划带来很大的困难。
从2005年开始,研究者便对世博园区围栏区内的建筑群作了空调动态负荷预测,主要完成了4个方面的负荷预测:1)逐时空调动态负荷;2)空调负荷率的时间分布;3)月累计空调负荷;4)设计日逐时负荷。
世博园区建筑主要有两大特点,即建筑形式和围护结构的多样性和非常大的内部得热。因此,在空间负荷预测中,针对临时展馆用了基于模块化概念的模块分类简化方法,并确定模块模拟的边界条件,即建筑因子和内部得热因子。建筑因子主要有:建筑面积、围护结构、建筑朝向、建筑层高、窗墙比和建筑外形。内部得热因子主要有:气象参数、室内设计参数、人流量、照明负荷、设备负荷、空气渗透和新风量等因素。其中人流量(人员负荷)的影响因素十分复杂,如节假日、季节、气候因素等。模拟中设置了黄金周、工作日、双休日和学生暑假4种情景。根据4种情景模式下入场人数和出场人数的设定,结合世博期间每天的客流量,可以得到世博园区184d(4416h)的逐时人流量分布(见图2)。这一预测客流量比实际流量偏小。
图2 2010年上海世博会举办期间逐时客流量分布
最后,确定了3大负荷敏感度因子———天气变化因子、人流量变化因子和新风供给方式变化因子,采用2004年和2005年实际气象年的天气参数和世博园区内可能出现的3种人流量模式以及不同的新风供给方式对负荷变化情景进行了分析。研究涉及的展馆建筑共计163栋,建筑面积共计86.3万m2[1]。
根据模拟,预计整个世博园区的峰值负荷出现在7月13日12:00,为159162.5kW,该日空调的总冷量需求为1646505kWh,如图3所示。
图3 7月13日世博园区逐时负荷
研究中还分析了整个世博园区的空调负荷率(即空调负荷的时间频率)情况。分析世博会期间184d内开馆时段内的负荷,发现空调冷负荷率在75%~100%范围内的时间频率仅占18%左右,展馆运行期间大部分的时间处于部分负荷的状态。空调冷负荷率在50%~75%范围内的空调冷负荷时间频率占33%左右,空调冷负荷率在25%~50%范围内的空调冷负荷时间频率占40%左右。图4为世博园核心区冷负荷率的时间分布。
图4 世博园核心区(B片区)冷负荷率的时间分布
预测世博园区各片区建筑群在世博期间总的空调冷量为196033MWh,其中月总冷量以7月最高,8月次之,其余各月的月总冷量仅为最高月总冷量的40%~70%左右。
2 供热供冷能源方案研究
为了满足世博园区巨大的空调冷量需求,必须找到高效、节能、低碳和可行的规模化供冷方式。
2.1 南市发电厂天然气联合循环(NGCC)热电联产方案
位于世博园区的原上海南市发电厂始建于1897年。当年清政府在上海十六铺老太平码头创建了供30盏路灯照明的南市电灯厂(见图5a),后于1918年成立上海华商电力股份有限公司。1955年,电厂转为国营,更名为南市发电厂(见图5b)。
南市发电厂的百年历史浓缩了上海整个城市的变迁。在2006年拆迁之前,南市发电厂是一家热电联产电厂,有2台抽汽冷凝式机组、1台背压式机组及1台凝汽式机组,配有4台燃煤锅炉,发电能力为16MW,最大供热能力350t/h。因此,在世博园规划之初,计划将南市发电厂改造成30MW级的NGCC电厂,在发电的同时,通过蒸汽管网向园区供应蒸汽,末端采用蒸汽吸收式制冷机的热力制冷方式供冷。
图5 1897年的南市电灯厂和2005年的南市发电厂
NGCC是指利用天然气燃烧产生的1000~1400℃高温烟气通过燃气轮机做功发电,排出的500~600℃烟气在余热锅炉中产生约450℃,5MPa的蒸汽,用来推动蒸汽轮机做功发电,燃气-蒸汽两者结合便形成了天然气联合循环发电。其本质上就是利用天然气发电的余热再次发电,即“电-电联产、利用余热”。在目前条件下,NGCC是燃用矿物燃料(煤、石油、天然气)发电效率最高的技术,有报道称其最高热效率可接近60%(普通燃煤电厂在35%左右),如果再加上利用其蒸汽实现供冷供热,总体热效率还可以进一步提升。由于天然气相对煤而言是一种清洁能源,所以NGCC的CO2和其他污染物排放都很低,完全可以满足世博园区的能源需求和环境要求,并成为世博会的一个亮点。当时计划南市发电厂成为世博能源中心,兼具展示功能,供专业访问者参观。
但是,由于以下几个原因,该方案最终没有实施:
1)2006年初,我国遭遇严重的天然气荒,为保证首都供气,全国许多地区采取限气措施,上海也不例外。这样,使得2010年的基本供气前景变得扑朔迷离。
2)天然气价格一直是敏感问题,当时所有天然气电厂都处于亏损状态,多数仅作为调峰之用,无法预测2010年及以后的气价。
3)世博园区跨黄浦江两岸,南市发电厂位于浦西南浦大桥桥堍、世博园区的东北端,而热负荷中心是在浦东的B区,因此蒸汽管道穿越黄浦江存在一定的经济和技术问题。
4)高压力天然气进入园区存在一定安全隐患。
最终,南市发电厂旧有燃煤机组被拆除,厂房被改造成为城市未来馆,并保留了一个能源展示馆。为保证原来南市发电厂的热用户的需求,不得不另建锅炉房。从技术上说,是在原南市发电厂热电联产基础上的倒退。很遗憾,世博园与国际最先进的能源技术失之交臂。不过南市发电厂原有的抽取黄浦江水冷却的泵站在江水源热泵集中供冷供热中继续发挥着作用。
2.2 分布式能源方案
上海世博能源系统规划得到国际上很多专家的帮助和支持。其中日本早稻田大学尾岛俊雄教授的研究团队与同济大学合作,提出了图6中的“1+2”分布式能源站方案[2]。即浦西地区1个能源站,浦东地区2个能源站。又根据能源的来源提出3种方案:
图6 日本早稻田大学尾岛俊雄教授及其团队提出的方案
1)基于南市发电厂热电联供,设3个能源站,利用南市发电厂蒸汽和吸收式制冷,分别建立3个区域供冷系统,利用黄浦江水作为冷却水。
期盼已久的上海2010年世博会正在顺利进行。自2005年以来5年时间里,笔者参与了世博园供冷供热能源规划的多项研究课题。世博园能源系统在当时的技术条件和认知水平下,有很多亮点,也有很多不足,更有很多遗憾。这其中有决策机制上的原因,也有我们对这类大规模园区能源规划的认识还需要进一步深化的原因。趁着世博一片大“热”的时候,冷静地对能源规划的过程作一些回顾和思考,可以对今后大规模园区建设提供借鉴和参考。（参考《建筑中文网》）
1 上海世博园能源系统
图1 上海世博会场馆分布
上海世博会规划园区面积为5.28km2,规划控制面积6.68km2,其中保留1.4km2既有建筑。世博园围栏面积3.28km2,其中浦东2.43km2,浦西0.85km2,总建筑面积约185万m2。世博会后,此地将建成未来上海的贸易中心和文化中心。世博园区分布在黄浦江两岸(见图1)。世博的新建永久性场馆,即世博轴、世博中心、文化中心、中国馆和主题馆(一轴四馆),主要集中在浦东的B片区;而世博保留的历史建筑和再利用的工业建筑主要集中在浦西(主要是始建于1867年的中国民族制造业的发祥地江南制造总局,即现江南造船厂)。
世博会举办期间(2010年5月1日到10月31日)上海气候炎热。预计世博会参观人数将达7000万,也就是说,每天有40~60万的参观者进入世博园的各个建筑。因此,世博园区新增的近200万m2建筑面积的供冷能耗,是对上海能源需求和温室气体排放的挑战,如何选择既节能又能满足世博特殊需求的供冷供热能源,是需要在园区规划中和建筑设计之前就深思熟虑的。但遗憾的是能源规划一直游离在总体规划之外,也一直没有得到应有的地位。
上海世博会与爱知世博会有所不同,爱知世博会后所有场馆全部拆除;而上海世博会后一部分永久建筑如一轴四馆等将予以保留而且功能不变,另一部分永久建筑如工业建筑和历史建筑不会拆除,但功能不明。而国外场馆和企业场馆是临时场馆,世博会后是要拆除的,土地将重新利用。但在土地批租之前,这些临时场馆还有可能保留一段时间,其功能是展馆还是商场餐饮尚不清楚。对于一轴四馆,要考虑世博会后的运行需要,特别是冬季供热;但对于其他建筑,因为功能不明,难以确定其供热负荷。这就给能源规划带来很大的困难。
从2005年开始,研究者便对世博园区围栏区内的建筑群作了空调动态负荷预测,主要完成了4个方面的负荷预测:1)逐时空调动态负荷;2)空调负荷率的时间分布;3)月累计空调负荷;4)设计日逐时负荷。
世博园区建筑主要有两大特点,即建筑形式和围护结构的多样性和非常大的内部得热。因此,在空间负荷预测中,针对临时展馆用了基于模块化概念的模块分类简化方法,并确定模块模拟的边界条件,即建筑因子和内部得热因子。建筑因子主要有:建筑面积、围护结构、建筑朝向、建筑层高、窗墙比和建筑外形。内部得热因子主要有:气象参数、室内设计参数、人流量、照明负荷、设备负荷、空气渗透和新风量等因素。其中人流量(人员负荷)的影响因素十分复杂,如节假日、季节、气候因素等。模拟中设置了黄金周、工作日、双休日和学生暑假4种情景。根据4种情景模式下入场人数和出场人数的设定,结合世博期间每天的客流量,可以得到世博园区184d(4416h)的逐时人流量分布(见图2)。这一预测客流量比实际流量偏小。
图2 2010年上海世博会举办期间逐时客流量分布
最后,确定了3大负荷敏感度因子———天气变化因子、人流量变化因子和新风供给方式变化因子,采用2004年和2005年实际气象年的天气参数和世博园区内可能出现的3种人流量模式以及不同的新风供给方式对负荷变化情景进行了分析。研究涉及的展馆建筑共计163栋,建筑面积共计86.3万m2[1]。
根据模拟,预计整个世博园区的峰值负荷出现在7月13日12:00,为159162.5kW,该日空调的总冷量需求为1646505kWh,如图3所示。
图3 7月13日世博园区逐时负荷
研究中还分析了整个世博园区的空调负荷率(即空调负荷的时间频率)情况。分析世博会期间184d内开馆时段内的负荷,发现空调冷负荷率在75%~100%范围内的时间频率仅占18%左右,展馆运行期间大部分的时间处于部分负荷的状态。空调冷负荷率在50%~75%范围内的空调冷负荷时间频率占33%左右,空调冷负荷率在25%~50%范围内的空调冷负荷时间频率占40%左右。图4为世博园核心区冷负荷率的时间分布。
图4 世博园核心区(B片区)冷负荷率的时间分布
预测世博园区各片区建筑群在世博期间总的空调冷量为196033MWh,其中月总冷量以7月最高,8月次之,其余各月的月总冷量仅为最高月总冷量的40%~70%左右。
2 供热供冷能源方案研究
为了满足世博园区巨大的空调冷量需求,必须找到高效、节能、低碳和可行的规模化供冷方式。
2.1 南市发电厂天然气联合循环(NGCC)热电联产方案
位于世博园区的原上海南市发电厂始建于1897年。当年清政府在上海十六铺老太平码头创建了供30盏路灯照明的南市电灯厂(见图5a),后于1918年成立上海华商电力股份有限公司。1955年,电厂转为国营,更名为南市发电厂(见图5b)。
南市发电厂的百年历史浓缩了上海整个城市的变迁。在2006年拆迁之前,南市发电厂是一家热电联产电厂,有2台抽汽冷凝式机组、1台背压式机组及1台凝汽式机组,配有4台燃煤锅炉,发电能力为16MW,最大供热能力350t/h。因此,在世博园规划之初,计划将南市发电厂改造成30MW级的NGCC电厂,在发电的同时,通过蒸汽管网向园区供应蒸汽,末端采用蒸汽吸收式制冷机的热力制冷方式供冷。
图5 1897年的南市电灯厂和2005年的南市发电厂
NGCC是指利用天然气燃烧产生的1000~1400℃高温烟气通过燃气轮机做功发电,排出的500~600℃烟气在余热锅炉中产生约450℃,5MPa的蒸汽,用来推动蒸汽轮机做功发电,燃气-蒸汽两者结合便形成了天然气联合循环发电。其本质上就是利用天然气发电的余热再次发电,即“电-电联产、利用余热”。在目前条件下,NGCC是燃用矿物燃料(煤、石油、天然气)发电效率最高的技术,有报道称其最高热效率可接近60%(普通燃煤电厂在35%左右),如果再加上利用其蒸汽实现供冷供热,总体热效率还可以进一步提升。由于天然气相对煤而言是一种清洁能源,所以NGCC的CO2和其他污染物排放都很低,完全可以满足世博园区的能源需求和环境要求,并成为世博会的一个亮点。当时计划南市发电厂成为世博能源中心,兼具展示功能,供专业访问者参观。
但是,由于以下几个原因,该方案最终没有实施:
1)2006年初,我国遭遇严重的天然气荒,为保证首都供气,全国许多地区采取限气措施,上海也不例外。这样,使得2010年的基本供气前景变得扑朔迷离。
2)天然气价格一直是敏感问题,当时所有天然气电厂都处于亏损状态,多数仅作为调峰之用,无法预测2010年及以后的气价。
3)世博园区跨黄浦江两岸,南市发电厂位于浦西南浦大桥桥堍、世博园区的东北端,而热负荷中心是在浦东的B区,因此蒸汽管道穿越黄浦江存在一定的经济和技术问题。
4)高压力天然气进入园区存在一定安全隐患。
最终,南市发电厂旧有燃煤机组被拆除,厂房被改造成为城市未来馆,并保留了一个能源展示馆。为保证原来南市发电厂的热用户的需求,不得不另建锅炉房。从技术上说,是在原南市发电厂热电联产基础上的倒退。很遗憾,世博园与国际最先进的能源技术失之交臂。不过南市发电厂原有的抽取黄浦江水冷却的泵站在江水源热泵集中供冷供热中继续发挥着作用。
2.2 分布式能源方案
上海世博能源系统规划得到国际上很多专家的帮助和支持。其中日本早稻田大学尾岛俊雄教授的研究团队与同济大学合作,提出了图6中的“1+2”分布式能源站方案[2]。即浦西地区1个能源站,浦东地区2个能源站。又根据能源的来源提出3种方案:
图6 日本早稻田大学尾岛俊雄教授及其团队提出的方案
1)基于南市发电厂热电联供,设3个能源站,利用南市发电厂蒸汽和吸收式制冷,分别建立3个区域供冷系统,利用黄浦江水作为冷却水。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14513.htm
也许您还喜欢阅读：