含水层储能承担基础冷热负荷的 可再生能源站规划方案

文_陈北领 中能建地热有限公司

1 项目背景

习近平主席在第七十五届联合国大会上郑重承诺中国将努力争取2060年实现碳中和目标，为中国未来低碳转型促进经济高质量发展、生态文明建设指明了方向、明确了目标，也提振了全球应对气候变化的信心。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出“十四五”及未来时期，我国要加快构建现代能源体系。推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。因地制宜开发利用地热能。加快发展非化石能源，建设一批多能互补的清洁能源基地，非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右。《国家能源局关于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》中将可再生能源供暖作为区域能源规划的一项重要内容，在可再生能源发展目标中应明确供暖发展目标，根据当地资源禀赋和用能需求推广可再生能源供暖技术。在城市更新、城镇新区、产业园（区）的规划建设过程中，做好可再生能源供暖与城市发展规划的衔接，促进可再生能源与常规能源供暖系统融合。因地制宜推广各类可再生能源供暖技术。积极开发浅层地热能供暖，经济高效替代散煤供暖，在有条件的地区发展地表水源、土壤源、地下水源供暖制冷等。对于汉江东岸远景规划要求非常高的襄阳市东津新城，在能源规划设计引入碳中和理念、充分利用汉江流域丰富的浅层地热能地下和地表水资源，符合东津新城实施生态引领策略，构建城市新型生态基础设施系统的战略定位，是襄阳市实现节约发展、清洁发展、安全发展和可持续发展，建设资源节约型和环境友好型社会的高度体现，可为打造绿色生态宜居新城提供稳定的清洁能源供给，因地制宜的利用含水层储能和其他可再生能源技术，推动浅层地热能碳中和相关技术的落地实施，推进能源绿色低碳发展。本文介绍东津新城含水层储能承担基础冷热负荷的可再生能源站供能规划方案。

2 项目概况

襄阳东津新城位于襄阳中心城区的东部，按照218km2、167万人口规模，全域构建“一核两轴五廊两园九区”的空间布局；起步区按照34.6km2、40万人口规模规划设计，构建“一核三区三轴五带”的空间结构。在持续、健康、快速发展建设生态宜居新城发展目标的背景下，利用该地区现有的丰富的可再生能源进行清洁能源供冷暖系统的开发、利用，有着积极的社会意义和巨大的经济效益。浅层地热能作为来自地球内部的清洁、稳定的非碳基能源，其规模化开发利用可以支撑生态宜居新城的低碳发展，助力碳达峰碳中和目标的实现。

2 自然资源

2.1 地表水资源

东津新区西临汉江，北临唐白河，具有较优势的地表水资源；王家河西取汉江，东至唐白河，呈南北走向穿越了整个东津新区，汉江在襄阳市境内流域面积17357.6km2，多年平均入境水量368.6亿m3，出境水量436.9亿m3。临地表水区域均为江水源热泵提供了天然优势的水资源环境。

2.2 地下水资源

汉江一级阶地的含水岩组结构松散，富含孔隙潜水，水位埋深一般在3～8m，渗透系数9～30m/d，钻孔单位涌水量111～518m3/d，换成单井涌水量1300～2700 m3/d（按8寸口径，5m降深统一换算），富水性级别为丰富。本项目地下水资源的分布情况，属于汉江一级阶地，地质条件较好，具有埋藏浅、水质好、水温恒定变幅小、补给条件优越等优势，地下水资源丰富，根据观测数据，水温最低为16.5℃，最高为19℃，一般温度为18.5℃左右，温差变化不大。对发展含水层储能技术十分有利。

2.3 污水资源

根据襄阳市城市的总体规划，规划新建的东津污水处理厂处理规模 3.5万t/d，用地 8.75万m2。

2.4 地热资源

《湖北省可再生能源发展“十三五”规划》该规划还提出要开发地热能，在全省范围内划分武汉城市圈、宜荆（州）荆（门）地区、襄十随地区、恩施自治州和神农架林区四大片区，建成470座地热分布或集中制冷供热站，服务建筑面积约1亿m2。同时，选择武汉、襄阳、十堰等供暖需求较大的城市作为重点区，建地热区域集中供暖站。

2.5 资源分析

结合已有资料分析，本项目规划区域紧靠汉江，地表水资源丰富。汉江一级阶地的含水岩组结构松散，富含孔隙潜水，地下水资源丰富，并且具有地热资源和污水源可以利用。项目整体适宜应用水、地源热泵系统，对浅层、深层地热能资源进行开发利用。

3 能源规划

根据葛店科技城区域性水文地质条件分析，可利用资源丰富，可根据各规划区域建筑功能需求融合“生态城市”和“智慧城市”理念，结合自然资源条件规划清洁能源供冷暖系统为主的分布式能源体系。同时从经济性、稳定性、可操作性等方面进行综合分析，比选出最适合具体区块的资源利用形式和清洁能源供冷暖系统方案，有效满足新城的供冷暖需求，服务于绿色生态科技新城的建设。

3.1 规划原则

从综合能源规划的角度考虑城市能源市政设施（供热、供冷）系统的高效利用和配置，充分利用区域内的资源条件，采用新型可再生能源和常规能源、集中式能源系统和分布式能源站相互衔接、相互补充的能源利用模式，确保科技新城能源供应的安全可靠、绿色经济、循环可持续。规划科技新城将发展以浅层地热能可再生能源的综合利用为主，传统能源供冷调峰为辅的复合式能源系统。通过低能耗建筑的建设，优化能源供给系统，实现低采暖空调能耗和较低电耗。

3.2 可选用能源系统分析

通过对葛店科技新城区域可利用清洁能源冷暖技术形式进行了分析，主要有以下几种技术模式，详见表1。

表1 能源系统技术模式比较表

根据葛店科技新城一核心五组团的布局以及各组团建筑功能，选择适宜的清洁能源供冷暖技术模式优先规划。综合服务核心组团优先使用地表水源热泵和地下水源热泵技术模式（AB）。北部综合产业组团优先使用地表水源热泵、地下水源热泵、污水源热泵和地源热泵技术模式（ABCD）。药谷产业组团优先使用地下水源热泵和地源热泵技术模式（BC）、电商产业组团优先使用地下水源热泵、地源热泵、燃气冷热电三联供和冰蓄冷空调调峰技术模式（BCEF）、综合服务组团优先使用地表水源热泵、地下水源热泵和地源热泵技术模式（ABC）、五四湖生态组团优先使用湖水源热泵、地下水源热泵和地热梯级利用技术模式（ABG）。

3.3 能源利用优先级

综合各种清洁能源供冷暖系统全寿命周期的综合成本，开发利用过程中在兼顾安全可靠和绿色环保的基础上，以成本控制为主要控制项，临水的公共管理设施用地及商业服务设施用地优先考虑地表水源热泵技术；密度相对低的公共管理设施用地及商业服务设施用地可考虑应用地下水源热泵和地源热泵；靠近燃气供应源的密度大的公共管理设施用地及商业服务设施用地优先发展冷热电三联供系统；靠近污水处理厂主管道的公共管理设施用地及商业服务设施用地可考虑应用污水源热泵，详见表2。

表2 洁能源利用优先级

3.4 能源站选址

根据项目区的总体规划，建议以分布式能源站为主要能源供给模式，分布式能源中心产生的冷量或热量通过管道传输到各个建筑中，分布式能源站的选址应符合项目区的整体规划要求，尽量建设在负荷中心区处，最远供能距离宜控制在1500m以内，以减少冷热水的输送能耗及动力损耗。

作为能源传输的环节，配套供能管网造价占区域供能系统的10%～15%。供能距离越远，工程总体造价和后期运行成本越高，因此供能距离是评价区域供能工程是否经济合理的重要指标之一。根据同类项目经验，不同供能距离下，分布式区域供能与分散式供能的经济性对比如图1所示。

图1 不同管网距离的区域供能经济性比较图

3.5 能源系统利用比例

建设运营类供冷暖项目，建设方对系统的总投资分为两部分：前期投资（初投资）、后期投资（运行费用）。

根据美国制冷空调协会的统计，建设方对中央空调系统的前期投资约占总投资的20%～30%，后期投资占70%～80%。前期投资只是冰山一角，只有初投资和运行费用达到最佳结合点，才能为建设方带来最佳的投资收益和运行效果。根据同类项目经验，规划在复合式能源系统中浅层地热能清洁能源供冷暖系统的比例不低于70%，以接近或达到初投资与后期运行费用的最佳结合点。

3.6 经济社会效益

本区域96km2范围内利用地热能为主的清洁复合能源供能系统可以满足3000万m2建筑面积的供冷、供热需求，比传统能源供能方式年二氧化碳减排150亿t、年节约运行成本15亿余元。

4 结语

对目前的可再生能源利用技术及发展经验进行分析，同时结合本区域的地热能等可再生能源储量，选择合理的发展模式，考虑可再生能源利用技术及经济发展的不确定因素，以理论储量为依据，叠合区域自身的应用限制条件，通过采取不同的技术措施和成本投入形成不同的利用情景，获得本区域的资源可利用量数据，并最终得出合理的可再生能源利用方案。可再生能源的规划建设为生态城市规划提供技术支撑，为城市的可持续发展打下了基础。