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“双碳”背景下区域供冷的应用与展望王雅丹刘盾盾（珠海澳大科技研究院，珠海）摘要：随着城镇化进程加快，城市空调碳排放、热岛效应及夏季电力供应短缺等问题愈加显著。区域供冷技术可有效降低传统空调相关的碳排放，利于电网“削峰填谷”且在峰谷电价政策下具有可观的经济效益。本文通过总结国内典型区域供冷项目特征，分析了区域供冷对用户、运营商、电力系统及城市环境等不同主体的意义，指出了“双碳”背景下区域供冷发展所面临的主要问题，为我国区域供冷技术未来的研究应用提供依据。关键词：区域供冷；峰谷电价；低碳城市；建筑节能；综合能源王雅丹，女，年生，硕士研究生，研究助理刘盾盾（通信作者）珠海市横琴粤澳深度合作区环岛东路 号创意谷栋 ：收稿日期：引言为应对气候变化这一全球性挑战，我国在内的 个缔约方于 年签订 巴黎协定，约定大幅减少全球温室气体排放。在此背景下，我国提出了“年碳达峰、年碳中和”的“双碳”目标。城市作为人类经济生产活动的集中区域与能源消耗的主体，在实现“双碳”目标中有着举足轻重的地位。近年，伴随社会经济增长与城市化进程推进，城市的能源消耗及相应碳排放体量也在不断增长。空调系统能耗在城市整体能耗中占比明显，高层建筑密集区域的空调夏季运行除造成相应碳排放外，分散空调的使用也使建筑附近的微气候环境升温，加剧了城市热岛效应。区域供冷的冰蓄冷设备在夜间利用低谷电价时段进行蓄冷，在昼间用电高峰时释放存储的冷量以补偿制冷需求。区域供冷系统为城市建筑密集区域提供了与分散空调系统相同的供冷功能，在合理规划下系统能耗和碳排放最多可降低，同时避免了冷却塔造成的城市热岛效应。据国际能源署预测，全球每年约 冷量被用于供冷，其 中 约 划 归 于 区 域 供 冷，占 总 量 的。自 世纪初始，区域供冷在我国已有众多项目落地运行，技术条件较为成熟。本文通过总结国内典型区域供冷项目特征，分析区域供冷对用户、运营商、电力系统及城市环境等不同主体的意义，指出“双碳”背景下区域供冷发展所面临的主要问题，为我国区域供冷技术未来的研究应用提供依据。峰谷电价峰谷分时电价政策作为蓄冷项目的重要实施条件，是由各省发展和改革委员会根据近期用电需求对用户制定的引导政策。该政策依据电网负荷特性曲线的分布，将全天负荷对应时刻分为尖峰、峰值、平段、低谷等不同时段，以电力系统供电真实成本为参考，对不同时段制定分时电价。该政策旨在通过引导用户用能行为，尽量减小电网负荷的峰谷差值，实现电网系统负荷“削峰填谷”，维护电网安全运行，提升运行效益。适用此政策的储能用户可通过合理规划设备运行策略，有效节省设备运行费用。据国家能源局公布，年全社会用电量为 亿，同比增长，城乡居民生活用电量为 亿，同比增长 。年我国社会经济形势在疫情影响下仍处于增长态势，城乡居民用电量同比显著增长。据此预测，随着 年社会经济形势复苏，社会用电需求将进一步增长。国家发展和改革委员会为鼓励发展新型储能系统，扩大了峰谷电价政策的实施地区范围和适用时段，对于已实行峰谷电价的城市进一步增加峰谷电价差。浙江、湖南等省市峰谷电价增设个高峰段，河南省工业峰谷电价差由 年的 元（）调整为 年的 元（），涨幅达 。伴随峰谷电价政策的完善，区域供冷技术的经济性持续看好。区域供冷当城市出现快速的人口和经济增长时，空调负荷也会急剧增长，对于夏季气候炎热地区这点尤为明显。区域供冷凭借自身的高效能源利用和集中散热，可有效降低区域内制冷相关碳排放及废热。区域供冷不同于传统分散式空调，以能源站为区域的“整体机房”，为区域内全部建筑空调系统提供冷水。系统冷源可以为电动制冷机、由工业废热提供动力的吸收式制冷机、河流湖泊等自然冷源。冷水通过埋地的保温管网分配给供冷区域内建筑用户，再经建筑内二级泵输送至空调末端，从而满足建筑空间的供冷需求。在吸收了建筑内的热量后，冷水通过回水管返回制冷站，经冷却后重新进入下一个供冷循环。区域供冷通常选用冰蓄冷设备，在夜间储能、昼间峰值电价时释冷。相比于分散式空调，区域供冷旨在提供高能源利用效率的区域整体供冷图区域供冷系统示意图方案，减少空调碳排放。区域供冷系统示意见图。区域供冷范围内的建筑业主与供冷站运营商签订长期供冷协议，运营商通过确保以最低的寿命周期成本优化供冷流程，获得较好的经济效益。区域供冷设备的设计寿命通常超过空调制冷暖通空调 年第 卷增刊，初投资回收后持续获得的融冰收益较为可观。在此运行模式下，运营商可根据区域内空调需求做整体调控，实现区域能源的优化调度。区域供冷系统整体循环中的冷量损失远小于集中供热系统的热量损失，能源利用效率高。区域供冷运营商利用峰谷电价蓄冷的日效益计算式：（）式中为能源站日售冷量；为冰蓄冷主机制冷工况的性能系数；为用户峰谷电价，下标表示峰值，表示谷值；为蓄冰日用电量。根据工程实际，区域供冷系统初投资估算标准如下：制冷机房内设备含安装费用为 元，用冷建筑内管道及末端设备含安装费用为 元，室外管网费用为 元。假设某套区域供冷设备蓄冰量为，初投资按 元估算。假设项目所在城市峰、谷电价分别为、元（），能源站日售冷量为 ，能源站蓄冰日用电量为 ，冰蓄冷主机制冷工况性能系数取，系统全年运行 。计算得到区域供冷初投资约为 亿元，日峰电融冰收益为 万元，项目回收期约为。算例中各项取值较保守，且运营商同时向用户收取相应冷费，项目静态投资回收期一般可控制在内。国内典型项目区域供冷这一概念最早出现在 世纪 年代，首个项目哈特福德（）于 年在美国康涅狄格州落地。之后，北美、欧洲及日韩等地区将区域供冷作为一种应对能源环境问题的对策在商业建筑及学校等项目中开展应用。年，我国首个区域供冷北京中关村科技园项目落地实施。区域供冷项目近年在我国不同地区得到了实践，积累了宝贵经验。国内区域供冷典型案例汇总见表。表区域供冷典型项目项目城市区域面积万投入运行年份峰谷电价差（元（）说明北京中关村 科 技园区域供冷北京 蓄冷量 ，服务用户类型以商业、办公、会展为主广州大学城 区 域供冷广州 总投资 亿元，冷负荷 万，供冷面积 万，年节约用电 万 珠江新城核 心 区集中供冷广州 冷负荷 万，为座商业建筑、座公共建筑及广州地铁供冷，供冷面积 万 亚龙湾冰蓄 冷 区域供冷三亚 冷负荷 万，双回 供冷管网向区域内酒店、商业服务、旅游娱乐等场所供冷，供冷面积 万，额定负荷 上海虹桥区 域 供冷上海 冷负荷万，总投资 亿元，热、冷、电区域三联供，以天然气为发电能源，发电输送到公用电网，而其余能源用于区域内供热、供冷，满足区域内所有用户的冷热负荷及部分电负荷需求 香港发展区 启 德区域供冷香港 约 采用海水冷源，为区域内的办公室、酒店、学校、商店及邮轮中心供冷，每年可节电 万 ，相当于减少 排放 天津滨海新 区 于家堡区域供冷天津 规划建设 座地下供冷站，为金融商务、办公楼宇等建筑供冷 前海区域供冷深圳 规划建设 座供冷站，总投资 亿元，冷负荷 万，为 万 的办公、商业、酒店、学校等公共建筑供冷。是目前世界规划建设规模最大的区域供冷系统，全国首个列为市政公共设施的项目，保证接入费和使用成本不高于自建 琴澳深度合 作 区区域供冷珠海 采用冷、热、电、汽、水等多种能源联供方式。规划总冷负荷 万，规划供冷面积 万，总投资亿元。为工业基地、商业中心、学校、政府办公及居住地等供冷、供热 济南 片区集中供冷济南 供冷、供暖采用同一套管网，为附近商场、写字楼提供服务，是中国北方地区规模最大的冷热同供系统 海 口 江东 新 区 集中供冷海口在建 冷负荷 ，可节约年用电 万 注：各地用户峰谷电价政策受相关发展改革委等部门调整处于变动状态，表中数据参考 年月不同地区电价政策整理。由表可知，我国当前区域供冷项目特点如下：）建设地点：前期主要集中在经济发展迅速、高峰电力紧缺的发达城市，近年在非一线城市也有项目落地；南方地区由于空调负荷占电网供电负荷比重大、电网平均峰谷差高、“削峰填谷”需求高而应用较多。）项目规模：建设区域面积依据项目情况差别大。以表典型项目看，济南 项目的 万 和深圳前海项目的 万对 比，前 者 规 划 建 设 面 积 仅 为 后 者 的；北方城市的项目规模一般小于南方，推测可能受限于经济因素。）峰谷电价：不同项目所在城市的峰谷电价差区间为 元（），平均电价差约为 元（）。其中，最大值为上海的 元（），最小值为北京的 元（）。）项目类型：区域供冷服务用户是以商业、写字楼为代表的公共建筑，含少量高端住宅。暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷）系统形式：区域供冷项目系统形式趋于多样化，可集成于综合能源系统中与热、电、汽、水等联供。在“双碳”目标及城镇化进程的背景下，区域供冷相比传统分布式空调有如下优势：）用户：区域供冷系统机组集中于供冷站内，单栋建筑内无需为空调系统建造机房和冷却塔，可为开发商和使用者提供更多的空间；设备管理人员的维护工作得到简化；建筑立面不安装分体空调室外机，利于建筑美观、降低建筑附近的空调噪声。）运营商：能源站以区域内建筑的整体用电需求为依据，结合峰谷电价政策控制实际机组运行策略；通过运行策略优化，可实现成本效益提高。）电力系统：区域供冷项目能够在峰谷电价政策引导下在谷电时段用电、峰电时段减少用电，为电网“削峰填谷”，利于电网发、用电平衡，对电网系统的安全运行、设备高效运行有积极意义。）城市环境：在传统空调场景下，控制空调启停只考虑单一用户自身需求。而区域供冷系统中，运行人员将综合区域内整体空调负荷需求和峰谷电价政策对供冷系统运行进行规划。区域内分散式空调主机和冷却塔数量大幅减少，空调相关的碳排放、废热及潜在病原体传播问题可得到缓解。区域供冷系统可大幅减少制冷剂填充量，减轻由氢氯氟烃（）和氢氟碳化合物（）等制冷剂泄漏导致的大气臭氧层破坏。现存问题自我国首个区域供冷项目落地以来，其设计运行在项目实际过程中做出了许多相应调整，可在全国范围内不同项目中应用。尽管如此，区域供冷项目的经济、环境效益仍受现实多种因素影响，并不是对所有区域均适用。现总结限制条件如下：）已配置传统空调系统的建筑不再适用于区域供冷。已配置传统空调的建筑内增设区域供冷的改造费用高，且改造后系统运行达不到理想设计状态，导致运行能效与经济效益都较低。区域供冷项目的管道系统为埋地铺设，在已开发区域内设计施工易造成与已建埋地管道交叉冲突。因此，区域供冷更适用于新开发地区，或已建供冷系统达到使用寿命计划更换的场合。）所在区域峰谷电价政策不完善。区域供冷的经济效益主要依赖于夜间谷电蓄冰、白天峰值电价时减少空调设备的开启时间。通常，同一系统适用政策的峰谷电价差越大，通过“削峰填谷”获得的经济效益就越高。在初投资相同的情况下，融冰收益越高，静态回收期越短。）需通过区域能源规划可行性论证。在确定开发区域供能方案时，规划部门可结合用户类型、用能特点及能源系统适配性等，采用数字孪生方式对不同供能方案下的项目整体效益进行对比。由于区域供冷系统根据未来规划设计，通常新开发地区项目在运行初期经济性不高，后续随区域建设开发程度的提高而增加。由于循环水泵能耗稳定，当管道供回水温差较小时，耗电输冷比提高，将导致系统整体能效水平低。区域内供冷需求持续较低的状态可导致项目回收期较长。）建设运营方资质要求高。区域供冷配套基础设施含制冷设备、供冷站机房及地下管网（廊）建设等，项目投资大、回收期长；需根据当地历史气候制定合理、适用的供冷方案，确保区域内服务用户全年的供冷质量，避免供冷效果不达标导致用户改装等纠纷情况；运营商与政府共同制定良好的供冷服务框架，确保用户供冷费的收缴渠道通畅；区域供冷项目系统智能化水平相对较高，对系统日常运维人员有一定技术水平要求；系统后续优化需专业团队提供技术服务支持。此外，广东省住房和城乡建设厅在答复 关于在粤港澳大湾区进一步推动区域集中供冷发展的提案 中还提到，当前区域供冷项目冷量收费通常不低于用户安装分体空调对应的电费，项目的建设运营模式及社会效益仍有待进一步研究。结论）区域供冷结合储能技术，有利于城市电网安全运行的同时可为用户提供经济效益，在完善的峰谷电价政策影响下经济性越加可观；区域供冷作为一种低碳城市的解决方案，有利于城镇化形势下降低城市空调的碳排放量并缓解城市热岛效应。）目前区域供冷项目正从发达城市推广至非一线城市，南方地区项目规模一般大于北方，可集成于综合能源系统中与热、电、汽、水等联供，服务用户以商业、写字楼等公共建筑为主。）区域供冷项目应用于新区建设时，可行性论证应重点关注项目全寿命周期的经济和社会效益；由于项目设计与经济性密切相关，考虑负荷时应按区域发展不同阶段精细划分，注重完善自动控制系统，提高系统运行灵活性。）区域供冷运营模式有待进一步创新，目前冷费较高的情况将项目用户类型限制为“对空气品质要求高、价格不敏感”的商业用户及少量高端住宅用户。因此，提升用户经济性的运营模式将更有利于持续推广。区域供冷与我国“双碳”目标和城镇化发展的背景适配性高，未来研究实践将着重于项目经济及社会效益、运营模式等方面的完善。区域供冷技术在业界共同的探索实践中将以低碳节能、环保经济等特点，在低碳建筑及综合能源领域得到可持续的关注和应用。参考文献：，：，：，：空调制冷暖通空调 年第 卷增刊 ，：张新记区域供能管网散热损失计算方法 及分析发电与空调，（）：徐伟，孙宗宇，李骥，等中国蓄冷空调工程应用调查分析研究（）暖通空调，（）：张志毅，牛利敏，赵建成北京中关村广场区域供冷技术建设科技，（）：伍小亭，王砚，王蓬，等广州大学城区域供冷制冷站的 设 计 思 考 暖 通 空 调，（）：刘金平，滕林，陈向阳区域供冷与蓄冷技术发展动态南方能源建设，（）：孙育英，赵耀华，王颖杰，等亚龙湾冰蓄冷区域供冷项目自控设计与应用分析建筑科学，（）：杨光梅浅谈虹桥商务核心区区域集中供能系统绿色建筑，（）：卢洁莹，唐志康，卢锦祥中国香港启德发展计划区域供冷系统 设计及工程管理 亚太城市建设与管理实务论坛论文集，：王潇涵天津滨海新区于家堡集中供冷市场浅析科技致富向导，（）：，罗曙光，王朝晖，旷金国区域供冷系统冷水输配运行控制分析暖通空调，（）：陈凯，朱雪飞，于文益城市新区区域供热供冷发展策略研究 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