俞李斌， 顧新壯， 竇蓬勃， 林俊光，張 曦， 趙申軼， 代彥軍

(1．浙江省低品位能源利用國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，杭州 311100； 2．浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 311100；3．上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200240)

在傳統(tǒng)城市的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭、石油等化石燃料占據(jù)主導(dǎo)地位，其燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的SO2、CO2和NOx等有害氣體[1]，這些污染物對(duì)土壤、大氣和水源造成不可逆的傷害，因此現(xiàn)代城市在發(fā)展建設(shè)過程中越來越注重對(duì)再生能源的利用[2]。我國(guó)擁有豐富的太陽能、生物質(zhì)能等再生能源，中國(guó)能源研究會(huì)預(yù)測(cè)十四五期間將新增太陽能裝機(jī)(2.5～3)億kW，在能源比例上非化石能源占比將提高(3～5)個(gè)百分點(diǎn)，因此充分利用當(dāng)?shù)卦偕茉?，并結(jié)合冷熱電聯(lián)供技術(shù)以解決能源供給問題，是實(shí)現(xiàn)未來社區(qū)低碳低能耗的重要途徑。

國(guó)內(nèi)外的未來社區(qū)案例有英國(guó)貝丁頓社區(qū)、瑞典斯德哥爾摩哈馬比社區(qū)、北京中糧萬科長(zhǎng)陽半島和天津中心生態(tài)城[3]等社區(qū)，這些社區(qū)普遍利用太陽能、固體廢棄物和風(fēng)能等再生能源進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)利用集熱器和熱泵等設(shè)備進(jìn)行制冷和供熱。冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)包括電力子系統(tǒng)、制冷空調(diào)子系統(tǒng)和采暖子系統(tǒng)，具有高效、經(jīng)濟(jì)等顯著特點(diǎn)[4-5]，冷熱電聯(lián)供在未來低碳社區(qū)的應(yīng)用上具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣前景。

貴州省具有較好的農(nóng)林生物質(zhì)資源和太陽輻照度，筆者以貴州省某地的未來低碳社區(qū)為例來分析其耗電量、采暖負(fù)荷及冷負(fù)荷，并利用氣化發(fā)電、光伏組件、制冷空調(diào)和集熱器等技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行供能平衡分析，本研究對(duì)于冷熱電聯(lián)供在未來低碳社區(qū)的應(yīng)用具有一定的參考意義。

1 未來低碳社區(qū)概況

1.1 未來低碳社區(qū)介紹

未來低碳社區(qū)擬在貴州省規(guī)劃建設(shè)，總體規(guī)劃面積為328 km2。貴州省屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，氣候溫和。該社區(qū)在2020年月平均日照時(shí)長(zhǎng)為85.8 h，太陽年輻射總量約為3 400～3 700 MJ/m2，年平均氣溫為15.7 ℃，最低氣溫為-2.3 ℃，月極端氣溫差為14～23.9 K，春、冬季節(jié)晝夜溫差較大[6]。

根據(jù)圖1中標(biāo)注的功能定位，未來低碳社區(qū)可以劃分為住宅區(qū)、醫(yī)療教育區(qū)和生態(tài)區(qū)三大區(qū)域。住宅區(qū)和醫(yī)療教育區(qū)采用生活固體廢棄物氣化發(fā)電、光伏組件、燃?xì)鉅t、集熱器和制冷空調(diào)等技術(shù)和設(shè)備來滿足對(duì)電、熱、冷需求，其中住宅1區(qū)～4區(qū)規(guī)劃面積分別為634.06 hm2、380.37 hm2、462.75 hm2和594.04 hm2，對(duì)應(yīng)的可用于建設(shè)用地的面積分別為409.91 hm2、378.11 hm2、437.92 hm2和514.3 hm2，醫(yī)療教育區(qū)可規(guī)劃的用地面積和可用于建設(shè)用地的面積分別為1 280.78 hm2和767.77 hm2。生態(tài)南區(qū)和北區(qū)主要運(yùn)用光伏組件、生物質(zhì)原料氣化發(fā)電和集熱器等設(shè)備和技術(shù)來滿足自身電、熱需求，同時(shí)依靠溴化鋰機(jī)組進(jìn)行冷量平衡，生態(tài)南區(qū)和北區(qū)可規(guī)劃的用地面積分別為1 454.52 hm2和2 224.13 hm2，建設(shè)用地面積所占比例均為10%。

圖1 未來低碳社區(qū)能源分區(qū)規(guī)劃示意圖

1.2 供能平衡技術(shù)方案

如圖2所示，該社區(qū)可利用生物質(zhì)能和太陽能等再生能源，同時(shí)發(fā)電量外聯(lián)市電外網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)自維持，制熱量外聯(lián)市政燃?xì)庖源_保額外熱源的補(bǔ)充。社區(qū)可利用的生物質(zhì)能主要包括生活固體廢棄物和農(nóng)林生物質(zhì)，其中住宅區(qū)和醫(yī)療教育區(qū)利用區(qū)域內(nèi)的生活固體廢棄物進(jìn)行氣化發(fā)電，生態(tài)區(qū)則利用農(nóng)林生物質(zhì)進(jìn)行氣化發(fā)電。生活固體廢棄物和農(nóng)林生物質(zhì)等生物質(zhì)原料可經(jīng)過氣化爐轉(zhuǎn)化為CO、CH4和H2等可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w在內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組中由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，其中煙氣和缸套水等的余熱用于驅(qū)動(dòng)雙效溴化鋰機(jī)組制取冷量。

對(duì)于太陽能，社區(qū)主要通過光伏組件、農(nóng)光互補(bǔ)和集熱器等方式進(jìn)行利用，其中住宅區(qū)和醫(yī)療教育區(qū)利用光伏組件和集熱器進(jìn)行發(fā)電和制熱，生態(tài)區(qū)可利用農(nóng)光互補(bǔ)進(jìn)行發(fā)電。天然氣作為社區(qū)的補(bǔ)充熱源，一方面當(dāng)內(nèi)燃機(jī)余熱不足時(shí)可以輔助驅(qū)動(dòng)溴化鋰機(jī)組制取冷量，另一方面可通過燃?xì)鉅t等裝置為用戶直接供熱。夏季冷負(fù)荷較大時(shí)，富余電量可被用于制冷空調(diào)制取冷量。

圖2 未來低碳社區(qū)供能平衡技術(shù)方案

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 社區(qū)負(fù)荷

社區(qū)中不同類型建筑的耗電量為：

(1)

式中：Eb為該社區(qū)建筑的耗電量，(kW·h)/a；Ei為貴州省不同類型建筑物的近零能耗單位耗電量，(kW·h)/(m2·a)；Ri為容積率；Ai為用地面積，m2;i=1～5分別表示居住建筑、辦公建筑、醫(yī)院建筑、商業(yè)建筑和公用設(shè)施。

社區(qū)的市政交通耗電量Emt主要由通行交通工具和道路照明裝置2個(gè)部分的耗電量組成：

Emt=mebEeb+mlEl

(2)

式中：meb和ml分別為電動(dòng)汽車和路燈的數(shù)量，分別取3萬輛和7 500盞；Eeb和El分別為電動(dòng)汽車和路燈的單位耗電量，分別取3 600 kW·h和900 kW·h。

社區(qū)的冬季采暖負(fù)荷和夏季冷負(fù)荷為：

(3)

(4)

式中：Qh和Qc分別為該社區(qū)建筑的采暖負(fù)荷和冷負(fù)荷，MJ/a；qh,i和qc,i分別為貴州省不同類型建筑物的單位采暖負(fù)荷和單位冷負(fù)荷，MJ/(m2·a)；Fi為不同類型建筑物的建筑面積，m2。

因?yàn)榈缆芳肮迷O(shè)施主要由道路用地、供應(yīng)設(shè)施及綠化等用地構(gòu)成，所以不考慮道路及公用設(shè)施的冬季采暖負(fù)荷及夏季冷負(fù)荷。

表1為貴州省近零能耗建筑的單位耗電量、單位采暖負(fù)荷和單位冷負(fù)荷，表2為社區(qū)各區(qū)域的建筑面積，其取值標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8]。

表1 近零能耗建筑的單位負(fù)荷

表2 未來低碳社區(qū)各區(qū)域的建筑面積

2.2 機(jī)組模型

生物質(zhì)原料在氣化爐內(nèi)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式[9-10]為:

CaHbOcNdSe+f(O2+3.76N2)+gH2O=

hH2+iCO+jCO2+kH2O+lCH4+mN2+

nNO2+pSO2+ncharC+ntarC6H6

(5)

式中：f～p為單位時(shí)間內(nèi)各氣體的物質(zhì)的量的變化量，mol/s；nchar和ntar分別為生成物中焦炭和焦油的生成量，mol/s。

合成氣的低位發(fā)熱量與CO、CH4和H2等可燃?xì)怏w的比例有關(guān)：

Ql,sg=108φH2+126φCO+359φCH4

(6)

式中：Ql,sg為合成氣的低位發(fā)熱量，MJ/m3；φH2、φCO和φCH4分別為H2、CO和CH4占合成氣的體積分?jǐn)?shù)。

內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率η為：

η=28.08×(6.62×10-3-6.41×10-3×0.824Nel)×

(7)

光伏光熱組件的電效率和熱效率[11]分別為：

(8)

(9)

式中：ηe、ηh和ηref分別為光伏光熱組件的電效率、熱效率和電池標(biāo)稱效率，%；tc和tref分別為特征溫度和參考溫度，分別取270 ℃和25 ℃；tpv為光伏板的溫度，℃；qm為空氣的質(zhì)量流量，kg/s；cp為空氣的比熱容，J/(kg·K)；tin和tout分別為空氣的進(jìn)、出口溫度，℃；A為光伏板面積，m2；I為太陽輻射強(qiáng)度，W/m2。

溴化鋰機(jī)組的冷凝器制冷量Qac和蒸發(fā)器的熱源熱量Qac,g[12]分別為：

Qac=15.459(tG-2.162tcw+4.499te)-911.572

(10)

Qac,g=10.807(tG-2.162tcw+4.499te)-603.85

(11)

式中：tG和te分別為蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，℃；tcw為冷卻水進(jìn)口溫度，℃。

住宅區(qū)、醫(yī)療教育區(qū)和生態(tài)區(qū)的基地總面積、人口數(shù)量、農(nóng)林面積和光伏組件面積等數(shù)據(jù)分別見表3和表4。

2.3 運(yùn)行策略

2.3.1 以電定熱

以電定熱運(yùn)行策略優(yōu)先考慮未來低碳社區(qū)的供電平衡，即生物質(zhì)原料和燃?xì)獾南牧咳Q于內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量[13]；制熱量由內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量決定，不足時(shí)由集熱器和燃?xì)庋a(bǔ)充；溴化鋰機(jī)組制冷量由內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組余熱和燃?xì)鉀Q定，不足時(shí)由制冷空調(diào)補(bǔ)充冷量。

表3 住宅區(qū)和醫(yī)療教育區(qū)生活固體廢棄物量和光伏組件面積

表4 生態(tài)區(qū)的生物質(zhì)原料量和光伏組件面積

氣化發(fā)電機(jī)組的發(fā)電需求量為：

(12)

式中：Epvt為光伏光熱組件的發(fā)電量，kW。

社區(qū)從市外電網(wǎng)的需求電量Egrid,in為：

Egrid,in=Eb+Emt-Epvt-Nel

(13)

從內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組中回收的余熱Qeh為：

(14)

式中：Qeh,cal為可從內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組中回收的余熱的理論計(jì)算最大值，kW;Qpvt為集熱器發(fā)電量，kW。

為滿足采暖負(fù)荷，社區(qū)對(duì)市政燃?xì)獾男枨罅縑ng,h為：

(15)

式中：ηgf為燃?xì)鉅t的效率。

當(dāng)溴化鋰機(jī)組的制冷量小于社區(qū)冷負(fù)荷時(shí)，社區(qū)用于制冷空調(diào)的需求電量Egrid,c和為溴化鋰機(jī)組提供額外熱源而消耗的天然氣量Vng,c分別為：

(16)

(17)

式中：Qac,max是溴化鋰機(jī)組最大制冷量，kW；CCOP為制冷空調(diào)的性能系數(shù)；Qc,eh為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組余熱的最大制冷量，kW；Qeh,de為達(dá)到溴化鋰機(jī)組熱源驅(qū)動(dòng)溫度所需要的熱量，kW；Qeh,max為可從內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組中回收的余熱最大值，kW；Qeh,de,max為溴化鋰機(jī)組最大制冷量時(shí)達(dá)到熱源驅(qū)動(dòng)溫度所需要的熱量，kW。

2.3.2 以冷定電

以冷定電運(yùn)行策略則優(yōu)先考慮未來低碳社區(qū)的制冷平衡，在滿足驅(qū)動(dòng)溴化鋰機(jī)組制冷量和制冷空調(diào)制冷量的前提下考慮發(fā)電量，制冷量不足時(shí)由光伏組件補(bǔ)充；制熱量不足時(shí)由集熱器和燃?xì)庋a(bǔ)充。該策略需要分以下2種情況討論。

當(dāng)Qc

Nel=

(18)

式中:Nel,cal和Nel,max分別為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的計(jì)算發(fā)電量和最大發(fā)電量，kW。

從內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組中回收的余熱為：

(19)

為平衡額外電負(fù)荷與額外采暖負(fù)荷，對(duì)市外電網(wǎng)的需求電量Egrid,in和市政燃?xì)獾男枨罅縑ng,h可分別根據(jù)以電定熱運(yùn)行策略下的式(13)和式(15)計(jì)算；制冷空調(diào)的額外需求電量Egrid,c和為溴化鋰機(jī)組提供額外熱源而消耗的天然氣量Vng,c均為零。

當(dāng)Qc>Qac,max時(shí)，生物質(zhì)原料的消耗量取決于溴化鋰機(jī)組最大制冷量。內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電需求量Nel和從內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組中回收的余熱Qeh可由式(18)和式(19)計(jì)算得到；對(duì)市外電網(wǎng)的需求電量Egrid,in由式(13)計(jì)算得到；制冷空調(diào)的額外需求電量Egrid,c由式(16)計(jì)算得到；為溴化鋰機(jī)組提供額外熱源而消耗的天然氣量Vng,c為零。

2.4 性能指標(biāo)

本系統(tǒng)采用CO2氣體減排率Ccer來評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行性能，其定義式[14]為：

(20)

Egrid=Egrid,in+Egrid,c

(21)

Vng=Vng,h+Vng,c

(22)

式中：Ce,bio為生物質(zhì)原料的CO2氣體當(dāng)量率，kg/kg；Ce,grid和Ce,AI分別為市外電網(wǎng)和光伏發(fā)電量的CO2氣體當(dāng)量率，kg/(kW·h)；Ce,ng為天然氣的CO2氣體當(dāng)量率，kg/m3；mbio為生物質(zhì)原料消耗量，kg/h;Egrid,con為傳統(tǒng)系統(tǒng)下電量，kW·h；Vng,con為傳統(tǒng)系統(tǒng)下天然氣的消耗量，m3/h。

2.5 計(jì)算流程

系統(tǒng)模型的計(jì)算流程圖如圖3所示。首先，計(jì)算未來低碳社區(qū)中住宅區(qū)、醫(yī)療教育區(qū)和生態(tài)區(qū)等各個(gè)區(qū)域的電負(fù)荷、冬季采暖負(fù)荷和夏季冷負(fù)荷，進(jìn)而確定對(duì)耗電量、供暖量和制冷量的需求量。其次，選取住宅1區(qū)作為典型案例來進(jìn)一步分析內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電量和溴化鋰機(jī)組制冷量對(duì)市外電網(wǎng)輸入電量、天然氣消耗量、生物質(zhì)原料消耗量和CO2氣體減排率等參數(shù)的影響。最后，以CO2氣體減排率達(dá)到最大值為運(yùn)行目標(biāo)，對(duì)社區(qū)整體的供電平衡、供熱平衡和制冷平衡進(jìn)行分析與討論。

圖3 模型計(jì)算流程圖

3 結(jié)果與討論

3.1 社區(qū)負(fù)荷分析

圖4給出了未來低碳社區(qū)的電負(fù)荷、采暖負(fù)荷及冷負(fù)荷情況。該社區(qū)的全年耗電量、冬季采暖負(fù)荷和夏季冷負(fù)荷分別為8.28×108(kW·h)/a、2.457×109MJ/a和1.564×109MJ/a，由于醫(yī)療教育區(qū)中能耗水平較高的教育辦公用地、醫(yī)療衛(wèi)生用地和商業(yè)設(shè)施用地等面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他區(qū)域面積，并且有實(shí)驗(yàn)醫(yī)療器材等高耗能設(shè)備，因此最大耗電量、最大采暖負(fù)荷和最大冷負(fù)荷均為醫(yī)療教育區(qū)，分別占32.4%、41.5%和54.5%。生態(tài)北區(qū)電負(fù)荷、采暖負(fù)荷和冷負(fù)荷所占比例均高于生態(tài)南區(qū)，生態(tài)北區(qū)/生態(tài)南區(qū)占3種負(fù)荷總量的比例分別為7.6%/5%、13.1%/8.5%和16.6%/10.8%。

(a) 電負(fù)荷

(b) 采暖負(fù)荷

(c) 冷負(fù)荷

住宅1區(qū)～3區(qū)的電負(fù)荷和采暖負(fù)荷所占比例較為接近，在8%～9%，而住宅3區(qū)冷負(fù)荷所占比例為2.2%，明顯低于住宅1區(qū)～2區(qū)冷負(fù)荷所占比例(3.5%～5%)，其原因在于住宅3區(qū)的商業(yè)設(shè)施用地面積明顯小于住宅1區(qū)～2區(qū)，此外，由于住宅4區(qū)的教育辦公用地面積和商業(yè)設(shè)施用地面積明顯高于其余住宅分區(qū)，因此住宅4區(qū)電負(fù)荷、采暖負(fù)荷和冷負(fù)荷所占比例均高于住宅1區(qū)～3區(qū)，分別為12.6%、11.6%和7.3%。

該社區(qū)全年運(yùn)行的主要負(fù)荷為電負(fù)荷和采暖負(fù)荷，所占比例分別為42.57%和35.1%，冷負(fù)荷所占比例較低，為22.33%，其原因在于貴州省位于建筑氣候區(qū)劃中的溫和地區(qū)，表1中單位冷負(fù)荷值略低于單位采暖負(fù)荷值，且居住建筑采用被動(dòng)式超低能耗，無大型冷負(fù)荷需求。

3.2 住宅1區(qū)供能平衡分析

圖5中，在2種運(yùn)行策略下，Egrid的變化范圍為0～1 995 kW。根據(jù)式(13)和式(16)，隨著Nel和Qac的增加，Egrid的總體趨勢(shì)均為降低。當(dāng)Qac保持不變且Nel大于90%時(shí)，圖5(a)中的Egrid不隨Nel的變化而變化，其原因?yàn)镹el大于90%時(shí)已滿足住宅1區(qū)的電負(fù)荷，該原因也同樣適用于圖5(b)中Qac大于30%時(shí)Egrid隨Nel的變化情況。當(dāng)Qac等于10%時(shí)，隨著Nel由10%增加至100%，圖5(b)中Egrid由1 995 kW下降到1 475 kW，而圖5(a)中Egrid由1 995 kW下降到489 kW，其原因?yàn)橐岳涠娺\(yùn)行策略下，生物質(zhì)原料的消耗量取決于冷負(fù)荷，當(dāng)Qac較小時(shí)，mbio也較低，導(dǎo)致Nel較低，因此相對(duì)于圖5(a)，圖5(b)需要較大的Egrid來達(dá)到供電平衡。

(a) 以電定熱

(b) 以冷定電

(a) 以電定熱

(b) 以冷定電

(a) 以電定熱

(b) 以冷定電

當(dāng)Qac等于10%且Nel等于90%時(shí)，圖6(a)中Vng最小值為1 645 kW，其原因?yàn)楫?dāng)Qac保持不變，根據(jù)式(15)，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的余熱隨著發(fā)電量的增加而增加，Vng逐漸降低。同時(shí)，當(dāng)Qac小于20%和Nel大于80%時(shí)，以電定熱運(yùn)行策略下的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組所回收的余熱為定值，Vng也保持一致，之后隨著Qac增加，由于需要為溴化鋰機(jī)組提供驅(qū)動(dòng)熱量，Vng隨之增加。當(dāng)Qac等于40%且Nel等于100%時(shí)，圖6(b)中Vng最小值為2 660 kW，其原因?yàn)楫?dāng)Qac小于30%時(shí)，以冷定電運(yùn)行策略下，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的余熱和發(fā)電量均較低，導(dǎo)致Vng較高。

圖7(a)中以電定熱運(yùn)行策略下，mbio僅與Nel有關(guān)，且當(dāng)Nel大于90%時(shí)，mbio最大值為5 424 kW，其原因?yàn)榇藭r(shí)已滿足住宅1區(qū)的電負(fù)荷。對(duì)于圖7(b)，當(dāng)Qac大于30%且Nel等于100%時(shí)，mbio最大值為6 488 kW。圖7(b)中mbio大于圖7(a) 中mbio的原因?yàn)樽≌?區(qū)最大冷負(fù)荷大于最大電負(fù)荷，同時(shí)在以電定熱運(yùn)行策略滿足需求電量的前提下，其發(fā)電量略低于額定發(fā)電量。

由圖5～圖7可知，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電量和溴化鋰機(jī)組制冷量取最大值，即分別為2 064 kW和1 900 kW時(shí)，以電定熱和以冷定電2種運(yùn)行策略下住宅1區(qū)的Egrid、Vng和mbio分別為0 kW、2 971 kW、5 392 kW和0 kW、2 701 kW、6 488 kW。

3.3 CO2氣體減排率分析

圖8給出了住宅1區(qū)在以冷定電運(yùn)行策略下Nel和Qac對(duì)CO2氣體減排率的影響。由圖8可知，隨著Nel和Qac的增加，Ccer總體趨勢(shì)為逐漸增加，住宅1區(qū)Ccer的最小值和最大值分別為0.598和0.710，即當(dāng)住宅1區(qū)主要采用光伏組件、市外電網(wǎng)供電、市政燃?xì)夂图療崞鬟M(jìn)行供能時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)供能系統(tǒng)可降低59.8%的CO2減排量，并且隨著Nel和Qac的增加，CO2氣體減排率最高可上升至71%。

圖8 以冷定電運(yùn)行策略下CO2氣體減排率變化

住宅1區(qū)最終選擇的系統(tǒng)配置如下：內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電量為2 064 kW，溴化鋰機(jī)組的制冷量為1 900 kW，燃?xì)鉅t功率為2 700 kW，氣化爐機(jī)組進(jìn)料速率為1 335 kg/h，光伏組件布置面積為41.7 hm2。

3.4 社區(qū)整體供能分析

圖9給出了未來低碳社區(qū)的供電平衡、供熱平衡和制冷平衡情況。社區(qū)各區(qū)域的發(fā)電量主要來自光伏發(fā)電，其余部分由內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)配和補(bǔ)充。對(duì)于供電平衡，住宅區(qū)和生態(tài)區(qū)的光伏和生活固體廢棄物發(fā)電量可滿足自身的電負(fù)荷需求，此外，醫(yī)療教育區(qū)電負(fù)荷大于發(fā)電量，因此需要將生態(tài)區(qū)富余發(fā)電量輸送到醫(yī)療教育區(qū)以補(bǔ)充電力，社區(qū)整體在電力調(diào)度的基礎(chǔ)上仍富余1.06×108(kW·h)/a電能，多余電力可考慮用于制冷空調(diào)以平衡冷負(fù)荷。

圖9 未來低碳社區(qū)整體供能平衡

社區(qū)制熱量由集熱器制熱量、燃?xì)庵茻崃亢蛢?nèi)燃機(jī)制取熱水量等組成，制熱量主要來自于前兩者，而內(nèi)燃機(jī)制熱量所占比例較小，其原因?yàn)闄C(jī)組余熱主要用于驅(qū)動(dòng)溴化鋰機(jī)組，同時(shí)缸套水余熱和煙氣余熱通過換熱器制取熱水后又分別返回機(jī)組和排入環(huán)境中。供熱平衡情況類似于電負(fù)荷，除醫(yī)療教育區(qū)外，住宅區(qū)和生態(tài)區(qū)中的制熱量均大于各區(qū)域的采暖負(fù)荷，生態(tài)區(qū)富余的熱量可由熱力管道輸送到醫(yī)療教育區(qū)，此時(shí)社區(qū)整體富余2.28×108MJ/a電能。

對(duì)于制冷量，住宅區(qū)和生態(tài)區(qū)利用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組余熱和燃?xì)夤醽眚?qū)動(dòng)溴化鋰機(jī)組制冷，可以滿足各區(qū)域的夏季冷負(fù)荷，醫(yī)療教育區(qū)在溴化鋰機(jī)組制冷的基礎(chǔ)上，利用社區(qū)富余電力驅(qū)動(dòng)制冷空調(diào)，可滿足額外的冷負(fù)荷。根據(jù)本節(jié)對(duì)醫(yī)療教育區(qū)供能情況的分析，除市外電網(wǎng)和市政燃?xì)獾膭?dòng)態(tài)自維持外，后期可以考慮增加醫(yī)療教育區(qū)光伏組件和集熱器的布置面積，從而減少生態(tài)區(qū)電力與熱量的調(diào)度。

4 結(jié) 論

(1) 未來低碳社區(qū)的全年耗電量、采暖負(fù)荷和冷負(fù)荷分別為8.28×108(kW·h)/a、2.457×109MJ/a和1.564×109MJ/a，所占比例分別為42.57%、35.1%和22.33%。

(2) 住宅1區(qū)的系統(tǒng)配置如下：內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電量為2 064 kW，溴化鋰機(jī)組的制冷量為1 900 kW，燃?xì)鉅t功率為2 700 kW，氣化爐機(jī)組進(jìn)料速率為1 335 kg/h，光伏組件布置面積為41.7 hm2。

(3) 隨著內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電量和溴化鋰機(jī)組制冷量的增加，住宅1區(qū)的CO2氣體減排率從59.8%升高至71%。