吳媛媛, 郭蕙心, 李 晨, 邢琳琳

(1.北京市燃氣集團研究院, 北京 100011; 2.北京市燃氣集團有限責任公司, 北京 100035)

1 概述

節(jié)能是實現(xiàn)雙碳目標的重要路徑之一。在這一背景下,北京市在能源消耗控制方面比過去更加嚴格,《北京市“十四五”時期能源發(fā)展規(guī)劃》提出強化能源、碳排放總量和強度雙控,完善公共機構能耗限額標準,實施公共機構能耗限額管理,逐步實現(xiàn)民用建筑從電耗限額管理向全能耗定額管理轉變。這給能耗企業(yè)節(jié)能工作帶來了一定的挑戰(zhàn)。

對于燃氣企業(yè)(城市燃氣企業(yè)),除加臭泵用電,過濾、計量、調(diào)壓和安全設備的監(jiān)控用電,部分廠站冬季防凍堵加熱能耗,生產(chǎn)搶修的臨時發(fā)電和搶修車輛用能外,大部分為燃氣企業(yè)運營及服務站點(簡稱服務站點)辦公建筑用能。主要為辦公和建筑供暖制冷能耗、辦公和照明能耗、炊事熱水能耗等,其中供暖能耗占辦公建筑能耗的60%以上,成為能耗控制的重點。

燃氣企業(yè)服務站點不但分散,而且每個服務站點辦公建筑面積也比較小。各服務站點建設年代各不相同,供暖熱源也存在差異。市政熱源覆蓋地區(qū)的服務站點采用市政集中供熱,未覆蓋地區(qū)的供暖熱源則采用燃氣鍋爐、直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組(簡稱直燃機組)、燃氣機熱泵機組、電驅(qū)動空氣源熱泵機組(簡稱電熱泵機組)。

本文計算分析5種供暖熱源的單位供暖面積能耗、碳排放。以某供暖面積1 000 m2服務站點辦公建筑為例,計算5種供暖熱源的綜合費(為能源費與碳排放費之和)。為在相同基準上進行比較,各種供暖熱源均為全天連續(xù)供暖。

2 供暖熱源能耗與碳排放

按照DB11/T 1150—2019《供暖系統(tǒng)運行能源消耗限額》的要求,以北京地區(qū)熱源單位供暖面積耗熱量指標的準入值0.25 GJ/(m2·a)作為計算基準,計算市政熱源、燃氣鍋爐、直燃機組、燃氣機熱泵機組、電熱泵機組的單位供暖面積能耗、碳排放。

2.1 能耗

天然氣低熱值取36 000 kJ/m3,標準煤低位發(fā)熱量取29 307.6 kJ/kg。燃氣鍋爐熱效率取0.95,直燃機組熱力系數(shù)取0.93,燃氣機熱泵機組制熱性能系數(shù)取1.8,電熱泵機組制熱性能系數(shù)取3.0。由以上數(shù)據(jù),可計算得到5種供暖熱源的單位供暖面積能耗(耗熱量、耗氣量、耗電量),并折算為單位供暖面積標準煤耗量,見表1。由表1可知,電熱泵機組能耗最小,其次是燃氣機熱泵機組,市政熱源、燃氣鍋爐、直燃機組供熱方式的能耗均比較高。

表1 5種供暖熱源單位供暖面積能耗、單位供暖面積標準煤耗量

2.2 碳排放

二氧化碳排放量按DB11/T 1787—2020《二氧化碳核算和報告要求 其他行業(yè)》給出的方法進行計算。市政熱源碳排放因子按DB11/T 1787—2020表A.2取0.11 kg/MJ,天然氣碳排放因子按DB11/T 1787—2020式(4)進行計算。具體計算參數(shù)取DB11/T 1787—2020的推薦值。

天然氣碳排放因子m的計算式為:

(1)

式中m——天然氣碳排放因子,kg/m3

mC——天然氣單位熱量含碳量,kg/GJ

β——天然氣碳氧化率

Hi——天然氣低熱值,GJ/m3

44——CO2相對分子質(zhì)量

12——C相對原子質(zhì)量

根據(jù)DB11/T 1787—2020表A.1,天然氣的單位熱量含碳量為15.3 kg/GJ,天然氣碳氧化率取0.99。將已知參數(shù)代入式(1),可得到天然氣碳排放因子為2.00 kg/m3。電熱泵機組按照外購電力考慮,電力碳排放因子按DB11/T 1787—2020表A.2取0.604 kg/(kW·h)。由市政熱源碳排放因子、天然氣碳排放因子、電力碳排放因子,結合表1數(shù)據(jù),可計算得到5種供暖熱源單位供暖面積二氧化碳排放量,見表2。由表2可知,燃氣機熱泵機組的二氧化碳排放量最低,電熱泵機組、燃氣鍋爐、直燃機組的二氧化碳排放量居中,市政熱源的二氧化碳排放量最高。

表2 5種供暖熱源單位供暖面積二氧化碳排放量

電熱泵機組二氧化碳排放量高于燃氣機熱泵機組的主要原因為目前北京市電力系統(tǒng)中綠電比例比較低,電力碳排放因子比較高。碳中和背景下,當電力碳排放因子降至0.334 kg/(kW·h)時,兩種供暖熱源的單位供暖面積二氧化碳排放量才能基本相當。因此,在北京當前電力結構形勢下燃氣機熱泵機組更具有減碳優(yōu)勢。隨著北京電網(wǎng)綠電比例的提高,電熱泵機組減碳效果將更加明顯。

3 經(jīng)濟性分析

以某供暖面積1 000 m2服務站點辦公建筑為例,對不同供暖熱源的經(jīng)濟性進行對比分析。供暖期為11月15日至次年3月15日。

① 能源費

市政熱源熱價按北京非居民熱計量計價方式收費,基本熱價為18 元/m2,計量熱價為98.90 元/GJ。供暖期燃氣價格為2.88 元/m3,電價為1.05 元/(kW·h)。由此可計算得到5種供暖熱源年能源費,見表3。由表3可知,燃氣機熱泵機組的年能源費最低,市政熱源的年能源費最高。

表3 5種供暖熱源年能源費

② 碳排放費

由北京市碳排放權電子交易平臺公布的行情信息可知,2022年碳交易成交價波動范圍為41.51～149.00 元/t,年成交均價為96.36 元/t。筆者按年成交均價計算各供暖熱源的年碳排放費,見表4。由表4可知,燃氣機熱泵機組的年碳排放費最低,市政熱源的年碳排放費最高。

表4 5種供暖熱源年碳排放費

③ 綜合費

綜合費為能源費與碳排放費之和,由表3、4數(shù)據(jù)可計算得到5種供暖熱源年綜合費,見表5。由表5可知,燃氣機熱泵機組的年綜合費最低,市政熱源的年綜合費最高。

表5 5種供暖熱源年綜合費

④ 經(jīng)濟性分析

由計算結果可知,在目前的碳交易價格水平下,碳排放費在綜合費中占比不高,能源費仍是主導供暖熱源經(jīng)濟性的因素。

4 結論

① 電熱泵機組能耗最小,其次是燃氣機熱泵機組,市政熱源、燃氣鍋爐、直燃機組供暖熱源的能耗均比較高。

② 燃氣機熱泵機組的二氧化碳排放量最低,電熱泵機組、燃氣鍋爐、直燃機組的二氧化碳排放量居中,市政熱源的二氧化碳排放量最高。

③ 燃氣機熱泵機組的年綜合費最低,市政熱源的年綜合費最高。在目前的碳交易價格水平下,碳排放費在綜合費中占比不高,能源費仍是主導供暖熱源經(jīng)濟性的因素。