100万平方米建筑污水源热泵技术集中供暖煤改电示范项目可行性研究报告.docx
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100万平方米建筑污水源热泵技术集中供暖煤改电示范项目可行性研究报告
经济开发区100万平方米建筑污水源热泵技术集中供暖煤改电示范项目可行性研究报告
第一章项目概述
1.1基本情况
项目名称：
经济技术开发区100万平方米建筑采用污水源热泵技术集中供暖煤改电示范项目（以下简称“污水源供暖煤改电示范项目”或“项目”）；
项目地址：
市经济技术开发区；
项目规模：
总投资万元，供暖服务100万㎡；
一期投资万元，供暖服务万㎡；
建设期：
个月（含项目前期），于年月日前完成，一期工程于年月日前完成；
建设单位：
有限公司；
技术支撑与协助单位：
市规划和城市管理局、经济技术开发区管理委员会、职业技术学院、污水处理厂、有限公司、有限公司等。
项目成果：
形成省内最大面积规模的污水源热泵技术集中供暖煤改电示范项目。
实现节省标准煤消耗量吨/年、降低CO2排放量吨/年、SO2排放量吨/年、粉尘颗粒物排放量吨/年，氮氧化物吨/年；在示范基础上，放大项目集中供暖服务规模达≥100万㎡，并推动市煤改电的规划与有效实施。
其他相关数据如下：
分项
参数
年供热总量（MW）
供热收费标准（元/平米）
7.3/4.5
项目投资额（万元）
项目寿命期（年）
30
年供暖收益（万元/年）
年运行与维护成本（万元/年）
年净现金流（万元）
静态投资回收期（年）
温室气体减排量（吨/年）
15565.2
温室气体减排期（年）
30
1.2编制依据
（1）《中华人民共和国可再生能源法》、《国家中长期科学和技术发展规划纲要》、建设部、财政部建科〔2009〕305号《关于印发可再生能源建筑应用城市示范实施方案的通知》。
（2）《省建设领域节能减排工作实施方案》、《省节能减排综合性工作方案》省人民政府。
（3）污水处理厂提供的项目所利用的污水流量、温度资料。
（4）国家地源热泵相关技术规范文件。
（5）职业技术学院建筑面积统计表、职业技术学院年冬供暖锅炉运行数据。
（6）与职业技术学院签订的污水源热泵集中供暖煤改电协议。
第二章项目目的与示范研究内容
2.1项目目的
（1）通过树立示范项目，提高社会节能意识，合理引导能源消费，改变供暖能源结构，引导企事业单位、民众采用更加绿色、清洁的能源消费方式；提高对煤改电本质内容的认知，煤改电不只是简单地将煤锅炉替换为电暖气或者电锅炉，还包含水源热泵这种更加高效的方式。
希望通过本项目达到以下方面的示范作用：
①污水源热泵集中供暖系统设计、施工示范；
②污水源热泵集中供暖专用设备（HTM高温水源热泵机组）应用示范，技术含量高、高能效比、推广价值大、绿色节能、经济安全；
③污水源热泵集中供暖系统整体调试示范、运行管理示范，用户使用示范；
④基于气候补偿的集中供暖供水流量调节方法试点示范。
（2）促进本省供暖设计单位提高煤改电（热泵）产品设计应用水平，促进可再生能源技术的进步。
提高相关单位对于煤改电产品的兴趣，更多地关注绿色节能技术的发展与应用情况，营造绿色环保的良好社会氛围。
（3）以点带面，促进政府大力引导、市场有效驱动，形成社会各界支持配合、企业自觉行动、市民共同参与的应用机制和模式，使类似污水能源等的新型可再生能源拥有更大的应用舞台与市场发展空间。
（4）促进建筑节能效率的提高，优化能源结构，提高经济效益；倡导使用清洁能源，减轻环保压力。
2.2项目示范与研究内容
（1）解决城市污水处理厂中水的利用问题，一方面充分利用污水处理厂中水资源解决周边建筑物的供暖需求，另一方面利用供暖热源所使用的中水管道，实现中水的二次回用；
（2）高效利用城市污水处理厂处理后中水内的热量，采用高效的换热方式，使用合理的系统方案，保障项目稳定运行；
（3）根据污水处理厂提供的污水处理工艺运行数据、现在所达到的污水量、水温、提取温度等，以及职业技术学院提供的建筑供暖面积以及年使用燃煤锅炉的运行记录，通过理论计算，可以确定使用该水源可以满足≥100万㎡建筑的集中供暖。
通过此次项目的示范和实际运行，探索在此项目基础上，划定市第一个污水源热泵集中供暖煤改电片区，在全省、以致全国树立一个样板。
第三章项目背景与建设的必要性
3.1项目提出背景
3.1.1能源背景
世界能源形势紧迫，能源问题位居世界10大（能源、水、食物、环境、贫穷、恐怖主义和战争、疾病、教育、民主和人口）焦点问题之首。
全球人口2004年是65亿，每日能耗220x106BOE（标准油当量）；到2050年全世界人口至少要达到100～110亿，按照每人每年GDP增长1.6%，GDP单位能耗按照每年减少1%，每日能耗将高达450～900x106BOE。
中国已经探明的煤炭资源将在81年内采光，石油资源将在15年左右枯竭，天然气资源也将在30年内用尽。
我国的经济又处在快速发展时期，而能源的生产和消耗也将高幅增长。
在2002年我国能源生产总量已达13.9亿吨标准煤，与2001年相比增长了1.81亿吨标准煤，增长14.97%。
现在中国已经成为世界第二大能源消耗国和第三大能源生产国，预计国民生产总值到2020年比2000年翻两番，届时全国的能源消耗约为25亿吨标准煤。
我国是全球人口最多的国家，而我国的化石资源却相对贫乏，人均资源占有量不足世界人均值的一半；按照现在的能耗速度，可以肯定我国将在全球率先面临化石能源枯竭的挑战。
因此，寻找未来替代能源中国比其他国家更加迫切。
而未来主要途径是依靠发展可再生能源来解决。
3.1.2环境背景
大规模、无节制地开发利用煤炭、化石燃料不仅加速了这些资源的枯谒，而且造成日益严重的排放和环境污染问题。
统计显示，我国目前能源将近70%由煤炭供给。
2004年我国温室气体二氧化碳排放量已超过８亿吨，成为世界第二大排放国；二氧化硫排放1927万吨，居世界首位，已远超过自身净化能力，过度依赖化石燃料的能源结构，给环境带来了极大的破坏。
随着全球能耗的快速增长，环境正在进一步恶化，如今雾霾问题已经将改善环境的诉求推向舆论顶尖。
国家政府也在大力推进煤改电政策的进程，通过改变供暖能源结构，使用更加绿色清洁的电能，环节目前的雾霾情况。
3.1.3省人民政府办公厅关于音符引发推进采暖“煤改电”试点工作实施方案
为贯彻落实《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》（国发〔2013〕37号）及《省人民政府办公厅关于印发省20-20年大气污染治理措施的通知》（政办发〔〕号）精神，加快替代燃煤小锅炉，有效治理雾霾天气，促进电采暖产业发展，消纳省内富余电力，提升全省城乡电气化水平，改善城乡用能结构和人居环境，结合我省采暖和用电实际，制定本方案总体思路。
贯彻党的十八大和十八届三中、四中、五中全会精神，认真落实国家能源发展战略行动计划、大气污染防治行动计划，按照“市场运作、政府引导，统筹兼顾、因地制宜，试点先行、稳步推进”的原则，通过开展采暖“煤改电”试点，进一步调整优化城乡供热能源结构，减少燃煤锅炉污染，促进富余电力消纳和相关装备制造业发展，积极探索和形成适应经济社会发展要求的清洁、低碳、安全、高效新型能源消费方式
3.1.4水源热泵系统应用背景
热泵技术是一种应用低品位可再生能源重要技术。
按热泵利用的低位冷热源种类的不同，可分为空气源热泵、土壤源热泵、水源热泵。
从系统的能效、设备的投资、运行的经济性等综合考虑，水源热泵比空气源热泵、土壤热泵更具优势。
按水的来源，水热泵又可分为地下水源热泵、地表水源热泵、污水源热泵、海水源热泵等。
根据项目所在地的水源的特点，并通过对该地区地下水资源和地质构造情况分析，该项目的供暖非常适合采用污水源热泵技术。
污水源热泵系统是采用城市原生污水或处理水作为水源（本项目使用处理水）的一种热泵技术，是城市可再生能源应用的一个重要组成部分。
3.2项目建设意义与必要性
3.2.1改善能源结构的需要
市冬季供暖能源消耗，目前以煤炭为主，另外为很少部分的天然气以及电采暖。
由于无论是散布在室内各处的的集中供热站，还是发电厂的“热电联产”模式，亦或是城乡结合住户或者工矿企业独自使用锅炉进行供暖，均摆脱不了以煤为燃料的能源消耗，解决不了燃煤的烟尘、二氧化硫、二氧化碳等在大气中的排放问题。
因此，市空气污染成都严重，尤其是冬季长达5个月的采暖期。
市城镇集中、大量、统一管理的排泄污水，为可再生能源的大量利用，改善能源结构比，提供了又一个节能途径。
并且该节能途径高度负荷政府力推的煤改电政策，势必将得到政府各界的大力支持。
3.2.2环境保护的需要
随着经济的高速发展，火电装机容量也与日俱增，在燃烧煤发电的过程中产生大量的有害排放物，对环境造成巨大的破坏。
比火电更加可怕是，散布在城市各处的燃煤锅炉，尤其是供暖期内，燃烧排放的有害物质比火电厂排放的有害物质更多、浓度更大。
据统计资料显示，中国在2003年产煤16亿吨，每亿吨燃煤会排放115万吨二氧化硫，68万吨烟尘，5000万吨二氧化碳。
中国去年温室气体二氧化碳排放量就超过８亿吨，成为世界第二大排放国；二氧化硫也排放了1927万吨，居世界首位，远超过自身净化能力，已使三分之一的国土在下酸雨。
从环境角度讲，污水源热量是零排放、零污染的可再生能源，将此部分热量再利用，可有效减少燃煤数量，减少污染物排放，实现保护环境，改善人们的生存环境，实现人与自然的和谐发展。
第四章项目实施方案
4.1项目规模分布与选址
4.1.1项目规模分布
项目供暖服务建筑面积约100万㎡，总供热负荷KW，其中一期工程（学院）供暖服务建筑面积万㎡，供暖指标按50W/㎡,考虑到该万㎡的建筑特征，同时使用系数仅为50%左右，总供热负荷按kW设计。
一期集中供暖建筑面积如下表所示：
序号
工程项目
建筑面积（㎡）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
合计
其中住宿性质
其中教学等性质
4.1.2项目选址
该污水源集中供暖煤改电示范项目，位于市经济技术开发区开发区沿路南、北两侧，拟沿路建设一送一回两条直径m的中水管路，为项目提供热源。
项目以学院，XX有限公司，XX有限公司，XX有限公司，有限公司等为需热单位，一期工程仅涉及学院校区，总计建筑面积万㎡。
同时沿中水管线方向预留该区域部分未来新增建筑面积，计划该项目未来覆盖供暖面积100万㎡以上。
中水管网初步选址自污水处理厂南侧取水，管线向北达到路后向东铺设，在管路沿线预留取水口，在供暖单位、建筑内修建或改建换热站并建设相关配套设施。
中水循环水泵设置在污水处理厂水泵机房内，各供暖单位、建筑自行修建水源热泵机房以及供暖循环水泵机房。
4.2工程技术方案
4.2.1建筑围护结构节能方案
本项目建筑类型分为居住和公共建筑，为多层或高层，建筑结构为框剪或全剪结构。
项目工程维护结构参照以下设计标准：
Ø《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）（JGJ26-95）
Ø《公共建筑节能设计标准》（50189-2005）
Ø《民用建筑节能设计标准（采暖居住部分）》（XJJ001-1999）
建筑的热工参数计算一方面根据建筑围护结构进行散热计算，得出供暖负荷，主要用于新建、在建建筑；一方面根据现有供暖设施的运行记录，数据分析后得出供暖负荷结果，主要用于已经有供暖系统运行的已存建筑。
以一期工程技术学院供暖项目为例：
其中在建图书馆建筑面积㎡，计划新建工程实训研发中心，建筑面积㎡。
根据图书馆的设计围护结构以及室内设计温度计算，其供暖指标为42W/㎡；工程训练中心室内设计温度远低于图书馆，但考虑到其围护结构保温性能绝对低于图书馆，其供暖指标为45W/㎡。
小区内其他建筑面积的供暖负荷则依据XX年冬季，校内锅炉房的运行情况，特别考虑最冷月夜间的锅炉供热负荷得出。
综合以上三部分的供暖负荷，技术学院（即本项目一期工程）供暖总负荷按kW设计。
4.2.2污水源热利用技术方案
（1）系统设计方案
①污水利用
污水处理厂泵出的中水由管路输送至各水源热泵机房经过污水源热泵机组，留下热量后返回中水管路；该水源热泵机房内中水只是提供热量，并不存在任何中水损失。
经过放热降温后的中水可以经中水回水管输送回污水处理厂集中排放，或者在回水管路上取用，用于浇花或者冲厕，二次利用。
该过程不污染环境与其他设备或水系统。
中水利用流程简图如下：
②主要设备（以一期工程为例）
根据供暖负荷计算，确定供暖机房选用：
台HTM高温型水源热泵机组为华澳总计万㎡建筑面积进行供暖。
HTM高温型水源热泵机组在该一期工程设计工况下，冬季运行单机制热量为KW，全部台机组的总制热量为kW，可以满足项目设计供暖负荷。
项目主要设备如下表：
序号
名称
型号
单位
数量
1
水源热泵主机
HTM
台
2
供暖循环泵（利旧）
kW
台
3
供暖循环泵（利旧）
kW
台
4
自动补水装置
套
5
校内中水管路
DN
米
6
变压器
kVA
台
7
自动控制装置
套
8
变压器
kVA
台
9
中水循环泵
kW
台
10
校外中水管路
DN
米
（2）污水热源供应
目前污水处理厂的日处理量万m³，目前正在规划扩建，扩建后预计日处理量将达到万m³。
其水温、水量稳定，按照℃温差利用中水中的热量，使用万m³/天，可以满足该项目一期工程的热源供应，输出kW的热量，保证技术学院的冬季供暖问题。
目前污水处理厂的日处理量为万m³,采用与一期工程类似的供暖方式，中水取热温差为℃，供暖指标按50W/m2设计，同时使用系数0.7，可以满足另外万m2建筑面积的供暖，总计100万m2；考虑污水处理厂扩建的因素，未来可以以该项目为模板，将供暖面积拓展至万m2。
4.2.3一次供热（中水）管道铺设路径方案
中水管道一端连接污水处理厂，管路先从污水处理厂向北，然后沿铁路桥向西北方向延伸至路，之后沿路一路向东，沿线有技术学院，有限公司，有限公司，有限公司，有限公司等用热单位，管线在以上用热单位设置管路接口，预留引入中水进行取热供暖的位置。
中水管道采用直埋保温管，设计管径为DN，双程总长XXM（一期工程）；另规划该项目中水管沿路一直延伸至国道东侧的工业园。
4.2.4水源热泵机房
拟采用配置合理、性能指标高、运行可靠的国内名牌产品。
机组制热工况（℃/℃）名义COP值达。
主机操作系统应具备很好的控制性及兼容性，能实现集中控制、供暖水温与流量的自动调节。
同时具有故障，能对机组运行进行监控及预警。
水源热泵机房平面布置图如下：
机房内如上图布置台HTM高温水源热泵机组，将台机组以并联的方式划分为11列，每一列内布置4台或者6台HTM高温型水源热泵机组（并联）。
在每台机的进出口上设置阀门，用于将该机组并入或者隔离出供暖系统；在每一列的支管路上设置阀门，用于将一整列机组（4台或者6台）并入或者隔离出供暖系统。
每台机组运行是的电功率为kW，每一列机组对应配置一个低压配电柜，每三列（或者两列）机组由对应的一个kVA变压器进行供电，由此将台HTM高温水源热泵机组划分为4个区域，方便用电管理。
4.3环境保护
（1）城市污水处理厂处理后的中水，经中水管道输送至各单位、建筑内的供暖机房内，通过水源热泵内的换热器放出热量后继续回到中水回流管路，仅通过换热获取中水中的热量，不产生垃圾，不对环境产生污染。
（2）在机房内，采取以下措施可大大降低机房内污水源热泵机组和水泵的噪声污染：
①机房内污水源热泵机组和水泵均设浮筑基础，以减少其震动产生的噪声；
②所有吊装的大、中型设备均设减振吊架；
③污水源热泵机组、循环水泵均垫SD橡胶减振垫，其进出水管处均安装波纹减震器（如有必要）；
④整个水源热泵机房内壁均贴吸音材料，其隔墙采用密度较高的隔音材料砌筑，机房门采用隔音门。
（3）污水源热泵机组运行不产生任何污染物，只提取水中的热量，不消耗水，不改变水质，是国家鼓励大力发展的一种高新技术产品。
该产品具有良好的环保性，属于环保产品，污水源热泵机组是以清洁的电能为动力，在运行中没有任何污染，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要煤场和堆放燃料废物的场地。
第五章项目投资预算与资金方案
5.1项目投资预算
5.1.1投资构成
Ø主要设备与安装调试费用
Ø土建及配套设施费用
本项目一期工程初步预算总投资万元人民币。
其投资预算见下表：
序号
工程内容
投资额（万）
投资方
1
中水专线（DN）
2
HTM机组制作、生产（台）
3
项目用电专线工程
4
校内中水管线工程（含过马路）
5
配电站改造工程（高压侧）
6
配电站改造工程（低压侧）
7
锅炉房改造、HTM安装工程
8
工程造价合计
5.1.2预算依据
（1）设备价格参考有关设备制造厂家的报价或按照类似工程的设备价格估算；
（2）项目的安装工程和建筑工程费用估算依据类似工程造价指标，并且考虑本建设项目所处地区和具体情况估算。
估算的工程材料、人工费用等取价调整到年的物价水平。
5.1.3资金筹措与来源
（1）本项目总投资：
万元
（2）融资渠道
资金来源
融资金额（万）
融资比例
企业自筹
政府（国家、地方）财政补助
银行贷款
合计
第六章经济、社会与环境效益分析
6.1工程投资收益预测
项目总投资万元，运行后，可收取供暖费万/年，抵扣项目运行费用万元/年后，财务收入为万元/年。
项目静态投资回收期为年。
以上数据未考虑供暖开口费，否则项目静态投资回收期将大幅缩短。
6.2项目收支预测分析
6.2.1营业收入预测
收入类型
面积
单价
价格（万/年）
一期供热收入
非居民建筑供热收入
居民建筑制热收入
合计
注：
未计入中水二次利用和二氧化碳交易可获得的收入；
未计入供暖开口费用（一次性收取）。
6.2.2运行费用预测
费用类型
数量
单价
价格（万/年）
HTM机组电费
中水泵电费
机组维护费用
合计
6.3环境效益分析
6.3.1节能效果分析
冬季供暖与传统区域燃煤集中供暖方式作对比，所消耗的一次能源（煤炭）为评价标准。
（1）项目一期工程的节能减排量
项目一期工程减排效益（年）
供暖方式
HTM机组
锅炉
节能减排量
折合标煤（吨）
CO2排放（吨）
SO2排放（吨）
NOX排放（吨）
PS:
1.根据国家统计局提供的“能源折算标准煤参考系数”，将不同供暖方式下的消耗的能量折算至标准煤消耗量；
2.依据“标准煤污染物排放值”，计算得到不同供暖方式下的污染物排放量；
（2）几种典型的供暖方式能耗对比
供暖能源消耗量（/（m2*年））
供暖方式
耗电（kWh）
天然气（M3）
折合标煤（kg）
HTM高温水源热泵机组
电锅炉
天然气锅炉
空气源热泵
PS:
1.供暖指标按照50W/m2进行计算供暖时长24h/d，供暖期150天；
2.表中未考虑同时使用系数，未考虑气温高于室外设计温度时供暖指标低于50W/m2的情况，按照满负荷供暖计算。
3.HTM高温型水源热泵机组能效比以一期工程运行工况为参照，因一期工程供暖水温较高，项目实际运行平均能耗将低于表中的数值；
4.电锅炉运行效率按照95%进行计算，天然气锅炉的效率按照90%进行计算，燃气热值为8000Nm3；
5.空气源热泵运行能效使用全年综合能效比计算得出；
6.3.2项目环保与社会效益分析
本方式相对其他传统供热方式更节能环保。
在相当长的时期中，我国北方一般以燃煤锅炉解决冬季取暖问题，造成一次性能源的大量消耗和对环境的严惩污染。
在二十世纪九十年代以后，对于取暖方式也开始有新的尝试和探讨，特别是随着可持续发展和公众环保意识的提高，世界和中国能源利用的结构都正在转变，从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。
造成大气污染的主要问题是冬季煤锅炉采暖所排放的大量有害气体。
其治理大气污染的政策中就包括能源结构的调整，从以煤为主改为天然气和电力替代能源。
目前国家政府正在大力提倡煤改电政策，一方面通过提高电的消费率，平衡目前过剩的火电产能，减少发电后的电路浪费，另一方面通过使用更加清洁的电能，减少燃煤的消耗，改善自然环境，尤其是改善目前日益重视的雾霾天气。
水源热泵机组使用电能进行供暖，而且能源转化效率高，是一种比较理想的技术路线。
项目环境减排效益见下表：
节能减排指标（吨）
每吨标准煤减排量
节约标准煤量
本项目减排量
CO2
SO2
NOx类
结论：
本工程采取的方案是一种理想的环保方案，投产后不仅不会对周围环境造成损害，反而会对地区大气环境治理、抗雾霾工程有极大的意义和推进作用。
第七章项目风险与应对措施
7.1项目风险
本项目的风险，一是使用的污水处理厂的中水量、水温能否长期满足和保证100万㎡建筑的集中供暖；二是从污水处理厂至各供暖单位之间的中水（一次）管网的地下铺设是否可操作。
7.2应对措施
针对上述项目风险，采取应对措施如下：
1、依据污水处理厂提供的资料和测量数据，目前的污水处理量为万m³/d，冬季中水排出水温在℃-℃，℃以下的天数极少，所以设计计算以℃为依据。
经计算，在中流量万m³/d、水温℃、提取℃的条件下，即可满足100万㎡建筑规模的冬季供热。
本项目的实施，其理论计算，供暖指标按照50W/m2,同时使用系数70%，实际上目前建筑围护结构普遍提高，供暖指标40W/m2已经可以满足规划范围内绝大部分的供暖需求，根据规划范围内的建筑使用性质，有厂矿企业以及住宅建筑，所以同时使用系数预计小于65%，所以该项目留有最少35%的安全系数。
同时水温的提取还可通过增加污水流量实现，且污水处理厂正在规划扩建，将来的中水量将由万m³/d增加至万m³/d。
因此，该风险可以完全排除。
2、针对中介水（一次）管网的地下铺设，经现地踏勘，并且综合考虑了历史管道铺设情况，采用如上文所述的铺设方案。
经专家确认，确实可行。
第八章
结论
项目以国家、地方政府大力推广可再生能源以及煤改电发展政策为契机，围绕市冬季大气污染治理为切入点，对接市冬季供热能源结构调整、推进煤改电示范项目的机
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