永丰基地新能源规划方案 精品.docx
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永丰基地新能源规划方案精品
北京永丰产业基地（新）
能源规划方案
北京清华城市规划设计研究院
二〇一二年五月
1.项目概况
1.1永丰产业基地（新）地理位置
永丰产业基地（新）位于海淀区西北旺镇，在中关村科技园区的西北部，属中关村发展区海淀园之一，是永丰产业基地的一部分。
沿北清路与规划建设中永丰产业基地、航天城、生命科学园等相联系，并与已经规划并建设的永丰产业基地互为整体、互为补充，共同构成中关村科技园区发展区的骨架。
园区所在西部地区被北京西山连绵起伏的山体环抱，用地北侧紧邻联系南沙河景区，具有明显的山水特征和良好的绿色生态景观。
图1-1永丰产业基地（新）地理位置
如图1-1所示，永丰产业基地（新）包括4-1街区A、B、C、D、E、F、G、H地块；4-2街区K、L地块和4-3街区J地块。
规划总用地面积约466.2公顷，拟规划总建筑面积403.11万m2。
A、B、C、D、E、F、G、H、J地块规划四至：
北至玉河南路，东至京包快速路，南至北清路，西至永丰西滨河路。
K、L地块规划四至：
北至永丰南环路，东至永丰路，南至西六里屯南街，西至L地块西侧规划路。
永丰产业基地（新）A、B、C、D、E、F、G、H、J地块规划用地南侧和北侧紧邻城市主干道北清路和城市主干道玉河南路，西侧和东侧分别靠近城市次干道永丰西滨河路和城市快速路京包快速路，用地内部有城市主干道永丰路穿过。
周边用地现状：
北部为南沙河风景保护带，南部为中关村永丰园，占地447.59公顷，是集科研、中试、生产、商贸、技术、交易、科普于一体的科技园区，西侧为西玉河的通风廊道东侧京为大牛房安置房项目。
规划区内现状用地主要为市政用地、教育用地、村落、农田、林地与池塘。
永丰产业基地（新）K、L地块规划用地北侧和南侧紧邻城市次干道永丰南环路和西六里屯南街，西侧和东侧分别靠近城市次干道L地块西侧规划路和城市主干道永丰路。
周边用地现状：
南部为现状亮甲店村，北部为中关村永丰园，西侧为六里屯垃圾焚烧厂东侧为六里屯安置房项目。
规划区内现状用地主要为市政用地、村落、农田、林地与池塘。
1.2永丰产业基地（新）规划特色
永丰产业基地（新）是集企业孵化、新材料研发、产业促进、产业发展、生活配套服务于一体的综合性科技园区。
坚持“高端化、规模化、集群化”原则，打造集研发、技术服务、中试、孵化、总部、展示、交易、高端生产为一体的国际一流材料中心，重点推进纳米材料、生物医用材料、能源环保材料和航空航天材料四大新材料产业集群的发展。
1.3永丰产业基地（新）用地情况
永丰产业基地（新）的规划总占地面积466.2公顷，规划总建筑面积403.11万m2，用地指标如表1-1所示。
各地块用地性质如图1-2所示。
表1-1永丰产业基地（新）用地指标
区域
占地面积（亩）
规划范围总用地
466.2公顷
规划建设用地
308.25公顷
拟建总建筑面积
403.11万m2
1~2
容积率
总容积率
〉1.5
建筑密度
〈35%
建筑限高
建筑控高24~45米
地块绿化率
〉35%
规划范围总绿化率
〉40%
建筑退红线
15～30米（包括绿化用地）
图1-2永丰产业基地（新）用地性质
该次能源规划区域为A、B、C、D、E、F、J地块，总用地面积为342.3公顷，总建筑面积为235.6万m2，其中已有拨地195.0公顷，不在本次能源规划范围内，则该次规划用地面积为147.3公顷，建筑面积为203.3万m2。
用地性质和建筑面积如表1-2所示。
表1-2能源规划用地性质和建筑面积
用地性质
建筑面积（万m2）
教育科研用地
105.0
住宅混合公建用地
16.1
其它类多功能用地
71.3
配套教育用地
3.5
体育用地
2.8
规划待研究用地
4.6
总计
203.3
2.北京永丰产业基地（新）能源规划原则
2.1北京市能源系统发展状况及主要问题
随着GDP和人口总量的增长，北京市能源消费总量快速增长，如图2-1所示。
2009年的能源消费总量为1980年的3.4倍，为2000年的1.6倍。
图2-1北京能源消耗量、GDP与人口的关系
根据《2010北京能源发展报告》和《北京市统计年鉴2010》，2009年北京市能耗消费总量为6570.3万吨标准煤，其中煤炭2664.7万吨、天然气69.4亿立方米、外调电512.6亿千瓦时、成品油945.7万吨。
由于北京地处北方，供热和发电用煤比重较高，2009年供热及发电用煤量1248.3万吨，占煤炭消费总量的46.8%。
近些年，煤炭消费占总能源消费的比例自2005年开始实现逐步降低，而天然气和石油消费所占的比例则逐渐增加，如表2-1所示。
能源生产量比较稳定，内部热电联产的发电量为242亿kWh，占电力总消费量的31.8%。
表2-1北京市历年能源消耗量和生产量
分项
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
消耗量
电（亿kWh）
385
398
436
461
511
567
619
675
708.15
758.85
天然气（亿m3）
9.6
15.1
17.7
20.9
25.0
29.4
37.3
40.9
60.65
69.4
煤（万t）
2161
2125
2042
2158
2942
3069
3056
2985
2747.7
2664.7
原油（万t）
755
701
748
727
809
800
796
951
1117
1164.5
生产量
电（亿kWh）
-
-
-
188.7
200.4
209.8
209.7
224.4
244.9
242
煤（万t）
-
-
-
827.2
1067.9
945.2
642.1
648.8
578.5
641.3
2.1.1北京市天然气发展状况及主要问题
自从1997年北京市引入陕甘宁天然气以来，北京市天然气进入了高速发展时期，在能源消费结构中所占比例不断提高。
天然气销售量从2000年15.06亿立方米增至2009年的64.54亿立方米，增长了6.7倍
天然气消费领域不断扩大，用户类型拓展到采暖、制冷、工业、发电和天然气汽车等领域。
2008年北京天然气用气量55.8亿m3中，采暖耗气量占47%，发电用气量占21%，家庭生活销售量占年销售量的13%；商业用户占9%，工业占5%，制冷、汽车和其他约4%，如图2-2所示。
由于供热用户本身有巨大的季节不均匀性，而它又占到了北京市年总用气量的一半以上，因此北京市天然气的总体用气量亦呈现明显的季节不均匀性，在冬季高峰日占到日负荷量的75-80%，而夏季燃气用于制冷用户较少，导致冬夏季用气量峰谷差很大。
据统计，2008年最大月的月用气量是最低月的6.07倍，是全年月平均用气量的2.35倍，高月高日用气量是低月低日用气量的11.35倍，如图2-3和图2-4所示。
从北京市06年-09年用气量的变化情况来看，峰谷差日益加大，如图2-5所示。
图2-2北京市2008年天然气用气结构
图2-3北京市2008年天然气逐日用气量
图2-4北京市2008年天然气逐月用气量
图2-52006—2009年北京市日用气量
依据北京市燃气系统的主要特点，北京市燃气系统存在的主要问题有：
（一）燃气气源及管网设施供应能力和安全保障问题
继2004年的“气荒”之后，2009年北京市再次遭遇了相同的处境。
虽然平安度过困境，但却是以对全市4900多个大型商场、超市、公共建筑、写字楼和工业企业予以限气，以及对供暖设施采取低温运行方式为代价的。
2009年采暖季期间，天然气高峰小时流量达到240万立方米，已接近我市燃气管网门站实际供应能力，调峰能力严重不足，且全部通过陕京一、三线输送，气源单一。
而北京未来“全面气化”的燃气发展战略，更是对天然气资源的安全保障问题提升到重要地位。
（二）燃气消费的峰谷差动态特性问题
天然气用气量的季节不均匀性与对长输管线供气的依赖，给北京市的天然气发展带来两方面的问题。
一是“气荒”，即冬季极端寒冷天气下的尖峰用气量难以满足，不得不“停气”，严重影响人民群众的生产和生活，造成很大的经济损失；二是无论对于长输管线还是市内供气管网，都是按照一年中的最大流量设计的，夏季管道输送能力的闲置是很大的浪费。
针对北京市天然气目前的现状特点，一方面需要填夏季低谷时候的用气，另一方面需要在满足冬季需求的情况下如何来削峰，缓解由于采暖负荷造成的冬季高峰的问题；同时因为需求侧的不平衡导致供应侧就要考虑季节性调峰问题及安全保障这两个关键问题。
合理优化燃气用户结构，综合优化冬季供热、夏季制冷和季节储气调峰方式等系统供应方式，从而降低用气的不均匀性，以提高管网基础设施的利用率。
（三）燃气供热空调方式问题
北京市的天然气系统所出现的问题很大程度上是由于供热空调方式所引起的，在保证北京市在用户逐渐发展并满足用户需求的情况下，北京市应采用既能实现燃气资源的能源梯级利用，同时又降低供热的燃气消耗量的供热新模式或先进技术。
然而，采用能源梯级利用的燃气热电联产方式，出现了该方式热电比低，导致耗气量和发电量大以及燃气峰谷差大的现状。
而单独采用燃气锅炉来满足供热要求，比燃气热电联产方式大为减少消耗天然气，但不符合能源梯级利用原则，使得燃气资源得到浪费。
此外，目前北京市夏季制冷用气量比例不足2%，其主要原因还是夏季燃气制冷与电制冷相比不具有节能和经济优势。
因此，发展降低供热燃气消耗量的高效能源利用方式，发展促进夏季用气方式、实现高效的制冷技术，是一个关键问题。
综上所述，面对这种形势，针对各类天然气可能的末端应用，从获取最佳的能源利用率和最大的污染物减排效果出发，科学地规划天然气应用范围，把有限的宝贵的天然气资源用在最适当的地方，是当前及今后相当长时间内非常重要的任务。
2.1.2北京市电力系统现状及主要问题
2000~2009年，北京市总用电量由385亿kWh增长到759亿kWh，年平均增长率为9.7%；整点最大负荷由6090MW增长到13000MW，年平均增长率为16.2%，如图2-6所示。
图2-6北京最大电力负荷逐年增长情况
2009年北京市电厂总装机容量达到635万千瓦，其中煤电装机310万千瓦，燃气装机196万千瓦，抽水蓄能装机80万千瓦，水电装机25.3万千瓦，风电装机15万千瓦，余热发电装机5.1万千瓦。
北京电网位于京津唐电网的西部，除承担为首都供电的任务外，还向相邻的天津、唐山等相邻的京津唐东部电网、河北省部分地区转送西电东送电力，在京津唐电网中处于十分重要的地位。
依据北京市电力系统的主要特点，北京市电力系统存在的主要问题有：
（一）电源及电网设施供应能力和安全保障问题
目前北京市电源单机容量仅为10～20万千瓦级别，效率较低、机组较旧，部分还属国家明令淘汰的范畴。
北京市发电机组装机容量约635万千瓦，实际发电能力约400万千瓦，本地电源支撑由2000年的40%下降到目前的30%左右，电源及设施支撑能力明显不足，直接影响城市供电安全稳定。
（三）电力消费的峰谷差动态特性问题
北京市电力高峰负荷呈大幅增长态势，电网峰谷差率已接近50%，其中空调负荷比重连年上升，已占到高峰负荷的30%~40%左右。
可见，高峰时段电力供应压力较大。
电网峰谷分时实施尖峰、高峰、平段、低谷时电价。
电力需求侧管理和用户结构的优化，改善电力系统动态特性，提高基础设施综合利用率，是北京市电力系统目前所面临的主要问题之一。
2.1.3北京市供热系统现状及主要问题
北京市的供热系统构成如图2-7所示，供热的主要能源是煤和天然气。
在北京市供热系统构成中，城市热网的集中热源能力从2000年的4198MW，增加到2009年的7449MW（热电联产4377MW，大型调峰热源3072MW），城市热网的集中供热面积由2000年底的5012万m2增加到2009年的12866万m2，全市城市热力网集中供热占21.4%，天然气等清洁能源供热占42.6%，燃煤区域供热占34.5%，燃油（电）等供热占1.0%，基本形成了以热电联产、燃气、燃煤集中供热为主导，多种能源、多种供热方式相结合的供热局面。
（a）2004年（b）2009年
图2-7北京市供热系统构成
然而，目前北京市供热系统仍存在着的主要问题：
（一）供热系统综合能源利用效率尚需提升
热电联产供热方式实现能源梯级利用，能源利用效率高，扣除调峰热源，北京市现状热电联产供热面积约8260万m2，占全市供热比例低。
基于现有的供热技术和模式，应进一步分析比较不同供热方式的能源利用效率，北京市应采用合理的供热新模式或先进技术，实现能源梯级利用，从而综合提升供热系统的能源利用效率，解决冬季供热的民生问题。
（二）燃气用于供热的资源合理利用、经济成本和安全保障问题日趋突出
天然气用于供热由2000年5.5亿立方米增长到33亿立方米，供热用气已占到51%。
如果按照北京“全面气化”的燃气发展战略，并且根据市发展和改革委员会制定的能源及燃气规划，“十二五”时期全市供热将更加依赖于天然气。
天然气宝贵资源如何合理利用，“全面气化”方案对供热、燃气系统的能源、环境和经济成本产生怎样的影响，以及天然气资源保障问题，都成为城市能源系统高效、稳定与安全的关键环节。
“十二五”期间，北京市将规划四大热电中心建设和区域能源中心建设。
包括东北热电中心（4台350兆瓦燃气热电机组）、东南热电中心（4台350兆瓦燃气热电机组）、西南热电中心（4台350兆瓦燃气热电机组）和西北热电中心（6台350兆瓦燃气热电机组）。
为适应“十二五”期间本市重点功能区域发展需求，结合区域周边燃气、热力设施情况，规划新建8个区域能源中心，到2015年，本市区域能源中心累计达到10个（含现状亦庄和电子城），同时配置燃气调峰锅炉。
热电中心及城市热网、区域能源中心的空间分布如图2-8所示。
图2-8“十二五”期间北京市热源建设布局示意图
2.2能源规划原则
针对目前北京市能源利用效率低下、燃气热电联产的热电比低导致的耗气量和发电量大以及燃气和电力峰谷差大的现状，提出以下能源规划原则：
（1）节能减排，实现能源梯级利用。
采用天然气热电冷联供能源系统，并深度开发利用低品位的可再生能源，提高一次能源的利用效率。
（2）提高天然气热电冷联供系统的热电比。
在满足相同的能源需求下，减少全年天然气消耗量，尤其是冬天的消耗量；减少系统发电量，通过系统内部消耗的方式减少外送电量，为电网减轻压力。
（3）削减燃气冬夏峰谷差和夏季电力峰值，提高燃气、电力供应的安全保障性。
3.冷热电负荷需求预测
在热电冷联产系统的规划设计中，热电冷负荷的计算是热电冷联产系统配置的基础，负荷计算结果的准确性将直接影响到联产系统优化配置的结果。
在规划阶段，一般只能确定该区域内建筑最基本的信息，如建筑的使用功能和相应面积等，因而，热电冷负荷只能在大量调研分析的基础上，根据该建筑类型的基本特征，对最典型的建筑类型进行逐时模拟计算。
在冷热负荷确定的过程中，由于不同类型建筑冷热负荷指标与负荷特性的实际测量存在较大困难，且受气象条件所约束，而建筑能耗模拟软件无疑是获得冷热负荷特性的最有效的工具，如EQUEST、DOE-2、EnergyPlus、ESP-r、DeST等。
本文利用清华大学建筑技术科学系开发的能耗模拟软件DeST进行模拟计算，选择多座北京市具有代表性的学校、科研办公楼、住宅混合公建、写字楼、商场、酒店、幼儿园、体育馆等建筑进行详细DeST建模模拟，并计算得到不同用地典型建筑冷热负荷需求的逐时动态特性（8760h）。
在电力负荷确定过程中，本文依据清华大学建筑节能研究中心对不同用地典型建筑电负荷的分项计量方法，在对北京多幢学校、科研办公楼、住宅混合公建、写字楼、商场、酒店、幼儿园、体育馆等建筑的分项计量的监测数据基础上，得到不同用地典型建筑电力负荷需求的逐时动态特性（8760h）。
3.1建筑冷热负荷动态模拟
利用DeST-C（公共建筑版）能耗模拟软件进行建模计算，部分模拟的建筑模型立面图如图3-1所示。
图3-1北京若干典型建筑DeST建筑模型
3.1.1北京市气象特点
在DeST模拟计算中采用的逐时气象参数均为北京市标准典型气象年参数，其数据来源为中国气象局与清华大学联合开发的《中国建筑热环境分析专用气象数据集》。
北京市室外的逐时干球温度动态变化见图3-2。
北京最高气温为37.03℃，最低气温为-15.15℃；最热月的平均温度为26.38℃，最冷月的平均温度为-4.03℃，冬季采暖室外设计温度为-9℃，夏季空调室外计算干球温度33.2℃，夏季空调室外计算湿球温度26.4℃。
图3-2北京室外逐时干球温度
3.1.2围护结构热工参数
围护结构主要包括外墙、内墙、屋顶、外窗等，其参数按照《北京市公共建筑节能设计标准》根据各建筑的建筑类型设定。
其中甲类建筑为单幢建筑面积大于20000m2、且全面设置空气调节设施的建筑；乙类建筑为单幢建筑面积300～20000m2，或建筑面积虽大于20000m2但不全面设置空调设施的建筑。
各类型建筑的围护结构参数如表3-1、3-2、3-3所示。
表3-1各类型建筑围护结构热工参数
围护结构名称
传热系数（W/m2·K）
甲类建筑
乙类建筑
体型系数≤0.30
0.30＜体型系数≤0.40
体型系数>0.40
外墙
0.788
0.592
0.499
0.449
屋顶
0.595
0.542
0.449
0.398
内墙
1.491
1.491
1.491
1.491
表3-2甲类建筑外窗热工参数
外窗类型
传热系数Kc（W/m2·K）
遮阳系数SC
窗墙面积比≤0.30
3.00
0.67
0.30＜窗墙面积比≤0.40
2.70
0.65
0.40＜窗墙面积比≤0.50
2.40
0.55
0.50＜窗墙面积比≤0.70
2.20
0.45
表3-3乙类建筑外窗热工参数
外窗类型
体型系数≤0.30
体型系数>0.30
传热系数Kc
（W/m2·K）
遮阳系数SC
传热系数Kc
（W/m2·K）
遮阳系数SC
窗墙面积比≤0.20
3.00
0.67
2.80
0.67
0.20＜窗墙面积比≤0.30
3.00
0.67
2.50
0.67
0.30＜窗墙面积比≤0.40
2.70
0.70
2.30
0.70
0.40＜窗墙面积比≤0.50
2.30
0.60
2.00
0.60
0.50＜窗墙面积比≤0.70
2.00
0.50
1.80
0.50
3.1.3各功能房间热扰设定
同类建筑中相同功能的房间内扰情况设定为一致。
各类房间室内发热量产热指标大小如表3-4所示。
表3-4室内热扰参数
房间类型
人员密度（人/m2）
人均发热量（W）
人均产湿量（kg/h）
照明功率（W/m2）
设备功率（W/m2）
电脑机房
0.1
81
0.15
10
30
会议室
0.3
63
0.065
15
0
门厅
0.1
64
0.084
20
0
普通办公室
0.1
64
0.084
10
20
卫生间
0.1
61
0.109
10
0
走廊
0.05
58
0.084
5
0
3.1.4通风设定
关于渗透风的设定，外层房间加入通风换气次数。
在空调开启时通风换气次数为0，空调关闭时通风换气次数为0.5。
各房间人员新风量设定参见“室内设计参数”部分。
3.1.5室内设计参数
室内设计参数包括房间空调设定温度和湿度范围、空调运行方式及人员新风量等。
同类建筑中相同功能的房间设计参数设定为一致。
各功能房间室内设计参数表3-5所示。
表3-5房间设计参数
房间类型
夏季
冬季
新风量
（m3/h·人）
温度（℃）
相对湿度（%）
温度（℃）
相对湿度（%）
电脑机房
21-25
<65
18-22
>55
20
会议室
24-26
<65
20-22
>50
30
门厅
18-28
<65
18-28
>55
20
普通办公室
24-26
<60
20-22
>50
30
卫生间
20-28
<65
20-28
>55
20
走廊
20-28
<65
20-28
>55
20
3.1.6计算模拟结果
通过对各类典型建筑进行全年逐时的建筑热环境模拟分析，计算得到永丰产业基地（新）的全年冷热负荷模拟结果，如图3-3所示。
图3-3北京永丰产业基地（新）的冷热负荷需求动态特性
3.2建筑电力负荷动态特性
电力负荷是扣除了冷机电耗的建筑办公设备、照明和空调输配能耗等其它所有电耗之和。
依据清华大学建筑节能研究中心对北京市具有代表性的学校、科研办公楼、住宅混合公建、写字楼、商场、酒店、幼儿园、体育馆等建筑的分项计量方法，得到永丰产业基地（新）的全年电负荷模拟结果（8760h），如图3-4所示。
图3-4北京永丰产业基地（新）的电力负荷需求动态特性（不包括冷机）
3.3计算结果分析
本次能源规划区域的用地性质主要包括教育科研用地、住宅混合公建用地、其它类多功能用地、配套教育用地、体育用地和规划待研究用地，各用地的负荷指标取值见表3-6。
综合整个永丰产业基地（新）用地，其平均负荷指标和设计负荷见表3-7。
平均热负荷指标为45.5W/m2，平均冷负荷指标为75.7W/m2，平均电负荷指标为18.8W/m2，则设计热负荷为92518kW，设计冷负荷为153964kW，设计电负荷为38316kW。
年冬季热需求总量为44.4万GJ，夏季冷需求总量为42.6万GJ，全年电需求总量为43.2万GJ（不包括冷机）。
其动态负荷特性见图3-5。
表3-6不同用地性质负荷指标取值
用地性质
教育科研用地
住宅混合公建用地
其它类多功能用地
配套教育用地
体育用地
规划待研究用地
热负荷指标
45
45
50
50
70
50
冷负荷指标
80
80
80
80
100
80
电负荷指标
15
22
25
15
18
25
表3-7平均负荷指标和设计负荷
项目
数值
设计热负荷（kW）
92518
设计冷负荷（kW）
153964
设计电负荷（kW）
38316
平均热负荷指标（W/m2）
45.5
平均冷负荷指标（W/m2）
75.7
平均电负荷指标（W/m2）
18.8
热负荷需求总量（万GJ）
44.4
冷负荷需求总量（万GJ）
42.6
电负荷需求总量（万GJ）
43.2
图3-5永丰产业基地（新）冷热电负荷动态特性
4.能源供应方案与配置
根据规划区域的负荷预测，选取六种能源供应方案进行比选，具体方案如下。
4.1常规模块化分散供能方案
方案一：
常规模块化分散供能方案。
冬季利用分散燃气锅炉承担热负荷，夏季利用分散电制冷机承担冷负荷，电负荷由城市电网承担，示意图如图4-1所示。
图4-1方案一示意图
模块
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