青岛市建筑领域可再生能源发展战略研究

青岛市建筑领域可再生能源发展战略研究 西南交通大学硕士学位论文青岛市建筑领域可再生能源发展战略研究姓名:程娟申请学位级别:硕士专业:工商管理(MBA)指导教师:李海波2012-10-30第页西南交通大学硕士研究生学位论文摘 要当前,我国建筑市场在世界上占有相当大的份额,每年全国新增建筑面积高达约亿平方米,据统计,建筑能耗所占社会商品能源总消耗量的比例已达到%左右。针对目前全世界能源紧缺的局面,充分开发和利用可再生能源是一条势在必行之路,大力发展可再生能源的建筑应用也是缓解能源需求矛盾的重要途径。可再生能源主要包括自然界中可直接利用的风能、太阳能、地热能、生物质能和海洋能等。开发利用可再生能源,对加大能源供应量、保护自然环境、改善能源开发结构以及提高社会、经济效益具有重要作用,是创建资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要战略措施。本文结合工作实践,以青岛市建筑领域可再生能源发展战略选择项目为课题,以促进青岛市国民经济社会可持续发展为目的。论文详细介绍可再生能源的概念、分类及在建筑领域的应用,同时将国内外建筑领域可再生能源应用进行了对比分析。并以青岛市为研究对象,介绍了青岛市概况、建筑节能现状及建筑领域可再生能源应用现状,通过列举浅层地热中的海水源热泵空调项目、太阳能热水项目进行论证,以及对工程概况、运行原理及特点进行分析计算,进一步显示出可再生能源带来的经济效益和社会效益。论文在实地调研的基础上,查阅大量水文、地质、太阳能总辐射量等资料,对建筑领域可再生能源的发展进行外部和内部环境分析,运用分析法,剖析和归纳青岛市可再生能源建筑应用的优势、劣势、机会和威胁,以此进行战略研究,制定战略目标一节能减排,进而提出青岛市建筑领域可再生能源的发展应采用扩张性的多元化总体战略和聚焦竞争战略,即逐步推进太阳能、浅层地能、生物质能、海洋能等多元化发展和重点发展集中连片区,并就上述提出的发展战略制定具体实施与控制方案。最后对全文进行总结,做出展望。关键词:可再生能源;建筑领域;发展战略西南交通大学硕士研究生学位论文第页., %, . ., . , , , , .?,?. , . .,.,. :,., .,. . , .西南交通大学硕士研究生学位论文第 页 . :; 西南交通大学硕士研究生学位论文 第页第章绪论.研究背景及意义我国在能源方面正面临着有史以来最大规模、最为严峻的挑战。能源问题已成为中国经济飞速发展的一大瓶颈。我国的人均耕地草场资源约为世界平均水平的/,人均森林资源为/,人均淡水资源约/,人均矿产资源约/。在资源利用效率方面,我国矿产资源回收率为%,比国外先进水平低%,工业重点用水率比国外先进水平约低.%,木材综合利用率为%,比国外先进水平低约%,电力、钢铁、水泥等高耗能行业的单位产品能耗比国外先进水平约高%。【】二氧化硫的排放量居世界第一名,生态破坏严重,水土流失面广,草原退化,沙尘暴天气频发。在亚太经合组织第次领导人会议上,胡主席郑重提出:“发展低碳经济”。在年末的哥本哈根气候峰会上,为表示中国积极配合应对全球气候变化的决心,温总理向全世界做出了中国节能减排“言必信,行必果”的承诺。由此看来,能源问题是关系到国家经济和社会安全的重大问题。目前,建筑耗能己与工业耗能、交通耗能并列,成为我国能源消耗的三大“耗能大户”。尤其近几年随着我国房地产业的不断发展,使得建筑总量不断攀升,且人们对居住舒适度的要求也不断提升,势必造成建筑能耗呈急剧上升趋势。建筑的能耗重点指建造能耗、采暖空调、生活能耗等约占全社会总能耗的%,其中最主要的是采暖和空调,占建筑总能耗的?%。因此,建筑节能对于缓解中国的能源问题,促进中国经济、社会全面可持续发展具有举足轻重的作用。对于建筑节能,除了抓好新建建筑的节月匕.和既有建筑的节能改造工作之外,将可再生能源技术运用在建筑领域也是解决能源短缺问题的有效方法。倡导建筑领域使用太阳能、浅层地热等可再生能源,是建筑耗能体系中的一种新模式,它不但能作为常规能源的替代品,而且干净环保。年实施的可再生能源法为该领域的推广提供了法律依据,也是政府高度重视该领域发展的体现,同一时期可再生能源中长期发展规划也由发改委制定,提出未来年可再生能源目标:到年可再生能源在能源结构中比例争取达到%,其中太阳能发电总容量达到万千瓦,太阳能热水器总集热面积达到亿。在国家建设部和财政部制定的建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见中指出:预计到“十一五”西南交通大学硕士研究生学位论文 第页期末,太阳能、浅层地热能应用面积占新建建筑面积比例为%以上,到年,太阳能、浅层地热能应用面积占新建建筑面积比例为%以上。由此可见,推动太阳能、浅层地热能等可再生能源在建筑中应用势在必行。开发利用可再生能源,对增加能源供应,改善能源结构,保障能源安全,保护社会环境具有重要作用,是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要战略措施。积极推进可再生能源在建筑中的应用,是解决建筑用能最经济合理的选择,对满足日益增长的建筑用能需求,改善人民生活质量,提高建筑能效,推进建筑节能具有十分重要的意义。青岛作为北方城市,建筑物在夏季进行空调制冷将消耗大量能源,冬季供暖耗能更为巨大。本文立足于政府节能部门,通过实例分析、归纳总结等方法对青岛市建筑领域可再生能源利用现状进行分析,充分发挥优势,克服不足,制定切实可行的发展战略,并付诸实施,从而达到青岛市节能减排的目标。.理论综述.可再生能源概述.可再生能源概念可再生能源的定义可从多角度多领域进行各自的解释。较有代表性的为能源学科领域的解释,他们将可再生能源定义为:随着人类长期大规模的开发利用,其总体数量不会呈日益减少趋势,反而会不断得到补充并扩大范围,是相对“永恒”的一种自然能源,像日常熟知的水能、风能、地热能、太阳能、海洋能等等。可再生能源真正的官方定义源自于著名的促进新能源和可再生能源发展与利用的内罗毕行动纲领,是联合国于年在内罗毕召开的新能源和可再生能源会议通过的,如将纲领中的大幅内容进行概括总结,可再生能源可定义为:一种不同于常规化石,在开发利用过程中融入新技术与新材料加以持续利用后具有“用之不竭”的特性,在不断的恢复与补充中,几乎不产生或少量产生污染物,对环境无损害,可使生态环境得到良性发展的能源。瞳随着生产实践的不断发展,到年,欧盟部长理事会通过关于在共同体内部市场推广使用可再生能源发电的指令第二条第一项将“可再生能源”的定义进行了准确的补充与完善。高度将其概括为“可再生的非化石的能源”。并列举出许多日常生活中人们常见的能源形态,像水力发电、风力、太阳能、地热能、农业沼气排放的西南交通大学硕士研究生学位论文 第页气体以及废水净化站的气体等等几种能源形式。德国在关于节能保温和建筑节能设备技术的规定中对可再生能源的定义:可再生能源是指用于建筑物供暖、热水供应或通风,在建筑物相关空间内所获取的太阳能、环境热量、地热和生物能。总之,可再生能源的定义大同小异,上述各类定义或将其进行理论概念的高度总结,或进行实物主义的具体例证,但总体可以看出在全球范围内对其有一个较为统一的认识。我国于年月日在第十届人大常务委员会第十四次会议通过的可再生能源法也将可再生能源的范围规定为风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。.可再生能源利用分类通常把可再生能源按照其利用形式进行分类,大致包括太阳能、地热能、海洋能、生物质能、风能等。太阳能太阳能资源是一种巨大的、无尽的、非常宝贵的可再生能源。太阳内部在温度极高、压力极大的状态下,不同元素的原子核相互碰撞由氢聚变成氦,从而构成太阳的能源。太阳一刻不停地发射着巨大能量,以电磁波的形式向空间辐射,尽管只有二十二亿分之一到达地球表面,但已高达 千瓦,是地球上最多的能源。从广义的角度,太阳能不仅包括直接投射到地球表面的辐射能,还包括像生物质能、水能、风能、海浪能等同样起源于太阳辐射的间接的太阳能量,而且现在广泛使用的石油、天然气和煤炭等化石能源,也都是古代太阳能资源的产物。但是,通常意义上的太阳能利用,指的是对直接投射到地球表面的太阳辐射能的利用。哺太阳能是一种可持续利用的且无污染的能源,具备广阔的应用与开发潜力。当前太阳能的利用主要有两方面:太阳能热利用和太阳能发电。太阳能热利用是将太阳辐射热量直接供人类使用,其基本原理是利用集热器装置将太阳辐射收集起来,再通过与介质相互作用转换成热能而加以直接或间接的利用。目前,太阳能热水器是最普遍的太阳能光热利用方式之一,它是一种利用太阳光的热量加热水的装置。此外太阳能温室、太阳能塑料大棚等装置的推广应用,可以延长蔬菜等农作物的生长期,为农业生产和居民生活带来了巨大变化。通过光热转化,太西南交通大学硕士研究生学位论文 第页阳能可用来进行蓄热采暖和集热发电。太阳能发电是指通过太阳辐射能吸收系统把其转化为电能。太阳能发电领域涉及大规模太阳能发电厂;建筑物屋顶光伏发电;油田生产采用太阳能光伏;太阳能电力广告等。地热能地热能可以分为深层与浅层两种。前者是指储藏在地球较深部分的可再生能源,通常在构造板块边缘一带集中分布,是由于地球熔融岩浆以及放射性物质衰变造成的。其具备几大特点:深层地热能储量十分巨大,年均热能传递量从地球内部到地表为.;分布较为分散,开发难度大;储存于地下,不受天气状况影响;具有其它可再生能源的所有特点,例如利用不受时间限制、无害。所以人们不断研究更先进的技术希望对其进行开发。目前在全球范围内也已得到广泛应用,开发技术不断在完善。其利用形式也是多种多样,例如浴池和空间供热的低温地热资源利用;某些工业生产中热处理过程的供热应用;以及利用其干燥热蒸汽和高温水进行发电;利用中等温度水通过双流体循环发电设备发电等等。上述这些相关的开发应用技术有些已经较为成熟。另外,干燥的岩石中、地热增压资源以及岩浆资源,也可作为该能量的提取源,而对于这种方法进行的进一步研究可以提高该领域更大的应用潜力,随着相关勘探和提取技术的目趋改进,发展前景十分广阔。浅层地能是指地表浅层通常小于米土壤、湖泊、河流或者地下水当中吸收深层地热能以及太阳能内所具有的低品位热能。地表浅层其实就好比一个能够吸纳大致%的太阳能的集热器,所吸收的能量超过了人类每一年所利用的能量的五百倍。这些在地域、范围以及资源等方面无限制的热能均属于人类可利用的清洁型的可再生能源。与太阳能有所区别的是,浅层地能不会受到季节与气候等诸多方面的影响。同时,与深层地热也存在着一些差异,主要表现在不会受限于地质构造以及资源结构。地表浅层温度整年处于比较稳定的状态中,冬季要高于空气温度,而夏季要低于空气温度,属于一类较好的自然可再生冷热源。近年来,由于能源和环境问题的突显,使得人们开始认识地表浅层地能资源的利用价值,利用浅层地能的土壤源热泵系统在供暖以及空调领域日趋活跃。海洋能海洋能作为一种可再生能源主要蕴藏于海洋中,日常所见的波浪、潮汐、海水温差、海流等均可作为海洋能的来源。其优点是蕴藏丰富、分布广泛、无污染且取之不西南交通大学硕士研究生学位论文第页尽,用之不竭。缺点为密度低、地域限制明显。因此海洋能的开发局限性较大。利用海洋能主要用于发电,像潮汐发电、小型波浪发电技术已广泛投入生产中。利用海面波浪上下运动的动能进行发电是其基本原理。法国的普莱西克于年设计出利用海水波浪垂直运动压缩空气,推动风力发动机组发电的装置,产生了千瓦电力。这是人类把海洋能转变为电能的标志。目前,?千瓦的多种类型波浪发动装置已问世。生物质能生物质能是指从生物质获得的能量,也成为“生物能”。生物质既涵盖了农作物、木材、海藻等农业、林业以及水产资源,又囊括了污水处理厂剩下的污泥、造纸黑液、纸浆废物等工业有机废弃物以及厨房纸屑等普通城市垃圾等等。心现在主要利用的技术有:将锯末、木屑、稻壳、秸秆等压缩成固体燃料;通过发酵将农业废弃物、农副产品加工的有机废水、城市垃圾等有机物质转化成燃料,如沼气;用生物质能制取乙醇、生物柴油等。生物质能具有存量大、可储存、保持碳平衡的特征。.可再生能源在建筑领域中的应用可再生能源在建筑领域的应用包括太阳能、浅层地能、生物质能以及风力发电等。其中主要为太阳能和浅层地热能的建筑应用。太阳能太阳能的计量是通过将太阳光照射到地面的辐射量进行汇集,汇集的总量即为太阳能。太阳能可以三种形式进行转换,分别是光热转换、光化转换以及光电转换。建筑中采用太阳能有两种形式,“主动”与“被动”。主动式太阳房的主要特征,将太阳能转化为建筑所需的能源,像太阳能集热器就是其中一种。其中供暖供热、空调的制冷和太阳能与建筑一体的光伏发电三种系统作为建筑中的主要形式。被动式太阳房主要特点,无需任何附加设施及消耗,仅通过设计与改变布局,例如建筑走向、内外部组合及利用周边,再科学选择施工材料,使建筑在不同季节满足居住者不同程度的降温或采暖需求。浅层地热能浅层地热能属于低温热资源,蕴藏于浅层岩土体及地下水中。该种能源在建筑中也作为主要使用对象。而使用过程中利用该能量最多见的形式就是土壤源空调系统,通过热泵技术将地下能量与室内空气能量互相转换,使建筑物能够采热与制冷。地埋管换热系统、地表水换热系统、地下水换热系统是地源热泵空调系统浅层地热能的三西南交通大学硕士研究生学位论文 第页种换热方式。这些热源利用方式对应的热泵名称分别是土壤源热泵、地表水源热泵、地下水源热泵,其中地表水源热泵系统可分为污水源热泵系统、海水源热泵系统以及河湖水源热泵系统。而当地的水质地质情况和有效土地面积决定选择何种地源换热方式。.国内外建筑领域可再生能源的利用.国外建筑领域可再生能源的利用可再生能源越来越受到世界各国政府的重视,并逐步运用于各个领域,这些领域中广泛受关注的是太阳能技术与地热能技术,尤其在建筑行业中体现较为突出。太阳能与地热能在建筑领域中的发展现状建筑节能领域运用较为广泛的是太阳能技术,是主要发展趋势之一,例如常见的太阳能热水系统以及太阳能热水器;当今房地产发展中太阳能与建筑物一体化已初现端倪,并会成为主要趋势,绿色生态住宅将成为主流。美国、欧洲一些国家正将太阳能热水器、太阳能空调、太阳能电池与建筑一体化的太阳能建筑广泛应用于实际,并受到大众的好评。而荷兰与德国的太阳能利用已成为商业化程度最高、覆盖面最广的可再生能源之一。像以色列、希腊这些能源相对短缺的国家,家庭使用太阳能普及率也已达到%。美国的太阳能建筑发展尤其迅速,无论是在该领域中的研究、设计优化,还是所用材料、各部件结构的产品生产应用均达到世界一流水平,真正做到了把太阳能建筑产业化体系高度运用到商业运作的房地产开发中去。建筑节能领域最具竞争力的是目前应用广泛的地热供暖、制冷技术,据统计地热能应用于多个国家。建筑热源和生活方面的地热利用率达%。在美国、新西兰,许多城市都用地热采暖,而爱尔兰地热设施几乎遍布全国。还有很多国家利用地热给温室加温。地源热泵技术已广受关注,已涉及多个国家。据统计,美国截至年安装地源热泵总数近万台;加拿大也每年以%的发展速率递增。其它国家地源热泵在家用供热装置中所占比例分别为:瑞士%,奥地利%,丹麦%。此外,地源热泵空调还可调节建筑物室内外空气交换与温度,做到冬暖夏?,名副其实的节能环保。?国外可再生能源利用的相关政策措施举例日本,年以前曾是世界太阳能电池第一大国。自年启动了“新阳光计划”,同时颁布可行的净电计量法,要求电力部门以商品价格购买多余的光伏电量,并实行西南交通大学硕士研究生学位论文 第页补贴政策。日本居民光伏屋顶系统的数量近年平均增长率为.%。日本政府在年月表示,将在年对夏普、京瓷、三洋电器等公司推行补贴和税收优惠政策,以鼓励家庭采用太阳能发电系统。美国于年宣布“克林顿总统百万屋顶光伏计划”启动,于年年底完成,计划与个单位合作,推广.万个太阳能屋顶,累计安装容量为。德国是太阳产业发展迅速的国家,在年超越日本,成为太阳能电池第一大国。年实施的“绿色计划”一“万家屋顶光伏发电计划”已在年顶禾完成。年可再生能源法以及年“气候一揽子计划”有效的推进德国太阳能光伏的发展。此外,德国于年建成第一个地热发电站,政府对有关地热发电站项目进行资助,如德国政府每年对北威州%的项目资助发展热泵技术。除了立法,各级地方政府都制定了相关措施。一是联邦政府促进可再生能源的研发,重点是太阳能和风能。年德国政府批准了个研究项目,主要针对可再生能源研发,如:太阳能、风能、地热能等领域,总计金额万欧元。二是为推进可再生能源法,制定了一系列市场激励措施以促进可再生能源在建筑节能中的利用。.国内建筑领域可再生能源的利用甘肃自然能源研究所所长喜文华说过一句话:“得阳光者得发展,得阳光者得未来”。在三十多年的研究基础上,喜文华提出了“太阳能南墙采暖降温计划”,此计划实质上是提出建筑和光热、光伏应用技术相结合,但是主要部分是光热,光伏为辅助部分。核心是各种太阳能集热器件的应用,如集热墙、空气集热器以及附加阳光间等,它的安装位置既能够是南墙,又能够在别的墙面或屋顶推广运用,从而将最好的降温和采暖效用充分地发挥出来。用十分通俗化的语言来概括,“南墙计划”其实就是建造冬暖夏?,节能环保的太阳房。按照技术含量的不同分为被动式太阳房、主被动结合式太阳房和主动式太阳房。年,中国科学院广州能源研究所开展了热泵在我国应用与发展问题的研究,是我国的地源热泵发展至可行性研究的阶段。十年后,重庆建筑大学构建了一批实验装置,包括水平埋管换热器与浅埋竖管换热器;同年,湖南大学将水平埋管地源热泵实验装置建成;而青岛建工学院则把聚乙烯垂直地源热泵装置构建成功。这些是我国地源热泵的实验阶段。与此同时,中国建筑学会暖通空调委员会、中国制冷学会主办的各届“全国暖通空调制冷学术年会”上都专门增设“热泵专题”交流,这些加快了地源热泵项目的使用进程。年月,中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院院长徐伟在接受记者专访时表示,土壤源热泵是目前我国西南交通大学硕士研究生学位论文第页使用的最广泛的地源热泵形式,此外地源热泵还包括地下水及地表水热泵,其中地表水热泵主要包括海水源和污水源热泵。从现实运用的成熟度与普及率来看,土壤源热泵效用较为突出。因考虑到可能会与水资源保护相冲突或技术条件还未达到等因素,地下水、地表水热泵的推广还远未普及。可以看出即使热泵技术的应用范围很宽,但也应该遵循因地制宜原则,不能不顾具体条件,只考虑节能因素而上项目。国内建筑领域可再生能源的应用主要体现在太阳能与浅层地热方面,而浅层地热的使用主要是指地源热泵空调系统的运用。建筑中太阳能的应用我国国土面积所受太阳照射每年能接收的太阳能非常巨大,几乎相当于燃烧亿吨标煤的热量。二十多年来,我国在建筑行业中利用太阳能已取得长足发展,而如同空调制冷、采暖技术、电力设施和建筑周围结构、建材综合使用等与其相关的技术也己取得较大的提高。心伽我国是世界上太阳能集热器最大的生产和使用国,太阳能热能发展已形成较完整的产业体系。年,全国太阳能热水器累计使用已达万,占世界总量%,生产太阳能热水器的企业达多家,使社会增加就业机会多万,总产值超过亿元人民币。目前,北京、上海、山东、江苏、深圳、云南、海南等城市已强制推行太阳能热水系统,主要包括新建层以下居住建筑以及大型公共建筑。预计到年太阳能热水器总集热面积将达到亿,可替代与节省大量煤炭的使用量。届时年减排碳量约为万吨。晗朝世纪年代,我国的光伏发电技术和产业快速发展。太阳能电池的使用以每年%的速度增长,在多个领域应用到光伏发电技术,例如通信、交通、气象以及农村偏远地区发电等。我国太阳能与建筑结合的应用研究始于年甘肃省民勤县建造的第一栋土坯太阳房。到目前为止,全国已推广普及太阳能建筑近两千万平方米,这些太阳能建筑包括办公楼、宾馆、农村住宅、商店等,并且大部分均在相对缺乏常规能源、落后经济的农村地区分布,而在经济较发达、人口众多的大中城市却应用较少。在我国,太阳能与建筑一体化中的被动式太阳房、太阳能热水器等一批产品和技术得到了较大的发展。从“六五”到“十一五”每一次国家科技攻关计划,都列入了太阳能建筑相关项目,其科研项目的主要攻关对象,囊括了太阳能与建筑一体化的各个层面,主要有材料、构件的开发和示范房屋及工程建设,还包括基础理论研究、模拟试验、热工参数分析、设计优化等。西南交通大学硕士研究生学位论文 第页建筑中浅层地热能的应用我国先后出台了扶持浅层地热资源开发利用与促进地源热泵技术应用的相关政策和法规。加大了对节能减排、经济环保的可再生能源的支持力度,促进了节能减排的快速发展,从年首个地源热泵项目诞生以来,到年全国地源热泵的空调面积达万。在这十几年间,每年以约%的速度增长,地源热泵的市场前景广阔。我国目前有许多企业致力于地源热泵的研发和生产,较为出色的应以美意、希望深蓝、清华同方为代表,在年上半年销售量均己突破.亿元,而突破万的也有贝莱特、麦克维尔;值得注意的是,即使二线品牌近年也具有较大市场占有量,销量已超过万元;三线品牌市场份额较小,但个别销量也较为可观。晗我国热泵系统中有%采用了地源热泵配置冷却塔的模式。业内在利用热泵的同时不断的寻求能源互补,如蓄水技术、太阳能利用以及城市其他能源联供方式以达到对节约成本,保护能源及安全供应等方面的深层次的研究与实践。.研究内容本文在国内外可再生能源建筑应用对比的基础上,介绍了青岛市建筑领域可再生能源发展现状及工程实例,显示出可再生能源带来的经济效益和社会效益。通过对建筑领域可再生能源的发展进行外部和内部环境分析,运用分析法,剖析和归纳青岛市可再生能源建筑应用的优势、劣势、机会和威胁,以此进行战略研究,制定战略目标及发展战略。最后对全文进行总结,做出展望。本论文具体结构如下:第一章绪论。简要介绍我国建筑能耗占能源总消耗量的比重较大,同时能源使用在逐步枯竭,可再生能源在建筑中开发利用迫在眉睫,从而引出本文的研究背景及意义。此外介绍可再生能源的概念、分类及在建筑领域的应用,并将国内外建筑领域可再生能源应用进行对比分析。第二章青岛市建筑领域可再生能源发展现状。本章介绍了青岛市太阳能、浅层地能及其他可再生能源在建筑领域的应用概况,分别列举了浅层地热中的海水源热泵空调项目以及太阳能热水项目,通过对工程概况、运行原理及特点分析计算,显示可再生能源带来的经济效益和社会效益。第三章青岛市建筑领域可再生能源发展战略环境分析。对青岛市建筑领域可再生能源的发展进行外部环境和内部环境分析。其中,运用分析法对外部环境进行分析;通过对组织构成、资源和能力方面对内部环境进行分析。西南交通大学硕士研究生学位论文 第 页第四章青岛市建筑领域可再生能源发展战略选择与确定。通过对上一章外部和内部环境因素进行剖析,?归纳环境中的优势、劣势、机会、威胁,并进行要素匹配,形成矩阵。以此矩阵为基础,制定战略目标及发展战略。第五章针对上章提出的发展战略制定具体实施与控制方案。最后,对本文的研究做出总结与展望。第 页西南交通大学硕士研究生学位论文第章青岛市建筑领域可再生能源发展现状.青岛市城市概况.青岛市基本情况.地理位置与人口青岛市位于山东半岛南端北纬。,东经。、黄海之滨,东南濒临黄海,东北与烟台市毗邻,西与潍坊市相连,西南与日照市接壤。被列为全国计划单列城市。同时青岛市还是全国个大中城市之一。年第六次全国人口普查全市常住人口.万人,其中市南、市北、李沧、四方、崂山、黄岛、城阳七区为平方公里,人口.万;胶南、莱西、即墨、胶州、平度五市县级为平方公里,人口.万。.地形青岛市主城区三面环海,地势东高西低,南北高、中部低,多丘陵。全市海岸线含所属海岛岸线总长为千米,其中大陆岸线千米,占山东省岸线的/。平原约占总面积的.%,丘陵占.%,洼地占.%,山地占.%。.建筑节能现状青岛市在全省率先出台了建筑节能政府规章一青岛市新型墙体材料应用与建筑节能管理办法,地方性节能法规一青岛市民用建筑节能条例,为建筑节能工作的展开提供了更为详尽的法律依据。在新建建筑节能方面,在项目立项前的用能评估、规划审查、施工图审查、施工工程监管、节能工程验收、销售现场节能公示等环节,做到全程监管,确保所有新竣工建筑达到节能标准。在此基础上,开发了“青岛市建筑节能工程监督网上办公系统”,对新建建筑的节能工程进行全过程监管。“十一五”以来,全市累计完成节能建筑万平方米,新建节能建筑全部达到节能标准。青岛市在山东省率先执行%节能标准,全市民用建筑规模目前已每年约平方米的速度增加,这部分新建建筑全部按现行%节能标准建造的话,每年可节约标准煤 万吨。西南交通大学硕士研究生学位论文 第 页.青岛市建筑领域可再生能源应用现状自年以来,根据财政部和住建部统一部署,青岛市积极组织开展可再生能源建筑科技应用推广工作,截至年,共有个项目被列为国家示范项目工程,累计己开工可再生能源建筑应用面积达万平方米,完成万平方米。其中港中旅海泉湾项目,是国内最大的海水源热泵建筑应用项目;昌盛日电光伏农业科技大棚已开工建设,项目占地面积万亩,建成后太阳能光伏发电总装机容量达到兆,将是国内最大的光伏太阳能综合创新利用项目。此外麦岛改造区污水/海水热泵空调系统工程、卓越蔚蓝群岛土壤源热泵工程、千禧龙花园海水源热泵工程、国际帆船中心、财宝山庄、银盛泰国际商务港和城阳经贸中心等项目已投入使用,这些示范项目包括太阳能光热、光电建筑一体化、海水源热泵、污水源热泵、土壤源热泵等多种类型,取得了良好的示范效应。青岛市截至年已经累计获得国家能源资金补贴约.亿元,争取国家示范项目数量及资金均居国内同类城市首位。通过该项资金的引导,青岛市在可再生能源吨、二氧化硫.万吨、氮氧化物.万吨。年,国家将青岛市列为可再生能源示范市,将即墨列为示范县。年,将胶州列为国家可再生能源示范县,将青岛经济技术开发区智慧生态城列为可再生能源集中连片开发示范区。青岛市年月被列为可再生能源应用示范城市,按照住建部和财政部的要求,需完成万平方米的可再生能源示范。目前青岛市分三期已落实可再生能源项目个,包括太阳能光热、光电建筑一体化、海水源热泵、污水源热泵、土壤源热泵、地下水源热泵项目。其中已开工在建项目个,应用面积.万平方米,占任务比例.%;已竣工项目个,应用面积.万平方米,占任务比例.%;未开工项目个,应用面积.万平方米,占任务比例.%。项目总折合应用面积.万平方米,占任务比例.%,将超额完成任务。.可再生能源建筑利用项目实例分析青岛市可再生能源利用项目比较多,而且有些项目已经运行数年,以下实例通过海水源热泵项目和太阳能项目分析可再生能源带来的经济效益和社会效益。西南交通大学硕士研究生学位论文 第 页.海水源热泵项目实例.项目概况青岛某海水源热泵项目,建筑面积为万平米,包括高层住宅和商用建筑。末端采用风机盘管。空调夏季冷负荷为.,冬季热负荷为.,经过深圳建筑科学研究院对整个系统运行测评夏季系统能效比.,冬季系统能效比.。利用海水源热泵系统冬季采暖、夏季供冷。该项目已经建成,空调系统已经运转。.工作原理及特点海水源热泵总体来说是通过热泵原理将浅层海水水面以下一米源能量最终与“空气”进行热交换而实现其工作目标,在高位同时设置机组进行一部分电能输入,两者结合补充,最终使低位热能向高位热能转移。海水在一定深度温度十分稳定,是一种“长效能源”,海水源热泵将该能源作为提取与储存的根源,同时会通过压缩机消耗一定电量。冬季海水温度相对地表要高,所以是“取能”过程,可进行供热;而夏季,海水温度相对地表要低,所以是“释能”过程,可进行制冷及调温。所以该系统对自然资源合理有效利用的优势得以凸显。另外,系统虽取之于海水,但不消耗水源,也没有生成污染;再者其热效率较高,据估算一千瓦电能的消耗,可等同于千瓦至千瓦电能所达到的采暖制冷效果,极大的领先于传统的能源利用方式。但是,与目前国内大量的地下水源技术相比,海水源热泵技术的区别点是需重点关注海水的输配、处理及海水的腐蚀问题。国内利用海水冷却及海水淡化等工程取水过程中,都对海水的腐蚀及藻类的影响进行了有效地控制。.经济效益分析项目投资分析该海水源项目总投资分析如下表?西南交通大学硕士研究生学位论文 第 页表?项目投资分析增量成本概算该海水源热泵项目同常规采暖供冷形式即常规集中采暖电制冷系统相比,投资增量成本如表?。该项目利用海水源热泵系统建筑面积为万平米,则海水源热泵系统单位面积增量成本为元/平米。表项目投资增量分析第页西南交通大学硕士研究生学位论文运行费用计算运行费用只能按照理论土主机设备%运行计算,计算公式见式?/式中一运行费用,元;一冷热负荷,;一系统能效比;一同时使用系统;一使用天数;丁一每天不同时段使用小时数;厂一电费,元/,按元/计算;、青岛采暖运行天数为天,平均每天小时;空调理论计算运行时间为天,平均每天运行小时;冬夏季同时使用系数取.。、夏季采用传统制冷空调系统能效系数按照.计算,运行时间和天数同海水源热泵系统,冬季建筑面积.元/平米收费。每年节约的运行费用计算按照式?式中一每年节约运行费用,元;乃一冬季集中采暖费用,元;一夏季电制冷空调运行费用,元;一海水源热泵全年运行费用,元;按照以上公式一计算海水原热泵系统每年运行费用为、夏季运行费用.万元、冬季运行费用.万元、全年运行费用为:鼻:.万元西南交通大学硕士研究生学位论文 第 页传统形式全年运行费用.、夏季运行费用.:.万元、冬季运行费用乃建筑面积单位面积采暖费.万元按照以上公式计算每年节约的运行费用?:.:.万元投资静态回收期静态投资回收期计算公式如下式?/式中,一静态投资回收期,年;一增量成本,元;,一每年节约运行费用,元;其中为万元,为.万元,通过计算静态回收期为.年。详细分析如下表?表?各项比较分析.环境效益分析节能量计算是通过对海水源热泵系统供热制冷与常规方式相互比较来计算。冬季采暖同燃煤锅炉集中供热形式比较,空调系统运行常规能源量计算如下式?/咒式中一冷热负荷,西南交通大学硕士研究生学位论文第 页一系统能效比;,一同时使用系统;一使用天数;丁一每天不同时段使用小时数;一每千瓦时耗电量折合标煤量,按./计算;集中采暖常规能源量计算如下式?聆/卵/ 一热负荷,;,一同时使用系统;一使用天数;丁一每天不同时段使用小时数;叼一锅炉综合效率系数取.;尺一标准煤每千克热值为;海水源热泵夏季标煤折算量,.:.吨海水源热泵冬季标煤折算量.:.吨传统空调夏季标煤折算量,.吨集中采暖标煤折算量././.吨海水源热泵系统和传统电制冷以及集中供热相比每年节约常规能源量标煤量为? ?:.吨。其中每吨标煤的减排指标按照表计算表?标煤节能减排指标吨/吨每吨标煤减排量.粉尘颗粒物 .通过计算该项目全年常规能源替代量为.吨标准煤,每年的节能减排量如第西南交通大学硕士研究生学位论文 页下表?所示表?海水源热泵系统每年节能减排量该项目采用海水源热泵,运行后不仅不会对周围环境造成损害,反而会对青岛地区环境污染做出很大减排贡献,具有极大的环境效益。.太阳能项目实例.项目概况该项目为青岛市某住宅小区,总共户,采用海尔太阳能热水系统供水。每户平均人,每天用热水量,水温平均为升至,温升为。.工作原理及特点太阳能热水系统是利用温室原理,将太阳辐射所产生的热量,传递给冷水进行循环,从而获得热水的系统。太阳能热水系统通常包括集热器、控制系统、支架、循环管道、蓄热水箱及相关附件,必要时也会增加辅助热供应设备。.经济效益分析每户每年可吸收太阳能计算公式见?%一研式中一直接系统集热器总面积,;一太阳能年总辐照量,/;%一集热器的年平均集热效率;一系统热损失率;每户加热热水年需求总能量计算公式见?式中一年需求总热量,一水的定热容,/。;一日供水量,;第 页西南交通大学硕士研究生学位论文一年平均温差,取;根据国家气象局公布的数据,青岛市太阳能年总太阳能辐照./,现在取全年集热效率为.,系统热损耗为.,每户用水,利用公式?,?计算。其中. ;.彬俺。例;计算得:每户加热热水年需求总能量:;每户每年可吸收太阳能:;可以看出,也就是说每年每户热水可以由太阳能提供热量,不足部分由电辅助加热提供。青岛市民用电.元/度,度电相当于,海尔太阳能热水器与海尔电热水器各项比较如表所示表太阳能热水器与电热水器对比.社会效益分析根据国家发改委提供的数据,每耗电所用标煤量为.。按照表?指标,对整个项目户,全年节电相当于.吨标准煤,每年节约减排量如下表?所示表?太阳能热水每年节能减排量西南交通大学硕士研究生学位论文 第页第章青岛市建筑领域可再生能源发展战略环境分析战略环境包括外部环境和内部环境两个部分,是制定和实施战略的基础。以下将分析影响青岛市可再生能源发展的外部环境和内部环境因素。.外部环境分析青岛市建筑领域可再生能源发展的外部环境包括政治、经济、社会、技术因素,利用方法进行分析。.政治环境我国于年实施中华人民共和国可再生能源法,年实施中华人民共和国节约能源法,同年国务院颁布了民用建筑节能条例、公共机构节能条例。以上“两法两条例”构建了建筑领域建筑节能的法律框架,对建筑节能发展起到约束和规范作用。其中民用建筑节能条例第二十条规定:“建设可再生能源利用设施,应当与建筑主体工程同步设计、同步施工、同步验收”,瞳力口大了推广可再生能源建筑应用的力度。国际环境和国家政策方面大力支持和推广可再生能源利用,给青岛市可再生能源在建筑行业内的利用提供了很好的机会。财政部、住建部联合发布关于进一步推进可再生能源建筑应用的通知,决定在未来五年进一步加强建筑中对可再生能源的推广力度,各地需配套出台强制措施实施。到年,建筑领域可再生能源耗能将占建筑耗能%以上,财政部将加大建筑领域可再生能源应用的资金支持。瞳踟虽然国家颁布的可再生能源的相关法律法规促进了可再生能源的发展,但随着国十条、国八条等一系列的房地产调控政策出台,各地出台限购令,在建房产项目销售受到剧烈冲击,成交量持续低迷,资金回笼不足,这使房地产企业紧缩开发规模,一些待建项目或是取消开发或是延迟开发时间。以青岛市四区新建建筑为例,年市内市南区、市北区、四方区、李沧区新建项目开工面积约万平方米,年市内四区新建项目开工面积约为万平方米。可再生能源在建筑领域的发展主要靠行业内不断增加的开发量,因此房地产调控在短期内会影响可再生能源的推广。.经济环境西南交通大学硕士研究生学位论文 第页可再生能源作为新能源,发展前景广阔。年月日,国务院以国函年号文件批复山东半岛蓝色经济区发展规划,明确了战略定位:建成海洋经济发达、产业结构优化、人与自然和谐的蓝色经济区,率先基本实现现代化。陋鲫继山东半岛蓝色经济区发展规划后,青岛市蓝色硅谷发展规划相继出台。其中在科技创新的四大领域之一的海洋可再生能源与环保领域,将重点建设海洋能综合利用示范基地、海水源热泵应用示范区、海洋循环经济示范基地,并明确了一系列保障机构。备受关注的世界园艺博览会将于年在青岛市百里山森林公园举行,其办会主旨思想是:通过举办年世园会,全面传播人与自然和谐共处的理念,倡导生态、自然与园艺生活理念,让绿色成为生命的底色,让园艺成为人类生态创意的载体,全面践行科学发展观,加快资源节约型和环境友好型社会建设。整个建园以“生态、环保、低碳、可持续”为主题贯穿于园区规划设计、基础设施和展馆建设、运营管理和后续利用的各方面,全过程。充分体现“低碳式发展”新理念,全面实践循环使用,能源管理合同制等先进的形式;加大太阳能、生物质能、风能等清洁能源和再生能源的使用力度;充分运用新型保温墙体、中空玻璃、光导管采光系统、污水回收再利用和供水系统、真空垃圾收集系统以及地源、空气源、水源热泵等新材料、新技术、新工艺,使世园会园区成为“零低碳”实践的范例。借“打造蓝色经济区、承办园艺博览会”的东风,围绕“率先科学发展,实现蓝色跨越”的战略思想,一批上水平的可再生能源示范项目不断显示出勃勃生机,将辐射带动蓝色经济又好又快发展。.社会环境随着政府引导、市场推动和媒体宣传,全社会更是从战略和全局的高度认识发展可再生能源的重要性,全面了解开发和利用可再生能源具有重大的现实意义:从能源安全角度,发展可再生能源可以解决能源短缺的问题;从环境保护角度,开发利用可再生能源可以改善我国日益恶化的生态环境;加快开发利用可再生能源是落实科学发展观,建设资源节约型社会的基本要求;发展可再生能源,可以形成新的经济增长点,对调整产业结构,促进经济增长方式转变,扩大就业,推进经济和社会的可持续发展意义重大。.技术环境西南交通大学硕士研究生学位论文 第页可再生能源技术是发展建筑领域可再生能源应用的催化剂。目前,太阳能和地源热泵技术在国内的发展已经基本成熟,通过十几年的推广应用,已经形成一定的规模。太阳能己运用于太阳能热水、太阳能供暖、供冷、太阳能建筑一体化光伏发电等领域;地源热泵也应用于土壤源、地下水、地上水热泵空调系统。但生物质能、海洋能、风能等可再生能源建筑技术应用落后于美国等国家。此外,我国可再生能源建筑技术节能工作起步较晚,标准化工作略显滞后,节能技术缺乏人性化设计。.内部环境分析.组织构成分析青岛市建筑领域可再生源的发展主要涉及到政府、科研机构、供应商、开发商、施工方、检测机构等单位及业主。政府负责规划指导、完善标准体系、发展配套企业、推动技术应用、拨付奖励资金等;科研机构负责研发可再生能源技术和产品;供应商负责生产和销售产品;施工方负责安装可再生能源产品;开发商负责购买和使用可再生能源产品;检测机构负责能效测评。每一个环节紧密相连,直接影响可再生能源建筑应用的发展。.资源分析启然资源太阳能资源青岛年平均日照时数为.小时,全年有个月在小时以上,年平均日照百分率为%。青岛年太阳辐照总量为 /,平均日总辐照量.?./,相当于标准煤燃烧所发出的热量。可以看出,青岛属于太阳能资源较丰富的地区,具有利用太阳能的良好条件。青岛各月的日照时数如表?所示。表?青岛全年各月份目照小时数根据青岛市的太阳能资源条件,青岛适宜大规模推广太阳能供应生活热水和采暖。浅层地能资源西南交通大学硕士研究生学位论文 第页海水资源青岛市地处黄海之滨,三面环海,海岸线总长度为公里,海湾处,拥有近海海域.万平方公里,拥有取之不尽、用之不竭的海水资源。海滨以沙滩和花岗岩为主,海水清澈透明,水质优良。青岛“三岛一湾,一线展开”的城市布局,呈现出沿海岸线“组团”发展的大城市框架,产业布局沿海岸线展开,沿海建筑、企业、热电厂等工厂较多,具备建设海水源热泵的条件,便于海水源热泵的大规模应用,为海水源热泵应用与发展提供了广阔的发展空间,具备在我国率先发展应用海水源热泵的优势条件。图 年、月海水温度变化曲线图 年、月海水温度变化曲线西南交通大学硕士研究生学位论文 第页图?年、月海水温度变化曲线图?、?、?是根据国家海洋局青岛海洋预报站对小麦岛表层观测给出的数据绘制而成的,分别表示青岛小麦岛各月每天海水温度变化曲线,为了分析方便,图中同时绘出相应时间的大气温度变化曲线。从图、中可以看出,月份室外大气温度最低,而月份海水温度基本在左右平均温度.,月份大气的温度逐渐上升,海水的温度最低,海水的温度基本在.左右平均温度为.,月海水的温度基本都在。以上,月海水的温度基本都在。以上,年室外空气的最低温度出现在月日左右,最低温度为一.,海水的最低温度出现在年月日左右,最低温度为.,这说明海水的温度变化比室外空气温度推迟?天左右,这主要是因为海洋水容量和比热较大所致,青岛海域无冰冻现象。因此,采用海水做热泵的低位热源是非常有利的。土壤资源以青岛基础地质、水文地质状况为基础,结合浅层地热能开发利用关键指标和因素,对青岛市区进行浅层地热能开发利用适宜性分区,具体分区如表?。可见,青岛地区地质以花岗岩、变质岩为主,储水性能差,受其影响,土壤钻孔造价较贵,但传热性能较好。青岛市地质开发局结合青岛市地质条件,对青岛市浅层地热能资源和其环境效益进行了评估,求得岩土体中的热储存量。为.,岩土体所含水中的热储存量,为.,青岛市区浅层地热能储存总量为.。如果按照使用率%来计算,替代的矿物燃料相当于.万吨标准煤,将使青岛市减少二氧化碳排放量共计.万吨,减少二氧化硫排放量共计.万吨。西南交通大学硕士研究生学位论文第页表?浅层地热能开发利用适宜性分区简述该区主要分布于城阳区的仙家寨、流亭、惜福镇等地,以及龙泉河、上部松散岩大沽河下游,其它地方零星分布,该区的特点是区内有白沙河、城类一下部火山阳河、大沽河、龙泉河等河流,处于地下水资源丰富区;采用单井岩、碎屑岩类抽灌式取热较为理想,但是应注意地下水保护,防止水质污染和其分布区它地质灾害。火山岩主要分布于红岛、河套、大沽河下游、黄岛部分地区等,其它地方分布区 零星分布,可以采用地埋管式或单井抽灌式取热。大理岩、片岩主要分布于红石崖附近的山曹家、张戈庄等地,其它地方零星分布,等变质岩可以采用地埋管式与单井抽灌式互为补充的取热方式。分布区污水资源青岛市目前共有座污水处理厂,实际处理能力为.万/天。夏季平均出水温度在?左右,冬季在一左右。其分布图及信息如图.,表.所示。根据青岛市污水处理厂的建设规划,市南区、市北区、四方区、李沧区、崂山区、城阳区和黄岛区的污水厂处理污水的能力将达到万吨/日。在将污水中的热量进行最大利用的前提下,根据青岛市污水处理后温度及冬季室外平均温度和现有热泵机组供热能力平均水平计算,可以为万的建筑解决制冷供暖问题。西南交通大学硕士研究生学位论文 第页图?青岛市污水处理厂布局示意图西南交通大学硕士研究生学位论文 第页表青岛市城市污水处理厂现状