Hi-Club設(shè)計大賽獲獎案例賞析 | 金獎： 伊旗圣圓能源集團(tuán)--零碳?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)園
昂揚(yáng)新力量，厚積新勢能。第六屆Hi-Club暖通空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計大賽已圓滿落下帷幕。作為“海信日立新產(chǎn)品新技術(shù)設(shè)計大賽”升級后的行業(yè)標(biāo)桿賽事，本屆大賽以專業(yè)底色凝聚創(chuàng)新動能。
賽事自啟動便點燃行業(yè)熱情，300余家設(shè)計單位踴躍參與，550余幅作品承載巧思而來。經(jīng)60余位行業(yè)專家從城市評審、大區(qū)評審、約克VRF專項評審、全國終審的層層淬煉，最終評選出評審委員會大獎1個、金獎3個、銀獎14個、銅獎37個及優(yōu)秀獎104個。獲獎成果覆蓋商業(yè)綜合體、醫(yī)療、教育等多元領(lǐng)域，盡顯暖通設(shè)計的創(chuàng)新活力。
在“雙碳”目標(biāo)推動能源結(jié)構(gòu)深刻變革的今天，工業(yè)園區(qū)作為能源消耗的重要載體，其零碳化路徑已成為行業(yè)關(guān)注的焦點。本期聚焦金獎：伊旗圣圓能源集團(tuán)——零碳?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)園，探秘全球首個氫能離網(wǎng)零碳產(chǎn)業(yè)園。該項目不僅實現(xiàn)了園區(qū)能源的完全自給與零碳運(yùn)行，更構(gòu)建了一套多元耦合的智能熱管理系統(tǒng)，為高寒地區(qū)離網(wǎng)型工業(yè)園區(qū)的能源設(shè)計與暖通系統(tǒng)集成提供了全新參考。
設(shè)計院：鄂爾多斯市新能源研究應(yīng)用有限公司
設(shè)計團(tuán)隊：胡文宇、劉旭、袁新淵、李少峰
配套暖通產(chǎn)品：海信超低溫變頻系列風(fēng)冷模塊及海信螺桿式水源高溫?zé)岜脵C(jī)組
項目概況與系統(tǒng)定位
伊旗圣圓能源集團(tuán)--零碳?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)園位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗空港物流園區(qū),占地87780.91㎡,建筑面積35241.96㎡,總投資2.5億元。項目以“零碳能源微網(wǎng)系統(tǒng)”為核心載體，整合了風(fēng)電、光伏、氫能、儲能與熱力回收等多種技術(shù)路徑，構(gòu)建起“電-熱-氫”三網(wǎng)協(xié)同的離網(wǎng)運(yùn)行架構(gòu)。
破解四大痛點
傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)在能源供給上高度依賴外部電網(wǎng)與化石燃料，尤其在離網(wǎng)場景下，能源穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性難以兼顧。伊旗圣圓項目系統(tǒng)性地解決了四大現(xiàn)實痛點：
第一，通過氫能實現(xiàn)“周天級”長時儲能，將可再生能源消納率從傳統(tǒng)模式的60%–70%提升至95%以上，徹底破解“棄風(fēng)棄光”難題。氫儲能具備跨日、跨周調(diào)節(jié)能力，彌補(bǔ)了鋰電池等短時儲能的不足，使園區(qū)在無光照、無風(fēng)條件下仍能持續(xù)供能。
第二，構(gòu)建離網(wǎng)狀態(tài)下自給自足的零碳能源體系。針對礦區(qū)、偏遠(yuǎn)工業(yè)區(qū)等無電網(wǎng)覆蓋區(qū)域，系統(tǒng)以本地風(fēng)光資源為基礎(chǔ)，通過氫能實現(xiàn)能源跨季節(jié)、跨時段調(diào)度，擺脫對柴油發(fā)電機(jī)等化石能源應(yīng)急設(shè)備的依賴。
第三，通過“就地制氫、就地用能”的一體化設(shè)計，省去傳統(tǒng)電網(wǎng)的過網(wǎng)費與容量費，將綠氫制取成本降低約40%，使氫能從“昂貴選項”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;經(jīng)濟(jì)可行選項”。
第四，創(chuàng)新性地回收利用電解水制氫與氫燃料電池發(fā)電過程中產(chǎn)生的80℃–90℃低品位余熱。在傳統(tǒng)模式下，這類工業(yè)余熱利用率普遍低于10%。本項目通過集成高溫?zé)岜玫戎悄軣崃υO(shè)備，實現(xiàn)對中高溫余熱的高效提取與梯級利用，將系統(tǒng)余熱回收效率提升至85%以上，用于園區(qū)采暖、生活熱水及工藝用熱，真正實現(xiàn)能源的物盡其用。
“氫-電-熱協(xié)同”不是加法
在被問及項目最大創(chuàng)新點時，設(shè)計團(tuán)隊明確指出：“關(guān)鍵詞是‘氫電熱協(xié)同’。這并不是簡單的技術(shù)疊加，而是以氫能為紐帶，聯(lián)動構(gòu)網(wǎng)型儲能、氫醇轉(zhuǎn)化儲能，并實現(xiàn)余熱的梯級與高效利用，最終形成‘源-網(wǎng)-荷-儲-氫-熱’六維協(xié)同的系統(tǒng)解決方案。”
該系統(tǒng)將原本相互獨立的能源子系統(tǒng)整合為有機(jī)整體：光伏與風(fēng)電作為“源”，氫能作為“儲”，熱力系統(tǒng)作為“聯(lián)”，負(fù)荷端則涵蓋電、熱、氫多元用能場景。通過智慧能源管理平臺，實現(xiàn)多能流協(xié)同調(diào)度與動態(tài)優(yōu)化，使零碳離網(wǎng)運(yùn)行從技術(shù)可行走向經(jīng)濟(jì)可行。
極寒環(huán)境下的熱力平衡挑戰(zhàn)
系統(tǒng)設(shè)計過程并非一帆風(fēng)順。團(tuán)隊面臨的最大難點，是“離網(wǎng)狀態(tài)下熱力供需的動態(tài)匹配與低損耗保障”。鄂爾多斯冬季極端氣溫可達(dá)零下30℃，制氫余熱產(chǎn)出與夜間供熱需求存在明顯時間差。此外，氫氣管網(wǎng)防凍保溫、燃料電池低溫啟動等環(huán)節(jié)均需持續(xù)穩(wěn)定的熱力支持，任何環(huán)節(jié)的熱能中斷都可能影響系統(tǒng)整體能效與安全。
為攻克這一難題，設(shè)計團(tuán)隊依托自研的零碳能源設(shè)計軟件，通過多輪激烈討論與多目標(biāo)優(yōu)化求解，最終提出“嵌套式熱泵+梯級余熱利用”技術(shù)方案。該方案將不同溫度區(qū)間的余熱進(jìn)行分類、提升與調(diào)度，實現(xiàn)熱能在時空維度上的精準(zhǔn)匹配。在應(yīng)對極低溫環(huán)境時，項目選用了海信超低溫變頻系列風(fēng)冷模塊及海信螺桿式水源高溫?zé)岜脵C(jī)組，以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐膰?yán)寒氣候及耦合協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，保障系統(tǒng)在零下30℃仍能穩(wěn)定高效運(yùn)行。海信超低溫變頻風(fēng)冷模塊機(jī)組采用噴氣增焓變頻技術(shù)，顯著增強(qiáng)極寒環(huán)境下的制熱能力與穩(wěn)定性，配合全直流變頻控制實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)與高效節(jié)能。其智能除霜系統(tǒng)可減少熱量損失，保障連續(xù)供熱。海信螺桿式水源高溫?zé)岜脵C(jī)組最高可輸出85℃熱水，寬域水溫適應(yīng)性強(qiáng)，高效回收工業(yè)余熱。二者通過智能控制系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行，形成“低溫強(qiáng)熱+高效換熱”的耦合供能模式，兼顧供熱可靠性與系統(tǒng)能效。
在系統(tǒng)調(diào)試階段，團(tuán)隊甚至駐扎現(xiàn)場，實時監(jiān)測熱力管網(wǎng)溫度與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，不斷優(yōu)化控制策略，最終在極寒條件下實現(xiàn)系統(tǒng)熱效率的突破。
用戶價值與行業(yè)意義
從用戶視角看，園區(qū)企業(yè)可獲得穩(wěn)定且低成本的綠電與綠熱。數(shù)據(jù)顯示，企業(yè)綜合用能成本降低20%–25%，熱力成本下降40%以上。同時，“電力零碳+熱力零碳”的雙重認(rèn)證，顯著增強(qiáng)了其在出口歐盟及參與國際綠色供應(yīng)鏈時的競爭力。
對地方政府與產(chǎn)業(yè)而言，該項目并非孤立工程，而是一個可復(fù)制的“零碳產(chǎn)業(yè)生態(tài)模板”。它推動區(qū)域從傳統(tǒng)的“能源外輸”模式轉(zhuǎn)向“高價值產(chǎn)業(yè)內(nèi)消”，吸引氫能裝備制造、核心零部件生產(chǎn)等綠色產(chǎn)業(yè)集聚，形成閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。此外，該系統(tǒng)也為北方嚴(yán)寒地區(qū)的清潔供熱難題提供了技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)可行的解決方案，實現(xiàn)“能源零碳+民生保障”的雙重目標(biāo)。
團(tuán)隊感悟與未來展望
團(tuán)隊通過本次大賽，推動了“氫電熱協(xié)同”方案從技術(shù)驗證走向行業(yè)認(rèn)同。項目證明，離網(wǎng)零碳園區(qū)在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上均具可行性，也使零碳熱力系統(tǒng)成為關(guān)注焦點。此外，與行業(yè)專家的交流啟發(fā)了團(tuán)隊新的研究方向，例如將碳捕集與熱力回收結(jié)合，以及深化中高溫?zé)岜脩?yīng)用，相關(guān)合作已陸續(xù)展開。主設(shè)計師指出，項目的核心在于“因地制宜”的系統(tǒng)思維。鄂爾多斯選擇“風(fēng)光氫儲熱”路徑，正是基于本地實際的整體考量。熱力作為連接電與氫的關(guān)鍵，其高效協(xié)同是實現(xiàn)離網(wǎng)零碳運(yùn)行的根本。“氫-電-熱”協(xié)同模式，有望成為未來能源系統(tǒng)變革的重要參考。
評審委員會點評
設(shè)計亮點:當(dāng)?shù)囟咀畹蜌鉁?30℃,供暖周期達(dá)六個月,原辦公樓采用燃?xì)忮仩t作為熱源,末端采用散熱器。該項目改造方案初期,通過對園區(qū)生產(chǎn)工藝的了解,發(fā)現(xiàn)存在大量工藝余熱,如算力中心余熱、生產(chǎn)工藝?yán)鋮s水等,可作為高溫?zé)岜玫囊患墴嵩词褂?。?jīng)過進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)性分析,年節(jié)省運(yùn)行費用80余萬,初投資增加回收期<2年,該方案充分利于工藝余廢熱、多能耦合及兩級熱泵技術(shù)等,有效的助力零碳園區(qū)的創(chuàng)建。
