碳中和背景下燃气企业办公建筑供暖热源对比

吴媛媛, 郭蕙心, 李 晨, 邢琳琳

(1.北京市燃气集团研究院, 北京 100011; 2.北京市燃气集团有限责任公司, 北京 100035)

1 概述

节能是实现双碳目标的重要路径之一。在这一背景下,北京市在能源消耗控制方面比过去更加严格,《北京市“十四五”时期能源发展规划》提出强化能源、碳排放总量和强度双控,完善公共机构能耗限额标准,实施公共机构能耗限额管理,逐步实现民用建筑从电耗限额管理向全能耗定额管理转变。这给能耗企业节能工作带来了一定的挑战。

对于燃气企业(城市燃气企业),除加臭泵用电,过滤、计量、调压和安全设备的监控用电,部分厂站冬季防冻堵加热能耗,生产抢修的临时发电和抢修车辆用能外,大部分为燃气企业运营及服务站点(简称服务站点)办公建筑用能。主要为办公和建筑供暖制冷能耗、办公和照明能耗、炊事热水能耗等,其中供暖能耗占办公建筑能耗的60%以上,成为能耗控制的重点。

燃气企业服务站点不但分散,而且每个服务站点办公建筑面积也比较小。各服务站点建设年代各不相同,供暖热源也存在差异。市政热源覆盖地区的服务站点采用市政集中供热,未覆盖地区的供暖热源则采用燃气锅炉、直燃型溴化锂吸收式冷热水机组(简称直燃机组)、燃气机热泵机组、电驱动空气源热泵机组(简称电热泵机组)。

本文计算分析5种供暖热源的单位供暖面积能耗、碳排放。以某供暖面积1 000 m2服务站点办公建筑为例,计算5种供暖热源的综合费(为能源费与碳排放费之和)。为在相同基准上进行比较,各种供暖热源均为全天连续供暖。

2 供暖热源能耗与碳排放

按照DB11/T 1150—2019《供暖系统运行能源消耗限额》的要求,以北京地区热源单位供暖面积耗热量指标的准入值0.25 GJ/(m2·a)作为计算基准,计算市政热源、燃气锅炉、直燃机组、燃气机热泵机组、电热泵机组的单位供暖面积能耗、碳排放。

2.1 能耗

天然气低热值取36 000 kJ/m3,标准煤低位发热量取29 307.6 kJ/kg。燃气锅炉热效率取0.95,直燃机组热力系数取0.93,燃气机热泵机组制热性能系数取1.8,电热泵机组制热性能系数取3.0。由以上数据,可计算得到5种供暖热源的单位供暖面积能耗(耗热量、耗气量、耗电量),并折算为单位供暖面积标准煤耗量,见表1。由表1可知,电热泵机组能耗最小,其次是燃气机热泵机组,市政热源、燃气锅炉、直燃机组供热方式的能耗均比较高。

表1 5种供暖热源单位供暖面积能耗、单位供暖面积标准煤耗量

2.2 碳排放

二氧化碳排放量按DB11/T 1787—2020《二氧化碳核算和报告要求 其他行业》给出的方法进行计算。市政热源碳排放因子按DB11/T 1787—2020表A.2取0.11 kg/MJ,天然气碳排放因子按DB11/T 1787—2020式(4)进行计算。具体计算参数取DB11/T 1787—2020的推荐值。

天然气碳排放因子m的计算式为:

(1)

式中m——天然气碳排放因子,kg/m3

mC——天然气单位热量含碳量,kg/GJ

β——天然气碳氧化率

Hi——天然气低热值,GJ/m3

44——CO2相对分子质量

12——C相对原子质量

根据DB11/T 1787—2020表A.1,天然气的单位热量含碳量为15.3 kg/GJ,天然气碳氧化率取0.99。将已知参数代入式(1),可得到天然气碳排放因子为2.00 kg/m3。电热泵机组按照外购电力考虑,电力碳排放因子按DB11/T 1787—2020表A.2取0.604 kg/(kW·h)。由市政热源碳排放因子、天然气碳排放因子、电力碳排放因子,结合表1数据,可计算得到5种供暖热源单位供暖面积二氧化碳排放量,见表2。由表2可知,燃气机热泵机组的二氧化碳排放量最低,电热泵机组、燃气锅炉、直燃机组的二氧化碳排放量居中,市政热源的二氧化碳排放量最高。

表2 5种供暖热源单位供暖面积二氧化碳排放量

电热泵机组二氧化碳排放量高于燃气机热泵机组的主要原因为目前北京市电力系统中绿电比例比较低,电力碳排放因子比较高。碳中和背景下,当电力碳排放因子降至0.334 kg/(kW·h)时,两种供暖热源的单位供暖面积二氧化碳排放量才能基本相当。因此,在北京当前电力结构形势下燃气机热泵机组更具有减碳优势。随着北京电网绿电比例的提高,电热泵机组减碳效果将更加明显。

3 经济性分析

以某供暖面积1 000 m2服务站点办公建筑为例,对不同供暖热源的经济性进行对比分析。供暖期为11月15日至次年3月15日。

① 能源费

市政热源热价按北京非居民热计量计价方式收费,基本热价为18 元/m2,计量热价为98.90 元/GJ。供暖期燃气价格为2.88 元/m3,电价为1.05 元/(kW·h)。由此可计算得到5种供暖热源年能源费,见表3。由表3可知,燃气机热泵机组的年能源费最低,市政热源的年能源费最高。

表3 5种供暖热源年能源费

② 碳排放费

由北京市碳排放权电子交易平台公布的行情信息可知,2022年碳交易成交价波动范围为41.51～149.00 元/t,年成交均价为96.36 元/t。笔者按年成交均价计算各供暖热源的年碳排放费,见表4。由表4可知,燃气机热泵机组的年碳排放费最低,市政热源的年碳排放费最高。

表4 5种供暖热源年碳排放费

③ 综合费

综合费为能源费与碳排放费之和,由表3、4数据可计算得到5种供暖热源年综合费,见表5。由表5可知,燃气机热泵机组的年综合费最低,市政热源的年综合费最高。

表5 5种供暖热源年综合费

④ 经济性分析

由计算结果可知,在目前的碳交易价格水平下,碳排放费在综合费中占比不高,能源费仍是主导供暖热源经济性的因素。

4 结论

① 电热泵机组能耗最小,其次是燃气机热泵机组,市政热源、燃气锅炉、直燃机组供暖热源的能耗均比较高。

② 燃气机热泵机组的二氧化碳排放量最低,电热泵机组、燃气锅炉、直燃机组的二氧化碳排放量居中,市政热源的二氧化碳排放量最高。

③ 燃气机热泵机组的年综合费最低,市政热源的年综合费最高。在目前的碳交易价格水平下,碳排放费在综合费中占比不高,能源费仍是主导供暖热源经济性的因素。