作为第29届北京奥运会配套工程，北京南站这座北京新地标性建筑在新能源的利用方面树立了一个新的里程碑。为了解其中新能源利用的详细情况，本报记者在北京南站设计负责人王睦高级工程师的带领下，走进北京南站……
总体能耗减少近70%
北京南站“亚洲第一站”这顶光环背后，是庞大的建筑规模必然带来的巨大能源消耗。如何能够将“节能减排”这四个字落在庞杂的总体设计中，是设计团队需要攻克的巨大难题。
王睦介绍说：按照常规的能源使用系统设计，按照北京南站落成后的总体建筑设计规模，每年用电量根据预测最低将达到2600万度。而采用冷热电三联供等节能设计和太阳能等新能源的利用后，北京南站的总耗能与常规系统相比全年节能率达21%。北京南站客运站房设计中，站房的内部以高大空间为主，因此暖通空调系统的能耗极大，约占总用电负荷的60％左右。而暖通空调系统主要包括冷热源、输送系统和末端设备等，其中冷热源又占系统能耗的50%左右，因此我们认为暖通空调系统中的冷热源部分是挖掘节能潜力的重要环节。考虑到近年国内外都不断出现季节性电荒的现象，除了用电量绝对值的不断攀升，电网的峰谷影响也日益严重，要让大电网完全满足峰值用电要求是不可能也是不合理的。经过多种因素及方案的长时间比较、改进和演化，最终北京南站冷热源方案确定为“冷热电三联供+污水源热泵系统”。这种供电方式能够非常便利地规避季节性用电高峰期的电荒现象。
在冷热电相关技术设备设计方案确定后，内燃发电机的余热利用方式被确定为三联供系统设计的关键。内燃发电机的余热主要有两部分，烟气余热和缸套水余热。经过详细综合比较后，确定采用直联烟气型溴化锂吸收式机组的余热利用方式。同时更为周密地考虑到，经烟气余热设备利用后排出的烟气温度仍然在150~170℃左右，损失约10%的能量；而利用烟气型溴化锂吸收式机组在冬季作热泵运行后，提取烟气中的显热和潜热，能源利用率提高约7%左右。
王睦说，在经过多次模拟计算及分析，并调查了北京西站、上海南站实际用电量情况，对模拟计算进行修正，考虑到并网点的数量和难易程度，最终确定在北京南站三联供系统中采用1600kW的内燃发电机2台，冷量为1622kW，热量为2221kW烟气热水型溴冷机2台的设备配置方案。由于在北京南站西侧恰好有一座市政的污水泵站，利用污水源也成为节能设计考虑的手段之一。根据站房的冷热量需求确定补充污水源热泵系统的配置为2台1050冷吨的离心式热泵机组，及2台250冷吨的螺杆式热泵机组。 同时，为保障发电系统的平稳运行以及更充分地利用自发电等重要因素，设计组认为与市政电网并网是保障三联供系统合理运行的必须前提。于是决定将发电机所发电升压接到10kV变电所供站房和能源站所有用电设备使用。这样，在用电最低负荷附近，基本只用自发电；当自发电不足时，由并网的市政电网自动补充。也就是冷热基础负荷时，使用三联供系统提供；而用电量高于基础负荷时，三联供加污水源热泵系统；在出现极特殊情况时，补燃运行。
采用污水源热泵系统，取消冷却塔可减少冷却塔的飘水和蒸发补水量，每年节省用水量约7万吨。北京南站能源站三联供系统节能约420万kWh。节能量折合标煤约为1600吨标准煤/年、减排CO2约4000吨/年、减排SO2为37吨/年。
最阳光的火车站
北京南站的设计灵感来自北京天坛。这座将现代设计与中国古代建筑风格完美结合的建筑物屋顶采用椭圆形设计，中央屋面采光带面积约1.4万m2，有条件使用太阳能板。附近没有高大建筑物，不存在遮挡物。在这里铺有3246块0.72平方米的铜铟镓硒薄膜电池。其突出优点是光电转换率明显高于非晶硅薄膜电池，不存在衰减问题，也具有良好的弱光发电性能，可制造透光产品。在同等投资、同等发电功率下，铺设面积大于晶体硅而小于非晶硅，基本能满足建筑效果要求。
在北京南站房的屋顶安装太阳能光伏电池与建筑一体化组件，系统输出交流220/380V标准电压，在2个点与站房低压配电系统并网。白天将太阳能电池组件产生的电能经处理后直接汇流给低压配电母线，供给负载使用。而在用电量小的夜间，太阳能电池组件无法工作，完全由市网供电。
根据整个光伏系统所处的地理位置，其最近10年的平均气象资料，对整个北京南站屋顶太阳能光伏与建筑一体化系统进行了详细的分析与设计。该系统的光伏组件总安装容量为220千瓦伏，系统年输出电量211200千瓦。
目前世界上只有美国纽约火车站安装了5000平方米的非晶硅薄膜电池，峰值发电功率在250～300千瓦左右，德国的慕尼黑也有较小规模采用。而北京南站是国内最大规模利用太阳能光伏设备的建筑。
节能减排与建筑成本
这笔账怎样算
王睦在向本报记者介绍北京南站的这套太阳能光伏发电系统时，除了强调铁道部在决策过程中起到的重要作用之外，还认为北京南站采用太阳能发电系统更为积极的意义在于通过这项工程推动公众环保及节能意识的提高，起到公共建筑在社会层面的引领示范作用。关于舆论对北京南站采用太阳能光伏发电设备的成本方面的质疑：“这样高成本的设计施工究竟是面子工程还是为了节能减排？”本报记者引用英国政府负责全球变化与发展顾问尼古拉·斯特恩在一份提交给英国首相的报告中所提到的观点重新为北京南站的太阳能光伏发电系统算了一笔账，每排放一吨二氧化碳的环保成本是80~130美元，而如果进行碳捕捉技术进行深埋的成本是每顿二氧化碳30美元左右。北京南站的太阳能光伏发电设备每年可以发电18万度左右，按照我国目前的生产状况，每年可以减少二氧化碳排放量是191吨，每年二氧化碳减排这一项最少可以节约21010美元。将这一实际成本计算到投入成本中，这项工程绝对不仅仅局限于“示范工程”和“示范作用”这个多少有些悲壮的定义！这项工程对太阳能光伏发电技术和设备的利用是具有远见卓识的举动，体现了铁道部充分落实我国政府“节能减排”号召的巨大决心和实干精神。我们更有理由相信中国的节能减排目标实现一定能够走在世界前列。
《科学时报》 (2008-8-11 新能源周刊)
