某樓宇三聯(lián)供的節(jié)能減排及經濟分析

楊洪海 周倩倩 吳利輝 吳植華

東華大學環(huán)境科學與工程學院

0 引言

樓宇冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)是城市最有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉垂Ｊ街?，可削電峰、填氣谷，促進能源結構合理分布[1]。同時，三聯(lián)供系統(tǒng)又是一個復雜的能源系統(tǒng)，存在冷、熱、電多種能量輸出，受到天然氣價格、電價、建筑負荷波動等多種因素影響，不同的容量配置和運行方式會直接影響系統(tǒng)的經濟性[2，3]。本文以上海市某能源中心為例，根據(jù)冷、熱、電負荷特征，對三聯(lián)供系統(tǒng)提出不同的配置及運行方式，并計算比較。

1 項目概況

項目位于上海市楊浦區(qū)，由六棟辦公樓組成，南北朝向，總建筑面積193700m2，處于規(guī)劃階段。建筑冷、熱負荷采用DeST[4]模擬軟件計算，基本用電和生活熱水負荷采用指標估算法估算，全年能耗分析結果見表1。全年冷、熱負荷分布見圖1。

表1能源中心的負荷

圖1 能源中心的全年逐時冷、熱負荷

2 系統(tǒng)配置及運行方式

三聯(lián)供系統(tǒng)由燃氣輪機、余熱鍋爐、吸收式制冷機組、電制冷機組和輔助鍋爐等組成，如圖2所示。在總發(fā)電量不變的情況下，提高單臺燃氣輪機的發(fā)電量，可減少機組臺數(shù)，減少發(fā)電機房的總占地面積和初投資及維護費用；采用相同容量的燃氣輪機組比較好控制，可互為備用。據(jù)此，擬采用2臺相同容量的燃氣輪機。

圖2 三聯(lián)供系統(tǒng)圖

現(xiàn)階段，在美國及國內一些三聯(lián)供項目多采用“以冷（或熱）定電”[5～7]的原則配置發(fā)電機容量，即按照夏季空調尖峰冷負荷的30%、50%或者按照冬季空調尖峰熱負荷的60%、100%確定發(fā)電機容量[6～8]。在日本，傾向于“基載三聯(lián)供”模式，即三聯(lián)供自發(fā)電量占項目總用電規(guī)模的10%～20%[8]?？紤]到本項目為高檔寫字樓，設計時要求配備應急電源。據(jù)此，提出了一種新的配置方式，即“以應急電源的大小確定發(fā)電機容量，并替代應急電源”。這樣，既可以節(jié)省應急電源的設備投資和用房，還可以節(jié)省其日常維護及檢驗費用。

可供考慮的發(fā)電機容量配置有以下四種：

1）根據(jù)“以冷定電”原則，按夏季空調尖峰冷負荷的0%～100%確定發(fā)電機容量。

2）根據(jù)“以熱定電”原則，按冬季空調尖峰熱負荷的0%～100%確定發(fā)電機容量。

3）根據(jù)“基載三聯(lián)供”原則確定發(fā)電機容量。項目總用電規(guī)模約11930kW（包括基本用電及尖峰冷負荷對應的電量），取其20%，則發(fā)電機容量約2400kW。

4）按“應急電源大小確定發(fā)電機容量，并替代應急電源”。項目需配置變壓器容量約24000kW，按10%～20%得到應急電源容量[9]?，F(xiàn)取10%，則應急電源容量約2400kW。與“基載三聯(lián)供”原則確定的發(fā)電機容量相同，但可節(jié)省應急電源設備的投資約340萬元。

燃氣機組運行方式有三種：

1）全年工作日時間滿負荷運行；

2）過渡季節(jié)運行一臺，供暖及空調季工作日時間滿負荷運行；

3）過渡季節(jié)不運行，供暖及空調季工作日時間滿負荷運行。

3 技術經濟分析

以常規(guī)冷、熱源方案（電制冷+鍋爐）作為基準點，把三聯(lián)供方案的初投資、運行費用等與之比較，計算動態(tài)投資回收期。根據(jù)上海市的優(yōu)惠政策，采用三聯(lián)供后天然氣價格是2.05元/Nm3。計算表明：

1）燃氣機組在全年工作日時間滿負荷運行方式下，按“替代應急電源”確定的系統(tǒng)投資回收期最短，約6年，其次是“基載三聯(lián)供”（相當于“以冷定電”35%負荷或“以熱定電”60%負荷）確定的系統(tǒng)，投資回收期約8.2年。

2）燃氣機組在過渡季節(jié)運行一臺，供暖及空調季工作日時間滿負荷運行方式下，按“替代應急電源”確定的系統(tǒng)投資回收期最短，約7.8年，其次是“基載三聯(lián)供”（相當于“以冷定電”35%負荷或“以熱定電”60%負荷）確定的系統(tǒng)，投資回收期約11.2年。

3）燃氣機組在過渡季節(jié)不運行，供暖及空調季工作日時間滿負荷運行方式下，不利于發(fā)揮三聯(lián)供系統(tǒng)的經濟性，應盡量避免。

4 節(jié)能減排分析

在分產系統(tǒng)中，全年生活熱水及冬季供暖由燃氣鍋爐供應；夏季制冷采用電壓縮式制冷機；項目總耗電包括建筑物及制冷機兩部分，且全部來自外電網(wǎng)。燃料能耗及二氧化碳排放量參考文獻[10～12]計算，結果見表2。

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在三聯(lián)供系統(tǒng)中，夏季制冷采用余熱型溴化鋰吸收式制冷機。項目總耗熱量除了全年生活熱水耗熱量、冬季供暖耗熱量外，還包括制冷機耗熱量；項目總耗電即為建筑物基本耗電量。在“以熱定電”方式下，三聯(lián)供機組提供全部或部分熱負荷，不足部分由燃氣鍋爐供應；三聯(lián)供機組按其供熱量大小去發(fā)電，不足部分由外電網(wǎng)供應。在“應急電源”配置方式下，三聯(lián)供機組按應急電量發(fā)電，并提供相應余熱量；不足的電量和熱量分別由外電網(wǎng)及燃氣鍋爐供應。燃料能耗及二氧化碳排放量參考文獻[10～12]計算，結果見表2。

從節(jié)能減排效果看，按“以熱定電”（100%）方式配置三聯(lián)供系統(tǒng)最好，其次是“應急電源”方式較好，而“以熱定電”（60%）方式則較差。另外，計算發(fā)現(xiàn)，若按“應急電源”方式配置三聯(lián)供系統(tǒng)，則燃氣輪機提供的余熱量超過項目實際所需的熱負荷（富裕度為7.14%），造成能源浪費，影響節(jié)能效果。

5 結論

1）樓宇三聯(lián)供的配置與運行方式的優(yōu)化是緊密聯(lián)系的，兩者必須統(tǒng)籌兼顧。不管實際條件，一味的“以冷定電”、“以熱定電”都是不足取的，應根據(jù)項目的冷、熱及電負荷情況、能源價格等條件來確定三聯(lián)供方案，以達到較好的經濟性及節(jié)能、減排效果。

2）本文提出的新配置方式，即“以應急電源大小確定發(fā)電機容量，并替代應急電源”可以節(jié)省投資和占地面積，是一種經濟性最優(yōu)的設計方案，且具有較好的節(jié)能減排效果。

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