西安商業(yè)綜合體應(yīng)用CCHP的探討

薛 康

(新奧泛能網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司，河北 廊坊 065000)

西安商業(yè)綜合體應(yīng)用CCHP的探討

薛 康

(新奧泛能網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司，河北 廊坊 065000)

根據(jù)西安市的氣候特點(diǎn)，預(yù)測了某商業(yè)綜合體的冷、熱、電負(fù)荷，并基于發(fā)電并網(wǎng)不上網(wǎng)的原則，確定了燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)方案，同時(shí)以原供能方案為比較基準(zhǔn)，對兩種方案進(jìn)行了比較分析，結(jié)果顯示，采用燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性和污染物排放方面都優(yōu)于傳統(tǒng)方案。

商業(yè)綜合體，天然氣，冷熱電聯(lián)供，節(jié)能性

0 引言

燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)(CCHP)由于臨近用能中心、污染排放量小等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外越來越受到重視。我國已將天然氣分布式能源作為能源領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展方向，預(yù)計(jì)到2020年天然氣分布式能源裝機(jī)總量將達(dá)到5 000萬kW。且以該系統(tǒng)為核心的分布式能源技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)得到實(shí)際應(yīng)用[1]，如北京燃?xì)獯髽?、北京火車南站、廣州大學(xué)城等項(xiàng)目。隨著我國對節(jié)能減排的重視，燃?xì)饫錈犭娐?lián)供技術(shù)在今后會得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展[2]。

西安地處中國陸地版圖中心和中西部兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)域的結(jié)合部，是西北通往中原、華北和華東各地市的必經(jīng)之路，是國家實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的橋頭堡。本文針對典型城市西安市的某大型公共建筑進(jìn)行了冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，分析了冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在陜西省應(yīng)用的可行性，并對燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)進(jìn)行了配置和運(yùn)行策略優(yōu)化。

1 西安市氣候特點(diǎn)

西安市屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，冷暖干濕四季分明。冬季寒冷、風(fēng)小、多霧、少雨雪；春季溫暖、干燥、多風(fēng)、氣候多變；夏季炎熱多雨，伏旱突出，多雷雨大風(fēng)；秋季涼爽，氣溫速降，秋淋明顯。年平均氣溫13.0 ℃～ 13.7 ℃，最冷1月份平均氣溫-1.2 ℃～0.0 ℃，最熱7月份平均氣溫26.3 ℃～26.6 ℃，年極端最低氣溫-21.2 ℃(藍(lán)田1991年12月28日)，年極端最高氣溫43.4 ℃(長安1966年6月19日)。

2 建筑負(fù)荷需求預(yù)測

在對建筑進(jìn)行冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)之前，需要對建筑進(jìn)行冷、熱、電負(fù)荷的需求預(yù)測。冷、熱、電負(fù)荷預(yù)測是冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，直接影響系統(tǒng)應(yīng)用的可行性。

2.1 建筑概況

本項(xiàng)目位于西安市未央?yún)^(qū)，總建筑面積為42.7萬m2，由1棟超高層寫字樓、3棟高層辦公樓、綜合商場及地下室組成。考慮到高層寫字樓及辦公樓已經(jīng)另外設(shè)置了空調(diào)冷熱源機(jī)房，故本次方案的空調(diào)供能范圍為商場及超市，空調(diào)面積約為7.75萬m2；但由于整體項(xiàng)目總電力負(fù)荷約26 000 kVA，由市政電網(wǎng)提供，電壓等級為10 kV，故考慮發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量時(shí)綜合考慮整體42.7萬m2的用電負(fù)荷。

2.2 負(fù)荷需求預(yù)測

根據(jù)西安市的氣象條件及供能建筑的特點(diǎn)，為了更加準(zhǔn)確的分析項(xiàng)目的空調(diào)負(fù)荷，對項(xiàng)目的冷、熱負(fù)荷進(jìn)行模擬計(jì)算，空調(diào)負(fù)荷變化規(guī)律見圖1，圖2。

根據(jù)西安市的氣候條件和本項(xiàng)目建筑特點(diǎn)，項(xiàng)目供能范圍內(nèi)建筑每年采暖期從11月9日～次年3月15日，制冷期從6月1日～9月30日。由于供能區(qū)域?yàn)槌屑白猿中陨虡I(yè)，故每天供能時(shí)間為8:00～22:00。能源站由專業(yè)人員管理，可以根據(jù)室外氣象參數(shù)變化適當(dāng)調(diào)整供能時(shí)間，提高供能舒適性。參考當(dāng)?shù)氐慕y(tǒng)計(jì)數(shù)值，經(jīng)計(jì)算得出項(xiàng)目全年冷、熱累計(jì)負(fù)荷如表1所示[3]。

表1 建筑累計(jì)負(fù)荷 萬kWh

參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中辦公、商場內(nèi)照明、設(shè)備和人員等活動規(guī)模，療養(yǎng)中心及綜合醫(yī)院樓典型日電力逐時(shí)負(fù)荷變化規(guī)律預(yù)測分析如下，見圖3。

通過項(xiàng)目電負(fù)荷逐時(shí)變化曲線可以看出，基載電負(fù)荷占總電負(fù)荷的40%左右，考慮發(fā)電機(jī)的裝機(jī)用于承擔(dān)電負(fù)荷的基載負(fù)荷，同時(shí)將發(fā)電機(jī)的余熱全部消耗掉，以此確定發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量。

3 燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)的適用性分析

隨氣溫變化冷熱負(fù)荷和建筑用電波動顯著，因此所選發(fā)電設(shè)備需有較強(qiáng)的低負(fù)荷適應(yīng)性。燃?xì)廨啓C(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，50%負(fù)荷效率下降5個(gè)～7個(gè)百分點(diǎn)；而燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電效率隨負(fù)載負(fù)荷的影響較小，從100%負(fù)荷降到50%負(fù)荷時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率從40%變化到35%左右。故在本方案中選定燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)作能源系統(tǒng)的原動機(jī)。同時(shí)考慮到上網(wǎng)電價(jià)較低，因此發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量自發(fā)自用，按電力基本負(fù)荷配置發(fā)電機(jī)組容量，高峰負(fù)荷由電網(wǎng)補(bǔ)充。

3.1 原供能系統(tǒng)方案和配置

該建筑原計(jì)劃采用常規(guī)的離心式冷水機(jī)組+市政熱力的方案提供空調(diào)冷熱源，電力由城市電網(wǎng)提供。具體配置見表2。

表2 方案一主設(shè)備配置表

3.2 燃?xì)饫錈犭娐?lián)供方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上文分析結(jié)果結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，選擇2臺發(fā)電容量為1 560 kW的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，并配置2臺煙氣熱水型溴化鋰機(jī)組。冷熱源不足部分采用常規(guī)冷水機(jī)組和燃?xì)忮仩t補(bǔ)充，方案二主設(shè)備配置見表3。

表3 方案二主設(shè)備配置表

4 能源價(jià)格及系統(tǒng)運(yùn)行策略

4.1 能源價(jià)格

西安市一般工商業(yè)1 kV～10 kV等級分時(shí)電價(jià)如表4所示。

表4 供電價(jià)格表

發(fā)電機(jī)組在峰平段運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)段平均電價(jià)為0.961元/kWh。

本項(xiàng)目采用天然氣作為發(fā)電機(jī)燃料，當(dāng)?shù)靥烊粴鈨r(jià)格為2.3元/Nm3，低位熱值為8 600 kcal/Nm3。

市政采暖按照熱量收費(fèi)，0.22元/kWh。

4.2 運(yùn)行策略

夏季：1)因燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)發(fā)電量遠(yuǎn)小于建筑用電負(fù)荷，所產(chǎn)出電力基本上除供給能源站自用外，其余部分都可在整體建筑內(nèi)消耗完。且余熱制冷能源費(fèi)用較低，在夏季，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)在峰平電價(jià)時(shí)開機(jī)。2)電冷機(jī)主要在用冷負(fù)荷高峰時(shí)段進(jìn)行調(diào)峰。由于內(nèi)燃機(jī)的可用余熱主要包括高溫?zé)煔?約420 ℃)及高溫缸套水(約90 ℃)兩部分，故在夏季內(nèi)燃機(jī)的高溫?zé)煔饧案邷馗滋姿瑫r(shí)進(jìn)入溴化鋰機(jī)組，驅(qū)動溴化鋰機(jī)組為建筑提供制冷源。因此優(yōu)先采用內(nèi)燃機(jī)余熱制冷，不足部分由電制冷機(jī)組補(bǔ)充(如圖4所示)。

冬季：1)因燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)發(fā)電量上除供給能源站自用外，其余部分都可在建筑內(nèi)消耗完。且余熱制熱能源費(fèi)用較低，在冬季，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)在峰平電價(jià)時(shí)開機(jī)。2)內(nèi)燃機(jī)的高溫?zé)煔膺M(jìn)入溴化鋰機(jī)組，驅(qū)動溴化鋰機(jī)組為建筑提供采暖熱源；同時(shí)高溫缸套水經(jīng)過板式換熱器為末端提供采暖熱源(見圖5)。

表5 方案對比

內(nèi)容方案一方案二0投資/萬元267046001年能源供應(yīng)量1．1年發(fā)電量/萬kWh013171．2年供冷量/萬kWh122512251．2．1余熱供冷量/萬kWh—4721．3年供熱量/萬kWh6196191．3．1余熱供熱量/萬kWh—4522能源消耗量2．1年耗電量/萬kWh3802302．2年耗燃?xì)饬?萬Nm3—3433發(fā)電設(shè)備年折滿負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)/h—42214年能源費(fèi)用/萬元510-255注：能源費(fèi)用為負(fù)值表示，內(nèi)燃機(jī)實(shí)際發(fā)電量除能源站用外，尚供給末端建筑1087萬kWh，故減去該部分電量的費(fèi)用

5 系統(tǒng)評價(jià)

比較的基準(zhǔn)方案為系統(tǒng)的原供能方案，采用增量法對系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。兩種方案詳細(xì)數(shù)據(jù)見表5[4]。

6 結(jié)語

1)結(jié)合項(xiàng)目所在地資源情況，采用融合天然氣、電力等多種能源的分布式能源系統(tǒng)，合理搭配天然氣三聯(lián)供、電制冷、燃?xì)忮仩t等多種能源應(yīng)用技術(shù)，在改善項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，更是通過多能融合提升供能安全，提高能源的梯級利用率。2)僅對工程費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行對比，方案二與方案一相比，雖然投資額增加了930萬元，年運(yùn)行費(fèi)用每年要減少765萬元，增量投資回收期為2.52年。3)相對原計(jì)劃采用以市政熱源+電制冷的能源系統(tǒng)而言，項(xiàng)目實(shí)施后每年可節(jié)約能量2 054 t標(biāo)煤；每年可減少CO2排放量為8 644 t；每年可減少SO2排放9.68 t；每年可減少NOx排放14.19 t；每年減少粉塵排放7.96 t。

[1] 王 瀟,付 林,趙璽靈,等.天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在貴州地區(qū)的應(yīng)用案例研究[J].暖通空調(diào),2014,44(11):81-86.

[2] 王海龍.分布式能源系統(tǒng)在我國的應(yīng)用與相關(guān)問題探討[J].煤氣與熱力,2009,33(5):19-22.

[3] GB/T 51161—2016，民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 付 林,江 億.采用增量法的BCHP系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析[J].熱能動力工程,2008，23(5):490-493.

Application of CCHP in Xi’an commercial complex

Xue Kang

(ENNUbiquitousEnergyNetworkTechnologyCo.,Ltd,Langfang065000，China)

In this paper, according to the climate characteristics of Xi’an City, the cold, heat and electricity load of a commercial complex are predicted. According to the principle that the power network is not connected to the internet, the scheme of the combined cooling, heating and power system is determined. The two schemes are compared and analyzed based on the original energy supply scheme. The results show that the combined cooling and heating system is superior to the traditional one in economy and pollutant emission.

commercial complex, natural gas, combined supply of cooling heating and power, energy saving

1009-6825(2017)03-0192-03

2016-11-20

薛 康(1984- ),男，工程師

TM611

A