某酒店天然氣冷熱電三聯(lián)供改造研究

楊 彬

（貴州燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司，貴州貴陽(yáng) 520100）

1 概述

冷熱電三聯(lián)供[1]，即CCHP（Combined Cooling，Heating and Power），是指以天然氣為主要燃料帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)、微燃機(jī)或內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運(yùn)行，產(chǎn)生的電力供應(yīng)用戶的電力需求，系統(tǒng)發(fā)電后排出的余熱通過余熱回收利用設(shè)備（余熱鍋爐或者余熱直燃機(jī)等）向用戶供熱、供冷。通過這種方式大大提高整個(gè)系統(tǒng)的一次能源利用率，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用。由于冷熱電三聯(lián)供主要安裝在用戶端的高效冷/熱電聯(lián)供系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠在消費(fèi)地點(diǎn)（或附近）發(fā)電且越來越偏向小型化，所以有時(shí)也稱為分布式能源。

2 分布式能源優(yōu)勢(shì)

分布式能源具有“就地取能、資源利用、高效減排”的優(yōu)越性[2]，分布式能源更有便于集中控制和管理，對(duì)用電、用冷（熱）負(fù)荷非常集中，時(shí)間長(zhǎng)，單位面積負(fù)荷大的用戶，能源利用效率高，更有利于資金回收。

3 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于貴州省貴陽(yáng)市觀山湖區(qū)某公司辦公大樓及其配套酒店。酒店和辦公樓相毗鄰，辦公樓 26 層，酒店 25 層，地下均為 2 層，地下室相互貫通。建筑總面積為121 530 m2，其中供熱（冷）面積為 90 040 m2（酒店52 550 m2、辦公樓37 490 m2）。建筑擁有不同風(fēng)格的中西餐廳、酒吧、室內(nèi)恒溫游泳池、水療中心、健身中心和商務(wù)中心等，能為客人提供不同需求的特色服務(wù)，是集住宿、餐飲、會(huì)議接待，健身娛樂為一體的大型綜合性國(guó)際高端品牌酒店。

3.1 供能現(xiàn)狀

本項(xiàng)目包含兩棟大樓的用能需求，一為辦公大樓，二為酒店大樓，兩棟樓相對(duì)比較獨(dú)立，各自都有蒸汽鍋爐、電制冷機(jī)組等動(dòng)力設(shè)備，且余量較大，資源使用率低，且耗能較大。目前酒店現(xiàn)有3臺(tái)4t/h的雙良天然氣蒸汽鍋爐，3臺(tái)2 461kW和1臺(tái)1 048kW的約克制冷機(jī)組，19臺(tái)18kW空氣源熱泵；辦公樓現(xiàn)有2臺(tái)4t/h特富天然氣蒸汽鍋爐，3臺(tái)2 461kW的約克制冷機(jī)組。該區(qū)域現(xiàn)有兩路10.5kV市政電力進(jìn)線，只為兩棟大樓供電，大電網(wǎng)配電站將線路分別接入兩棟大樓總配電柜，再分別下設(shè)若干變壓器。

辦公樓和酒店的用電特性不同，每天7時(shí)至17時(shí)，辦公樓用電比較集中，且比較平均，而酒店則從11時(shí)至23時(shí)用電比較集中，凌晨0時(shí)至7時(shí)辦公樓用電負(fù)荷較小，主要用電部位為大樓照明及少量其他設(shè)備，常年穩(wěn)定約為100kW，酒店用電負(fù)荷也較小，但相較辦公樓還是用電負(fù)荷較大，通過調(diào)研，根據(jù)現(xiàn)有資料及同運(yùn)行人員溝通，得知0時(shí)至7時(shí)酒店全年年最低用電負(fù)荷約為300kW。綜合計(jì)算分析可知在7時(shí)至23時(shí)，兩座大樓總用電負(fù)荷穩(wěn)定在 800kW 以上，23 時(shí)至7時(shí)，總用電負(fù)荷基本穩(wěn)定在400kW以上。建筑典型日逐時(shí)電負(fù)荷堆疊見圖1。

圖1 建筑典型日逐時(shí)電負(fù)荷堆疊圖

根據(jù)辦公樓2018—2019年度冬季的用能統(tǒng)計(jì)記錄，辦公樓、酒店在2018—2019年度供暖季的建筑總耗氣量統(tǒng)計(jì)分析建筑年供熱及供冷月用能需求見圖2。

圖2 建筑年供熱及供冷月用能需求圖

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)建筑典型日冷負(fù)荷及熱負(fù)荷見圖3-圖4所示。

圖3 建筑典型日冷負(fù)荷需求堆疊圖

圖4 建筑典型日熱負(fù)荷需求堆疊圖

3.2 改造方案

根據(jù)用戶用能數(shù)據(jù)及特性，本項(xiàng)目采用天然氣分布式能源系統(tǒng)，系統(tǒng)的發(fā)電總裝機(jī)容量為 800kW。系統(tǒng)主要由2 臺(tái)400kW 的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組、2臺(tái)煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組，制冷量872kW（COP 為 1.03），制熱量 798kW。剩余冷、熱負(fù)荷不夠部分采用補(bǔ)燃補(bǔ)充。

4 運(yùn)行策略

本次分布式能源系統(tǒng)主要由2臺(tái)400kW的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組、2臺(tái)煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組制冷量872kW（COP為1.03時(shí)），制熱量798kW。全年運(yùn)行時(shí)間按240d計(jì)。

采暖：每年11月15日至次年3月15日，共計(jì)120d，運(yùn)行按全年每天24h計(jì)。

制冷：每年6月15日至10月15日，共計(jì)120d，運(yùn)行按全年每天24h計(jì)。

4.1 電力供應(yīng)方案

采取并網(wǎng)不上網(wǎng)的模式，并設(shè)置市電跟蹤、逆功保護(hù)，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)與市電一同為兩棟大樓提供電力。圖5是制冷期及采暖期典型日機(jī)組供電負(fù)荷圖。

圖5 制冷期及采暖期典型日機(jī)組供電負(fù)荷圖

4.2 制冷供應(yīng)方案

制冷季最小熱負(fù)荷約500kW左右，考慮燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的運(yùn)行時(shí)段為全天24h，同時(shí)為保證燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的滿負(fù)荷率，因此制冷季考慮8：00—20：00運(yùn)行兩套內(nèi)燃機(jī)機(jī)組，20：00～次日7：00只運(yùn)行單套內(nèi)燃機(jī)機(jī)組（圖6）。

圖6 制冷期制冷負(fù)荷圖

4.3 采暖供應(yīng)方案

采暖季辦公樓+酒店在采暖季典型日的最大熱負(fù)荷約4 500kW左右，最小熱負(fù)荷約400kW，考慮兩臺(tái)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行時(shí)段為7：00—21：00，僅酒店所需熱量即能夠夠保證燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的滿負(fù)荷發(fā)電，在此時(shí)段內(nèi)的酒店基本熱負(fù)荷穩(wěn)定在800～2 000kW。因此，單套內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，煙氣熱水型溴化鋰?yán)錅厮畽C(jī)組共能產(chǎn)生398kW的熱量，兩套內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)總熱量798kW，7：00—21：00可基本完全消化所有余熱，因此采暖季7：00—21：00運(yùn)行兩套內(nèi)燃機(jī)機(jī)組，21：00—次日7：00只運(yùn)行單套內(nèi)燃機(jī)機(jī)組（圖7）。

圖7 采暖期采暖負(fù)荷圖

5 改造效果分析

分布式能源系統(tǒng)以其清潔低碳能源和能量梯級(jí)利用的特點(diǎn)，使得整體能效提高到 70%以上。將不同種類的能源按各自熱值折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，電力折算因子[3]0.335 0kg，天然氣折算因子 1.228 3kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m3（標(biāo)）[天然氣的熱值取 34MJm3（標(biāo)）]，考慮部分電網(wǎng)的輸電損失。分布式能源系統(tǒng)節(jié)能量計(jì)算見表1。

表1 分布式能源系統(tǒng)節(jié)能量計(jì)算

經(jīng)過以上計(jì)算分析，改造后分布式能源系統(tǒng)相比傳統(tǒng)分產(chǎn)系統(tǒng)（市電+電動(dòng)冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t）年節(jié)能 634.52t標(biāo)準(zhǔn)煤。

6 結(jié)論

1）該系統(tǒng)所發(fā)電力與供電部門協(xié)調(diào)可以上網(wǎng)運(yùn)行。

2）采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，在天然氣用氣和用電等方面需給予優(yōu)惠政策，在發(fā)電裝機(jī)容量需給予補(bǔ)貼。

3）在具有特點(diǎn)特定性質(zhì)的建筑應(yīng)用燃?xì)馊?lián)供技術(shù)，是提高能源利用效率，改善城市環(huán)境利用天然氣資源的最佳選擇。努力保護(hù)利用好天然氣資源，不僅自身經(jīng)濟(jì)效益好，而且社會(huì)效益、環(huán)境效益也十分突出。