李炳華 / 王立坤 / 岳云濤 / 楊智勇

（1.CCDI悉地國際，北京100037； 2.北京建筑工程學(xué)院，北京100044）

前言

燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)作為一種新型的分布式能源方式逐漸的應(yīng)用于各類建筑當(dāng)中，其特點(diǎn)在于能源的梯級(jí)利用，發(fā)電的同時(shí)利用余熱為用戶提供冷源和熱源，合理配置系統(tǒng)容量可以體現(xiàn)出其相對(duì)于傳統(tǒng)供能方式的高效節(jié)能優(yōu)勢(shì)[1]。城市綜合體的出現(xiàn)為三聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用提供了廣闊的平臺(tái)，它集多種建筑業(yè)態(tài)于一體，不同建筑類型的冷熱電負(fù)荷疊加之后呈現(xiàn)出穩(wěn)定的冷熱需求，這種建筑采用三聯(lián)供系統(tǒng)比采用傳統(tǒng)方式將會(huì)更加的節(jié)能高效。

1 城市綜合體的負(fù)荷特征

城市綜合體一般都由三種以上不同功能建筑組合而成，如表1列出了國內(nèi)一些比較典型的綜合體規(guī)模及業(yè)態(tài)組成：

表1 城市綜合體的規(guī)模及組成

通過表1數(shù)據(jù)可以總結(jié)出綜合體建筑業(yè)態(tài)形式復(fù)雜多樣，面積基本在20萬m2以上，且建筑級(jí)別較高，對(duì)于供電的安全可靠性要求也較高。從冷熱電負(fù)荷角度分析，多種類型的建筑物呈現(xiàn)出不同的建筑負(fù)荷特點(diǎn)，各類建筑物負(fù)荷疊加之后可以得到一個(gè)冬夏季分別有較大熱冷負(fù)荷需求，常年有熱水需求的用戶負(fù)荷特征。

三聯(lián)供系統(tǒng)的初期投資較常規(guī)系統(tǒng)更大，用戶負(fù)荷特點(diǎn)滿足發(fā)電設(shè)備盡量長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行，才能充分體現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能效果。歸納三聯(lián)供系統(tǒng)適用的項(xiàng)目特點(diǎn)如下：

（1）建筑類型的使用電價(jià)相對(duì)較高;

（2）建筑物有較大冷、熱負(fù)荷需求或有常年熱水負(fù)荷需求；

（3）用戶對(duì)電源供應(yīng)要求較高；

（4）用戶需要備用發(fā)電機(jī)。

可見，三聯(lián)供系統(tǒng)比較適用于賓館、綜合商業(yè)及辦公、醫(yī)院、交通樞紐、娛樂中心和高等院校等有穩(wěn)定冷熱需求的民用建筑和工業(yè)企業(yè)用戶，保證發(fā)電設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，從而充分利用聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電效率和余熱利用效率。

綜上所述，城市綜合體的負(fù)荷特征符合三聯(lián)供系統(tǒng)的適用特點(diǎn)，下面以湖南某城市綜合體為例分析三聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用。

2 項(xiàng)目概況

未來國際中心位于湖南省，該城市綜合體集合了商業(yè)、餐飲、娛樂、辦公、酒店和公寓等多種功能的建筑物于一體，旨在打造城市的新地標(biāo)，建立一個(gè)資源節(jié)約型的綜合體。與傳統(tǒng)的CBD相比具有可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，具體功能分區(qū)如表2所示。

表2 建筑功能及建筑面積統(tǒng)計(jì)

2.1 用電負(fù)荷估算

按照指標(biāo)法估算整個(gè)建筑物的用電負(fù)荷，并列于表3。

表3 建筑物的用電負(fù)荷估算

表4 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

采用傳統(tǒng)的單位建筑面積用電指標(biāo)法，根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（2009）-電氣》[2]表2.7.6 各類建筑物的單位建筑面積用電指標(biāo)，估算出未來國際中心的總裝機(jī)容量為：

S為建筑物總裝機(jī)容量，P為計(jì)算功率，K為同時(shí)使用系數(shù)取0.9，變壓器負(fù)載率取70%，功率因數(shù)取0.9。

2.2 冷熱負(fù)荷估算

根據(jù)建筑物的不同業(yè)態(tài)類型，設(shè)定適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，如表4所示的室內(nèi)參數(shù)，采用eQuest軟件對(duì)建筑物進(jìn)行負(fù)荷模擬計(jì)算，模擬出建筑物的冷熱電逐時(shí)負(fù)荷。

通過軟件模擬出的冷熱電負(fù)荷如下：

模擬結(jié)果：全年最大冷負(fù)荷15 200kW，全年用冷量3 180.8萬kWh；全年最大熱負(fù)荷2 448kW，全年用熱量1 160.9萬kWh。

考慮到精品酒店和酒店公寓用熱水，全年最大熱水負(fù)荷1 511kW，全年用熱量407.8萬kWh。

全年用電最大負(fù)荷7 460kW，最小用電負(fù)荷為1 593kW，全年用電量40 193 194kWh。

2.3 變電站容量的估算

根據(jù)負(fù)荷需求估算出該綜合體的基本用電（不包含空調(diào)用電）負(fù)荷最大值為7 460kW，冷負(fù)荷最大值為15 200kW。若按照常規(guī)冷熱源方案（電制冷+鍋爐方案），電制冷COP值(COP值是指能量與冷量的比值，即單位1的能量能產(chǎn)生多少單位的冷量按照5來計(jì)算，電制冷的耗電最大值為3 040kW，具體計(jì)算如下[3]：

綜合體變壓器容量=（基本用電負(fù)荷最大值+電制冷耗電最大值）/變壓器的負(fù)載率=（7 460+3 040）/0.7=15 000kW

若功率因數(shù)取0.9，即可計(jì)算出變壓器的裝機(jī)容量為16 667kVA。由此可見經(jīng)過模擬軟件的負(fù)荷估算和從電氣角度利用指標(biāo)法計(jì)算的變壓器裝機(jī)容量基本相符合。

3 系統(tǒng)設(shè)備的選型

傳統(tǒng)的三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)備配置多，按照“以熱定電”或“以電定熱”的規(guī)則來選擇發(fā)電機(jī)的容量。本文提出了一種新型的配置方式，利用應(yīng)急用電量的大小來選擇發(fā)電機(jī)的容量，并以此系統(tǒng)替代柴油發(fā)電機(jī)來作為應(yīng)急電源使用，減少應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)備投資。

考慮到電網(wǎng)的安全可靠性，一旦電網(wǎng)發(fā)生大面積停電，會(huì)對(duì)社會(huì)和人類帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至人身傷亡。為了降低這種影響，要加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行管理，增強(qiáng)電網(wǎng)的抗干擾能力，但是對(duì)于特別重要的電力負(fù)荷，設(shè)置自備應(yīng)急電源也是對(duì)電力事故的重要補(bǔ)充，因此在機(jī)場(chǎng)、車站、醫(yī)院、學(xué)校、劇場(chǎng)和展覽館等重要場(chǎng)所，尤其是高層建筑配備應(yīng)急電源是十分必要的。

未來國際中心包含了精品酒店和寫字樓等多種建筑業(yè)態(tài)，且都屬于超高層建筑物，根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]中對(duì)于民用建筑中各類建筑物的主要用電負(fù)荷分級(jí)的規(guī)定，精品酒店中所包含的一部分一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，應(yīng)設(shè)置應(yīng)急電源；同時(shí)建筑物的消防負(fù)荷和應(yīng)急照明等也應(yīng)自備應(yīng)急電源。通常在設(shè)計(jì)初期應(yīng)急電源的大小都是按照變電器總?cè)萘康?0%～20%進(jìn)行估算[4]，因此得出：

應(yīng)急用電負(fù)荷=變壓器容量×10%=15 000×10%=15 00kW

通過以上計(jì)算，得出應(yīng)急電源的容量應(yīng)為1 500kW，利用此結(jié)果來選擇三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)容量即為1 500kW，按照計(jì)算出的應(yīng)急用電負(fù)荷選擇發(fā)電機(jī)的容量為1 500kW?？梢赃x擇兩臺(tái)容量為834kW的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)JMS 316。

4 系統(tǒng)運(yùn)行

4.1 能源站配置

能源站的配置采用的是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+煙氣熱水型吸收式冷熱水機(jī)組+電制冷+燃?xì)忮仩t的組合方式，由燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電，在發(fā)電的同時(shí)將余熱中缸套水和煙氣余熱通過溴冷機(jī)為夏季供冷、冬季供暖。夏季不足的冷量由電制冷補(bǔ)充；冬季不足熱量通過補(bǔ)燃鍋爐解決。其原理示意圖如圖4所示。

4.2 電力系統(tǒng)運(yùn)行

系統(tǒng)運(yùn)行方式分為孤網(wǎng)運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行和上網(wǎng)運(yùn)行三種[5]。

圖4 三聯(lián)供系統(tǒng)示意圖

該系統(tǒng)方案考慮三聯(lián)供系統(tǒng)作為應(yīng)急電源使用，應(yīng)急電源回路不應(yīng)同時(shí)給其他回路供電，因此選用上網(wǎng)運(yùn)行方式。系統(tǒng)所發(fā)電量全部輸送給電網(wǎng)，用戶的電力都從電網(wǎng)接入。這種方式在國外已經(jīng)得到成功應(yīng)用，在發(fā)電機(jī)有剩余時(shí)可以向公共電網(wǎng)送電，從而最大限度地提高發(fā)電機(jī)利用率，提高發(fā)電效率。此種方式系統(tǒng)配置更加靈活、節(jié)能效果更明顯，成為三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本項(xiàng)目按照上網(wǎng)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，連接方式如圖5所示。

未來國際中心園區(qū)建筑物的用電負(fù)荷通過市電引入兩路10kV市電源供電。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電首先通過上網(wǎng)控制柜在市電兩端與市電連接向電網(wǎng)送電，在市電發(fā)生故障時(shí)，立即停止送電，接通Q4切換至為相應(yīng)母線段上的應(yīng)急負(fù)荷供電。為保證替代應(yīng)急電源的可靠性，系統(tǒng)采用全年均運(yùn)行方式，確保三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電量隨時(shí)可以滿足全部應(yīng)急負(fù)荷的供電需要。

5 結(jié)論

圖5 電力系統(tǒng)連接示意圖

冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)將天然氣的發(fā)電、采暖和制冷技術(shù)融合一體，提高了資源利用率。它是我國發(fā)展分布式能源的一種重要途徑，符合目前提倡節(jié)能減排的環(huán)保要求。綜合體的負(fù)荷特征適合應(yīng)用三聯(lián)供系統(tǒng)，且針對(duì)綜合體的建筑等級(jí)和應(yīng)急負(fù)荷的大小來選擇三聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)備容量，不僅利用了三聯(lián)供的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)減少了常規(guī)柴油發(fā)電機(jī)的投資，是一種更好的解決方案。

[1]P.J.Mago，L.M.Chamra.Analysis and optimization of CCHP systems based on energy,economical, and environmental considerations.[J]. Energy and Buildings，2009，41:1099-1006.

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司,中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施[S].北京:中國計(jì)劃出版社，2009.12:15-16.

[3]肖蓀.上海某能源中心三聯(lián)供方案及運(yùn)行方式的系統(tǒng)優(yōu)化[D].上海：東華大學(xué)，2010:25-92.

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[5]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.CJJ145-2012燃?xì)饫錈犭娙?lián)供工程技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.