楊洪海 周倩倩 吳利輝 吳植華

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)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?yīng)模式之一，可削電峰、填氣谷，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)合理分布[1]。同時(shí)，三聯(lián)供系統(tǒng)又是一個(gè)復(fù)雜的能源系統(tǒng)，存在冷、熱、電多種能量輸出，受到天然氣價(jià)格、電價(jià)、建筑負(fù)荷波動(dòng)等多種因素影響，不同的容量配置和運(yùn)行方式會(huì)直接影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性[2，3]。本文以上海市某能源中心為例，根據(jù)冷、熱、電負(fù)荷特征，對三聯(lián)供系統(tǒng)提出不同的配置及運(yùn)行方式，并計(jì)算比較。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)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(fù)荷采用DeST[4]模擬軟件計(jì)算，基本用電和生活熱水負(fù)荷采用指標(biāo)估算法估算，全年能耗分析結(jié)果見表1。全年冷、熱負(fù)荷分布見圖1。

表1能源中心的負(fù)荷

圖1 能源中心的全年逐時(shí)冷、熱負(fù)荷

2 系統(tǒng)配置及運(yùn)行方式

三聯(lián)供系統(tǒng)由燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、吸收式制冷機(jī)組、電制冷機(jī)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(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電量，可減少機(jī)組臺(tái)數(shù)，減少發(fā)電機(jī)房的總占地面積和初投資及維護(hù)費(fèi)用；采用相同容量的燃?xì)廨啓C(jī)組比較好控制，可互為備用。據(jù)此，擬采用2臺(tái)相同容量的燃?xì)廨啓C(jī)。

圖2 三聯(lián)供系統(tǒng)圖

現(xiàn)階段，在美國及國內(nèi)一些三聯(lián)供項(xiàng)目多采用“以冷（或熱）定電”[5～7]的原則配置發(fā)電機(jī)容量，即按照夏季空調(diào)尖峰冷負(fù)荷的30%、50%或者按照冬季空調(diào)尖峰熱負(fù)荷的60%、100%確定發(fā)電機(jī)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(xiàng)目總用電規(guī)模的10%～20%[8]?？紤]到本項(xiàng)目為高檔寫字樓，設(shè)計(jì)時(shí)要求配備應(yīng)急電源。據(jù)此，提出了一種新的配置方式，即“以應(yīng)急電源的大小確定發(fā)電機(jī)容量，并替代應(yīng)急電源”。這樣，既可以節(jié)省應(yīng)急電源的設(shè)備投資和用房，還可以節(jié)省其日常維護(hù)及檢驗(yàn)費(fèi)用。

可供考慮的發(fā)電機(jī)容量配置有以下四種：

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

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

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

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

燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行方式有三種：

1）全年工作日時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行；

2）過渡季節(jié)運(yùn)行一臺(tái)，供暖及空調(diào)季工作日時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行；

3）過渡季節(jié)不運(yùn)行，供暖及空調(diào)季工作日時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

以常規(guī)冷、熱源方案（電制冷+鍋爐）作為基準(zhǔn)點(diǎn)，把三聯(lián)供方案的初投資、運(yùn)行費(fèi)用等與之比較，計(jì)算動(dòng)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(jià)格是2.05元/Nm3。計(jì)算表明：

1）燃?xì)鈾C(jī)組在全年工作日時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行方式下，按“替代應(yīng)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(dāng)于“以冷定電”35%負(fù)荷或“以熱定電”60%負(fù)荷）確定的系統(tǒng)，投資回收期約8.2年。

2）燃?xì)鈾C(jī)組在過渡季節(jié)運(yùn)行一臺(tái)，供暖及空調(diào)季工作日時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行方式下，按“替代應(yīng)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(dāng)于“以冷定電”35%負(fù)荷或“以熱定電”60%負(fù)荷）確定的系統(tǒng)，投資回收期約11.2年。

3）燃?xì)鈾C(jī)組在過渡季節(jié)不運(yùn)行，供暖及空調(diào)季工作日時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行方式下，不利于發(fā)揮三聯(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量避免。

4 節(jié)能減排分析

在分產(chǎn)系統(tǒng)中，全年生活熱水及冬季供暖由燃?xì)忮仩t供應(yīng)；夏季制冷采用電壓縮式制冷機(jī)；項(xiàng)目總耗電包括建筑物及制冷機(jī)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(xiàn)[10～12]計(jì)算，結(jié)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(jī)。項(xiàng)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(jī)耗熱量；項(xiàng)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(jī)組提供全部或部分熱負(fù)荷，不足部分由燃?xì)忮仩t供應(yīng)；三聯(lián)供機(jī)組按其供熱量大小去發(fā)電，不足部分由外電網(wǎng)供應(yīng)。在“應(yīng)急電源”配置方式下，三聯(lián)供機(jī)組按應(yīng)急電量發(fā)電，并提供相應(yīng)余熱量；不足的電量和熱量分別由外電網(wǎng)及燃?xì)忮仩t供應(yīng)。燃料能耗及二氧化碳排放量參考文獻(xiàn)[10～12]計(jì)算，結(jié)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(yīng)急電源”方式較好，而“以熱定電”（60%）方式則較差。另外，計(jì)算發(fā)現(xiàn)，若按“應(yīng)急電源”方式配置三聯(lián)供系統(tǒng)，則燃?xì)廨啓C(jī)提供的余熱量超過項(xiàng)目實(shí)際所需的熱負(fù)荷（富裕度為7.14%），造成能源浪費(fèi)，影響節(jié)能效果。

5 結(jié)論

1）樓宇三聯(lián)供的配置與運(yùn)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(shí)際條件，一味的“以冷定電”、“以熱定電”都是不足取的，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的冷、熱及電負(fù)荷情況、能源價(jià)格等條件來確定三聯(lián)供方案，以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能、減排效果。

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

[1] 龍惟定.冷聯(lián)供技術(shù)及政策建議[J].電力需求側(cè)管理,2010,12(4):1-4

[2] 張蓓紅,龍惟定.熱電（冷）聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的雙目標(biāo)規(guī)劃[J].暖通空調(diào),2005,35(10):1-4

[3] 張蓓紅,龍惟定.熱電（冷）聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化配置研究[J].暖通空調(diào),2005,35(4):1-4

[4] 燕達(dá),謝曉娜,宋芳婷,等.建筑模擬技術(shù)與DeST發(fā)展簡介[J].暖通空調(diào),2004,34(7):48-52

[5] 王明輝.引入最佳冷化系數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑樓宇冷熱電系統(tǒng)[J].能源工程,2006,61(5):61-65

[6] 羅勇,尤占平,胡定科.樓宇級(jí)冷熱電聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].暖通空調(diào),2005,35(7):47-49

[7] 馬靜波.北京南站三聯(lián)供系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)[J].電力/電氣化,2009,105(4):105-108

[8] 張海梁,范焱,張軍.北京首都國際機(jī)場擴(kuò)建工程冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)方案探討[A].見:全國節(jié)約能源與熱電聯(lián)產(chǎn)分布式能源的發(fā)展學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].西安:2005,352-355

[9] 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-電氣[M].北京:中國計(jì)劃出版社,2003

[10]劉青榮,阮應(yīng)君,任建興,等.冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能減排效果的理論分析[J].華東電力,2010,38(2):267-270

[11]孫志高,郭開華.天然氣型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2006,25(2):70-73

[12]張君瑛,吳喜平,沈凱,等.冷熱電三聯(lián)供供能系統(tǒng)的清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目分析[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào),2008,29(4):60-64