上海航天能源股份有限公司 張杰 郭甲生 張丹 徐振華 李巡案

某醫(yī)院分布式能源系統(tǒng)的方案設(shè)計

上海航天能源股份有限公司 張杰 郭甲生 張丹 徐振華 李巡案

以某醫(yī)院現(xiàn)有供能方式作為設(shè)計基礎(chǔ),詳細介紹了分布式能源系統(tǒng)發(fā)電機組選擇、系統(tǒng)發(fā)電容量和余熱回收的設(shè)計,滿足了醫(yī)院的安全電源和熱水負荷需求.整個分布式能源系統(tǒng)靈活、可靠,具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益.

分布式能源系統(tǒng);醫(yī)院;可行性;

據(jù)統(tǒng)計,醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)的年一次能耗一般是辦公建筑的1.6-2.0倍.在國家建筑節(jié)能減排的大環(huán)境下,在保證醫(yī)院正常發(fā)展、滿足人們需求及提高醫(yī)療質(zhì)量的前提下,降低醫(yī)院建筑造價、減少醫(yī)院建筑能耗及運行費用中的不合理部分已成為醫(yī)院建筑建設(shè)的重要課題.以微型燃氣輪機和吸收式制冷等設(shè)備組成的分布式能源系統(tǒng),具有效率高、占地小、保護環(huán)境、可減少供電線損和應(yīng)急突發(fā)事件等綜合功能,在有條件的醫(yī)院逐步推廣.

本文結(jié)合某醫(yī)院的實際用能情況,詳細地設(shè)計了該醫(yī)院的分布式能源系統(tǒng),總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗.

1 醫(yī)院實際情況

1.1 醫(yī)院用能分析

該醫(yī)院屬于重點用電園區(qū),供電系統(tǒng)為10kV進線,配有4臺1600kVA的變壓器,,用電負荷較大且用電負荷波動較小.

醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)配置一臺螺桿式制冷機組,兩臺直燃型溴化鋰冷溫水機組和一臺煙氣補燃型溴化鋰冷溫水機組,3臺溴化鋰冷溫水機組額定參數(shù)相同,額定制冷量1436kW(冷水溫度:7/13℃),額定采暖量2163kW(熱水溫度:65/80℃).當(dāng)直燃型溴化鋰冷溫水機組供能不足時煙氣補燃型溴化鋰冷溫水開啟.一臺蒸汽鍋爐制取184℃的過熱蒸汽,滿足醫(yī)院殺菌、消毒的蒸汽負荷.

醫(yī)院現(xiàn)有床位600張,計劃再增設(shè)床位300張.以現(xiàn)有床位數(shù)計算,熱水定額取100L/(床.日),則平均小時熱水需求量為:2.5t/h.

醫(yī)院供能和采暖流程為:夏季制冷時,直燃型溴化鋰冷溫水機組開啟,供應(yīng)冷水,冷水匯集到冷水分水器,然后供應(yīng)醫(yī)院各個分區(qū).

取熱水/生活熱水時,高溫發(fā)生器流出的80℃熱水,分為2個支路,一路流經(jīng)熱水分水器,一路流經(jīng)生活熱水分水器,然后供應(yīng)醫(yī)院各區(qū)熱水/生活熱水負荷需求.

1.2 發(fā)電機房尺寸

醫(yī)院配有一發(fā)電機房,已設(shè)置發(fā)電機組煙氣余熱管道,整個發(fā)電機房實測尺寸:8.7X5.8X4m,發(fā)電機房位于控制室和鍋爐房(包含制冷設(shè)備)之間,距離1號和3號變壓器約30m.

2 分布式供能站系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)發(fā)電機組的選擇

目前天然氣分布式能源站中應(yīng)用較多的發(fā)電機形式以燃氣輪機、燃氣內(nèi)燃機和微燃機為主.由于受發(fā)電機房空間、醫(yī)院低噪音、低排放以及現(xiàn)有設(shè)備供能網(wǎng)絡(luò)改造限制,本方案選擇微型燃氣輪機作為發(fā)電設(shè)備,力求機房布置簡單緊湊,節(jié)省面積,在滿足高效運行的前提下實現(xiàn)低噪音、低排放、運行維護方便等優(yōu)點.

2.2 系統(tǒng)發(fā)電容量設(shè)計

(1)技術(shù)規(guī)范

根據(jù)《分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程》,分布式能量容量的選擇應(yīng)根據(jù)宜熱(冷)定電,熱(冷)電平衡的原則,并根據(jù)電、熱(冷)負荷的特性和大小合理確定.機組的發(fā)電量宜自發(fā)、自用、自平衡.并入電網(wǎng)的分布式供能系統(tǒng)的總裝機容量應(yīng)不大于相應(yīng)電力系統(tǒng)接入點上級變電站容量的30%,該醫(yī)院單臺變壓器容量為1250kVA,因此分布式供能系統(tǒng)的總裝機容量不應(yīng)超過300kW.

(2)場地實際情況

通過現(xiàn)場測量,發(fā)電機房實際尺寸約為8.7X 5.8X4m,考慮發(fā)電機組輔助設(shè)備和實際的安裝維護,查閱相關(guān)發(fā)電機組樣本,能滿足場地要求的發(fā)電機組發(fā)電量≤300kW.

(3)維護方便

選擇同一品牌的微型燃氣輪機不僅有利于系統(tǒng)的運行、監(jiān)控和維護,而且有利于減少分布式能源系統(tǒng)的維護費用.綜合考慮產(chǎn)品的發(fā)電量、尺寸和發(fā)電機組機房空間,選擇2臺100kW微型燃氣輪機.

2.3 余熱回收設(shè)計

分析醫(yī)院現(xiàn)有的直燃型溴化鋰冷溫水機組供應(yīng)1kW的冷水、熱水和生活熱水負荷所需天然氣見表1.

表1 制冷、采暖和生活熱水負荷所需天然氣

從表1中可以看出,供應(yīng)單位熱水和單位生活熱水所需天然氣消耗量最大,供應(yīng)單位制冷天然氣消耗量最小.即供應(yīng)熱水/生活熱水的成本較高.因此優(yōu)先滿足醫(yī)院熱水負荷和生活熱水負荷,分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟性更好.

(2)能源利用率

采用微型燃氣輪機煙氣通往煙氣補燃型冷溫水機組制取生活熱水時排煙溫度約為120℃,而微型燃氣輪機煙氣通過板換制取生活熱水時排煙溫度約為70℃,因此,如本分布式能源系統(tǒng)采用微型燃氣輪機通過板換制取生活熱水效果更好.但是由于受現(xiàn)有設(shè)備能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)改造限制,而且采用煙氣/熱水換熱制取熱水增加初始投資,經(jīng)綜合考慮,本系統(tǒng)采用微型燃氣輪機尾氣通往煙氣補燃型溴化鋰冷溫水機組制取熱水.

本分布式能源系統(tǒng)主要利用煙氣余熱,通往煙氣補燃型溴化鋰冷溫水機組直接供應(yīng)生活熱水,在保證全院熱水負荷需求后,多余的余熱供應(yīng)冷水/熱水.

圖1 分布式能源系統(tǒng)流程示意圖

3 系統(tǒng)運行模式

分布式能源系統(tǒng)運行時,醫(yī)院的電力、生活熱水和空調(diào)負荷均優(yōu)先由分布式能源系統(tǒng)供應(yīng).系統(tǒng)流程示意圖如圖1所示.

(1)發(fā)電模式

兩臺微燃機的電力分別接入離發(fā)電機組房較近的1號和3號變壓器低壓端(400V).分布式能源系統(tǒng)電力接入?yún)^(qū)域電網(wǎng)(市電),與大電網(wǎng)構(gòu)成電力補充,按照并網(wǎng)不上網(wǎng)的原則,功率跟蹤和智能調(diào)度.

(2)冷水供應(yīng)模式

常州城區(qū)河道主要清淤方式為傳統(tǒng)工程清淤，雖然有著立竿見影、施工方案便捷、成本低的優(yōu)勢，但是也面臨不少問題。

制冷時,煙氣從煙氣補燃型溴化鋰冷溫水機組排出溫度和補燃煙氣溫度約170℃,煙氣余熱量較大,采用煙氣/熱水換熱器,加熱熱水集水器回水,為充分回收煙氣余熱,提高能源利用率.

醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)除分布式能源系統(tǒng)供應(yīng)外,還有直燃型溴化鋰冷溫水機組,螺桿式制冷機組,整個機組的冷水供應(yīng)管網(wǎng)連為一體:夏季制冷,優(yōu)先采用分布式能源系統(tǒng)供冷,不足通過開啟醫(yī)院現(xiàn)有螺桿式制冷機組制冷,仍不足,開啟直燃型溴化鋰冷溫水機組制冷.

(3)熱水和生活熱水供應(yīng)模式

過渡季節(jié)和冬季采暖時,排煙溫度約為120℃,同樣也采用通過煙氣/熱水換熱器,加熱集水器回水,提高能源利用率.

過渡季節(jié)沒有冷熱負荷需求,機組設(shè)備只運行一臺,每天運行14h.

4 效益分析與節(jié)能減排分析

設(shè)計該系統(tǒng)全年運行350d,其中夏季運行120d,24h/d運行;冬季運行150d,每天運行24h/d,過渡季節(jié)80d,單臺機組運行14h/d.

(1)經(jīng)濟效益分析

目前,按照分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)惠氣價2.83元/Nm3,系統(tǒng)經(jīng)濟性分析見表2.

表2 分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

可以看出分布式能源系統(tǒng)提供的電能、冷水、熱水和生活熱水與現(xiàn)有分產(chǎn)(市電+直燃型冷溫水機組)相比,本分布式能源系統(tǒng)年節(jié)省運行費用約56萬元.

(2)年平均能源綜合利用率分析

天然氣分布式能源全年綜合利用效率應(yīng)根據(jù)《燃氣冷熱電三聯(lián)供工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ 145-2010)3.3.5公式進行計算:

式中:v--年平均能源綜合利用率(%);

W--年凈輸出電量(kWh);

Q1--年有效余熱供熱總量(MJ);

Q2--年有效余熱供冷總量(MJ);

B--年燃氣總耗量(m3);

QL--燃氣低位發(fā)熱量(MJ/m3).

根據(jù)表2中所示的分布式能源系統(tǒng)運行數(shù)據(jù),計算該系統(tǒng)年平均能源利用率,得到系統(tǒng)年平均能源綜合利用率為71.75%,符合國家天然氣分布式能源全年綜合利用效率高于70%的要求.

(3)年利用小時數(shù)分析

分布式供能系統(tǒng)年利用小時數(shù)計算公式為:

式中:h-年利用小時數(shù)(h);

W-年聯(lián)供系統(tǒng)凈輸出電量(kWh);

KW-發(fā)電機組額度裝機容量(kW).

本分布式能源系統(tǒng)年利用小時數(shù)為: 1408000/200=7040h

符合國家天然氣分布式能源年利用小時數(shù)高于2000h的要求.

(4)節(jié)能減排量分析

按照2013年中國醫(yī)院所屬區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子-該地區(qū)的碳排放因子0.7125kg/kWh和IPCC聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會的天然氣數(shù)據(jù)折算其排放系數(shù)1.9916kg/m3,計算分布式能源系統(tǒng)年CO2減排量約為411t.

5 結(jié)語

(1)分布式能源系統(tǒng)中的各個發(fā)電機組可起到互為補充、互為備用的作用,以提高整體系統(tǒng)的靈活性和安全性.

(2)分布式能源系統(tǒng)在醫(yī)院的應(yīng)用時必須根據(jù)實際情況,綜合考慮各方面因素來確定分布式能源系統(tǒng)的配置,特別是醫(yī)院改造項目.

(3)在醫(yī)院中應(yīng)用分布式能源系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益.

(4)微型燃氣輪機可以作為醫(yī)院的備用電源,替代傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機和蓄電池UPS,間接降低系統(tǒng)的總投資,提高投資回報率.

(5)本系統(tǒng)約在明年投入運行.

An Project Design of Distributed
Energy Supply System Applied to A Hospital

Zhang Jie,Guo Jiasheng,Zhang Dan,Xu Zhenhua,Li Xun an

Thechoiceofdistributedenergysystempowergenerationunits,system capacity and the design of waste heat recovery were introduced in this paper.The design of the system was based on the existing power mode of a hospital in shanghai,and the safety source and hot water load were meet the needs of the hospital.The distributed energy system was flexible,reliable and the economic benefits and social benefits was obvious.

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張杰,(1988-),男,碩士,工程師.從事分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化應(yīng)用研究.