程超峰，馮云崗，李 蕓

（1.上海電力設(shè)計院有限公司，上海 200025；2.國網(wǎng)上海市電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，上海 200120）

0 引言

水蓄冷系統(tǒng)利用峰谷電價差，進行蓄冷釋冷，是實現(xiàn)平衡電網(wǎng)用電負荷，減少常規(guī)機組的裝機容量和節(jié)約系統(tǒng)運行費用的一種有效手段[1]。在我國，水蓄冷系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于執(zhí)行峰谷電價政策地區(qū)的醫(yī)院、賓館、商場、辦公樓、住宅小區(qū)、工礦企業(yè)等空調(diào)系統(tǒng)和工藝用冷領(lǐng)域，并取得良好經(jīng)濟和社會效益[2]。

目前，供冷系統(tǒng)工程中水蓄冷系統(tǒng)一般與多種供冷設(shè)備，如溴化鋰機組、電制冷機組，聯(lián)合運行[3]。由于各類設(shè)備的穩(wěn)定性及成本不同，機組的運行時段和運行次序的不同會影響到系統(tǒng)供能的安全性和經(jīng)濟性[4]。因此，制定合理的運行策略至關(guān)重要?；诖耍瑢λ罾湎到y(tǒng)在供冷系統(tǒng)的運行策略進行研究。

1 水蓄冷系統(tǒng)組成和運行策略

水蓄冷系統(tǒng)的主要包括制冷機組、蓄冷水池（蓄冷罐）、板式換熱器、供冷水泵、蓄冷水泵、放冷水泵、冷卻塔和冷卻水泵。與常規(guī)制冷系統(tǒng)相比，水蓄冷系統(tǒng)增加了蓄冷水池（蓄冷罐）、板式換熱器、蓄冷水泵和放冷水泵等設(shè)備。

按照制冷機組和蓄冷裝置運行先后順序的不同，水蓄冷系統(tǒng)運行可分為制冷機組優(yōu)先和蓄冷裝置優(yōu)先2種策略。按水蓄冷系統(tǒng)控制方式的不同，可分為比例控制策略和預(yù)測控制策略。不同的運行策略能耗和運行費用不同。

2 多種類型蓄冷系統(tǒng)運行策略

2.1 運行目標

對于任何形式的部分負荷蓄冷系統(tǒng)，其運行策略擬定的最終目標為：在保證系統(tǒng)安全運行的前提下，盡可能節(jié)省運行費用。即：充分利用當?shù)仉娋W(wǎng)可提供的分時電能政策，盡可減少制冷機組在電網(wǎng)高峰期投入，甚至不投入的削峰或避峰運行；充分利用低谷電價蓄冷；合理調(diào)配系統(tǒng)逐時從蓄冷槽取冷量和制冷機投入臺數(shù)，力爭冷機在較高效率下運行。

2.2 調(diào)控策略

為方便敘述，現(xiàn)將各指標編號如下：

Qi—— —全天各時段的冷負荷，kW，i=0，1…24

QXL——水蓄冷系統(tǒng)的蓄冷總量，kW·h

PLJ——電制冷機組最大供冷功率，kW

PXJ——溴化鋰機組最大供冷功率，kW

PXL——水蓄冷系統(tǒng)最大供冷功率，kW

PLJS——電制冷機組實際供冷功率，kW

PXJS——溴化鋰機組實際供冷功率，kW

PXLS——水蓄冷系統(tǒng)實際供冷功率，kW

CLJF—— —峰值電價時段電制冷機組供冷成本，元（/kW·h）

CLJP—— —平值電價時段電制冷機組供冷成本，元（/kW·h）

CLJG——谷值電價時段電制冷機組供冷成本，元/kW

CXJ—— —溴化鋰機組供冷成本，元（/kW·h）

CXL1——采用電制冷機蓄冷時水蓄冷系統(tǒng)供冷成本，元/（kW·h）

CXL2—— —采用溴機蓄冷時水蓄冷系統(tǒng)供冷成本，元（/kW·h）

具體綜合供冷系統(tǒng)的運行策略流程如下：

（1）比較各設(shè)備的供冷成本，確定設(shè)備供冷選擇的優(yōu)先級以及蓄冷方式的選擇。

由供冷成本計算結(jié)果可知，溴化鋰機組的供冷成本最小，水蓄冷次之，電制冷最大，采用溴化鋰機組蓄冷比電制冷機組蓄冷經(jīng)濟。因此，系統(tǒng)設(shè)備的供冷優(yōu)先級順序為：溴化鋰機組＞水蓄冷＞電制冷機組。

（2）選擇蓄冷設(shè)備及時段。由于采用溴化鋰機組蓄冷時比電制冷機組蓄冷經(jīng)濟，因此宜采用溴化鋰機組蓄冷。但是，如果項目要求蓄水溫度為5℃，而溴化鋰機組制冷溫度最低為6℃、電制冷機制冷溫度可達4℃，因此，單獨采用溴化鋰機組蓄冷達不到指標要求，最經(jīng)濟的蓄冷方式是采用溴化鋰機組和電制冷機聯(lián)合蓄冷。蓄冷時段選在電價低谷時段，電制冷最為經(jīng)濟，而溴化鋰機組成本和其他時段相比沒有變化。

（3）確定調(diào)峰設(shè)備。對配置多種供冷設(shè)備的能源中心，調(diào)峰設(shè)備的選取應(yīng)根據(jù)各設(shè)備的運行成本、容量及供能功率來確定。溴化鋰機組的供冷成本最小，應(yīng)作為提供基本負荷的設(shè)備，雖然水蓄冷系統(tǒng)的供冷成本比電制冷機組小，但電制冷機組的容量（可連續(xù)性）及供冷功率較水蓄冷系統(tǒng)都大出許多，此外，如采用電制冷機組作為調(diào)峰，則機組50%以下工況基本無法進行，因此，就系統(tǒng)安全考慮，應(yīng)將水蓄冷系統(tǒng)作為調(diào)峰設(shè)備。

（4）確認全天需要開啟調(diào)峰設(shè)備的計算理論時段，并確定調(diào)峰設(shè)備的初步功率分配量。具體做法為：將Qi與PLJ+PXJ相比較，如Qi＞PLJ+PXJ，則此時段應(yīng)開啟調(diào)峰設(shè)備，該時段即定義為調(diào)峰設(shè)備開啟的計算理論時段，簡稱“調(diào)峰理論時段”。該時段調(diào)峰設(shè)備（蓄冷系統(tǒng)）的供冷功率初次定量為：PXLS=Qi-（PLJ+PXJ）。此步驟是為了保證系統(tǒng)供冷的安全與可靠性。

（5）計算峰值電價時段（不包括調(diào)峰理論時段）內(nèi)供冷設(shè)備的容量分配。

分2種情況：①調(diào)峰理論時段內(nèi)水蓄冷系統(tǒng)冷量已用完。當水蓄冷系統(tǒng)的蓄冷總量QXL在調(diào)峰理論時段內(nèi)已全部被分配完時，則峰值電價時段內(nèi)（不包括調(diào)峰理論時段）應(yīng)將全部負荷由溴化鋰機組承擔，當PXJ小于該時段的Qi時，則其它冷量由電制冷機組提供。②扣除調(diào)峰理論時段內(nèi)的供應(yīng)量，水蓄冷系統(tǒng)冷量仍有余存。當水蓄冷系統(tǒng)的蓄冷總量QXL在調(diào)峰理論時段內(nèi)用不完時，則峰值電價時段內(nèi)（不包括調(diào)峰理論時段），則：

根據(jù)該時段內(nèi)的冷負荷情況，按優(yōu)先級依次開啟溴化鋰機組，水蓄冷機組和電制冷機組。

（6）計算平值電價時段（不包括調(diào)峰理論時段及峰值電價時段）內(nèi)供冷設(shè)備的容量分配。同（5）類似，應(yīng)判斷調(diào)峰理論時段及峰值電價時段內(nèi)蓄冷系統(tǒng)的冷量用量，并判斷是否有剩余。設(shè)備的供冷量分配見（5）中的各項公式。

（7）檢查蓄冷系統(tǒng)冷量是否有剩余。如果有剩余，則增大（4）中的（蓄冷系統(tǒng)）的供冷功率初次定量PXLS，由第（4）步開始重復(fù)計算，直至蓄冷系統(tǒng)冷量分配無剩余為止。

值得強調(diào)的是，以上只是供冷設(shè)備供冷量的理論計算分配，在確定各設(shè)備開啟優(yōu)先級以及冷量分配時，還應(yīng)考慮機組變工況下的運行穩(wěn)定性及效率問題。

3 實例分析

3.1 項目實例介紹

（1）工程概況。選取世博B片區(qū)央企總部能源中心項目作為分析對象，對象工程主要為B片區(qū)內(nèi)各央企總部辦公樓及附屬商業(yè)建筑供能，供能總面積為64.7萬m2。

（2）冷負荷。能源中心全年供冷時段為3～10月，其中夏季設(shè)計日冷負荷的逐時變化范圍較大，最大冷負荷約56.8 MW，最小冷負荷約10.3 MW。

（3）供冷系統(tǒng)組成。溴化鋰機組共2臺，單臺制冷量4256 kW。電制冷冷水機組共6臺，單臺制冷量6988 kW。4個蓄冷水槽：2170 m3+4100 m3+2×500 m3，最大蓄放冷總量 30757 kW·h；最大蓄放冷功率8700 kW。

（4）地區(qū)電價。本工程位于上海地區(qū)，用電等級為10 kV接入，實行兩部制分時電價政策，各季節(jié)用電電價參照最新電價規(guī)定。

（5）各設(shè)備供冷成本的計算。本項目能源供應(yīng)設(shè)備已經(jīng)落實，供冷成本僅為運營成本，投資成本在此不必考慮。通過計算可知，蓄冷系統(tǒng)供冷成本介于溴化鋰機組與電制冷機組之間。

（6）運行策略制定。根據(jù)2.2的運行策略，對世博B片區(qū)央企總部能源中心的夏季設(shè)計日運行策略進行了擬定，通過運行策略制定結(jié)果可以看出，所提運行策略能使單臺原動機（與溴化鋰機組一配一方式組合）和制冷機組在額定負荷狀態(tài)或接近額定負荷狀態(tài)下高效運行。同時，充分實現(xiàn)了電價低谷時段的需冷量在電價高峰時段靈活調(diào)節(jié)使用，保證了整個供能系統(tǒng)的經(jīng)濟性以及負荷調(diào)節(jié)的靈便性。

4 結(jié)論及建議

（1）提出了含水蓄冷系統(tǒng)的多種類型供冷設(shè)施的綜合運行策略，一方面可減少原動機的負荷波動性，保持其高效運行；另一方面可充分利用峰谷電價差，保證系統(tǒng)運行經(jīng)濟性最優(yōu)。

（2）通過對世博B片區(qū)央企總部能源中心項目運行策略的分析可以看出，在已定方案的水蓄冷系統(tǒng)項目中，系統(tǒng)經(jīng)濟性的好壞絕大程度上取決于運行策略的合理與否。運行策略的制定應(yīng)在保證系統(tǒng)供能安全的基礎(chǔ)上，根據(jù)各類設(shè)備的運行成本的高低設(shè)置各設(shè)備供能的優(yōu)先級及冷量分配，并充分考慮變工況下機組的運行穩(wěn)定性及效率問題。

（3）由于系統(tǒng)的運行策略先于設(shè)備的實際運行情況，具有預(yù)判性，因此，建議業(yè)主在系統(tǒng)的運行過程中能夠詳細的記錄一整年的各小時運行數(shù)據(jù)，為第二年運行策略的修正提供數(shù)據(jù)支撐，使其逐步完善。

［1］劉鑒民.蓄冷空調(diào)與其它常用電網(wǎng)調(diào)峰方式調(diào)峰效益的比較研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（12）：15-18.

［2］王崢，王建.水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及經(jīng)濟性分析［J］.華北電力大學學報，2007，34（2）：130-133.

［3］張瓊，董琳琳.空調(diào)蓄冷方案在需求側(cè)管理中的成本效益分析［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，2（1）：64-66.

［4］丁慶，段紹輝，王執(zhí)中，等.冰蓄冷空調(diào)在高峰谷負荷差地區(qū)應(yīng)用的經(jīng)濟性［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學報，2014，26（1）：72-80.