李鑫毅

上海申能能源服務有限公司

0 項目背景

虹橋商務區(qū)智慧能源項目是上海虹橋商務區(qū)智慧城市建設的重要項目，覆蓋核心區(qū)3.7km2，滿足區(qū)域內352棟公共建筑（建筑面積約5 500 000 m2）的冷、熱、電負荷需求。項目供能以天然氣分布式能源為主，輔以光伏、風電等可再生能源，并結合儲能技術及裝置，以大數據分析、人工智能和信息安全為技術支撐，以滿足用戶端需求為服務導向，可實現(xiàn)能源的梯級利用與動態(tài)調配，全面展現(xiàn)了智慧能源網的冷熱電三聯(lián)供、多能互補、多點儲能及微電網等要素的示范應用。

項目由申能集團控股（51%）、地產集團參股（49%）共同投資建設，具體業(yè)務由申能集團主導開展。項目自2011年3月開工，于2014年5月投產，2019年進入良性運營狀態(tài)，計劃2025年全部建成，總投資約35億元人民幣。

1 供能系統(tǒng)

本項目規(guī)劃建設5個能源站，目前已建成投運1號站和2號站，3號站正在籌建中。1號和2號站裝機容量共11.2MW，每個站分別由4臺天然氣內燃發(fā)電機（英國康明斯，單機1.4MW）與4臺吸收式溴化鋰空調（遠大）構成。供能系統(tǒng)通過10kV線路并入電網，采用“自發(fā)自用、余電上網”模式。

投運后1號和2號站系統(tǒng)運行良好，系統(tǒng)綜合效率達到76.04%，節(jié)能率為22.9%，CO2減排率為49.5%，平均每臺機器每小時節(jié)省1.03t標煤，減排CO25.58t，并于2017年底通過了上海市分布式供能后評估指標要求（全年滿載運行2 000h以上，綜合效率達到70%以上）。

2 商務區(qū)用能負荷分析

2.1 季節(jié)特性分析

圖1和圖2顯示了2018年虹橋商務區(qū)1號和2號站的冷熱負荷情況。

由圖1和圖2可見，虹橋商務區(qū)在冬、夏兩季的冷、熱負荷有較明顯的互補特點，冬季供熱、夏季供冷的需求量極大，同時伴有較小規(guī)模的反季節(jié)冷熱負荷需求；在春、秋兩季，系統(tǒng)整體負荷處于低谷，并對冷熱負荷均有一定需求。

圖1 2018年1號站供能情況

圖22018年2號站供能情況

2.2 日特性分析

圖3 以6月25日～7月1日的冷熱負荷為例，顯示了虹橋商務區(qū)的日間負荷需求變化情況。

圖3 測量點趨勢圖

由圖3可見，冷、熱負荷每日間呈現(xiàn)規(guī)律性的峰谷波動，晝夜用能差距巨大。上午8:00左右負荷急劇下滑，要求供能系統(tǒng)具有較快的響應速度，以適應大幅度的負荷波動。

3 運行策略與運行設計

3.1 季節(jié)運行策略

根據用戶負荷特性和用能規(guī)律，研究制定了3個運行模式（冬季模式、夏季模式、過渡季模式），以保證商務區(qū)的供能。

1)冬季模式

冬季的熱負荷需求大于發(fā)電機的最大電制熱負荷，故優(yōu)先采用發(fā)電機投入制熱模式，鍋爐將用來填補4臺發(fā)電機滿載運行時出現(xiàn)的熱負荷缺口，從而促進了經濟收益與節(jié)能減排效益達到最大化。同時，利用離心機響應速度快、冬季制冷效率高、可利用管網儲能的特性，將離心機作為快速反應機組進行反季節(jié)供能，根據進回水溫度適時供能。

2)夏季模式

夏季的冷負荷需求大于發(fā)電機的最大制冷負荷，故優(yōu)先采用發(fā)電機投入制熱模式，并使用離心機協(xié)同供能。運行過程中，保證有1臺發(fā)電機投入制熱模式，以滿足商務區(qū)的反季節(jié)用能需求，避免采用鍋爐供能導致的系統(tǒng)綜合效率下降。

3)過渡季模式

春、秋季為用能低谷，每個站采用2臺發(fā)電機組投入運行，根據系統(tǒng)進回水溫差來決定啟動1臺或是2臺；另外2臺發(fā)電機作為常備狀態(tài)，在其他發(fā)電機發(fā)生故障或檢修時投入運行。過渡季節(jié)合理安排檢修計劃，保證各臺機組以最好狀態(tài)進入供能高峰季節(jié)。

3.2 每日運行策略

基于季節(jié)運行策略，與每日用能特點，研究得出每日運行策略。

1）冬季期間

分布式發(fā)電機組采用煙氣和發(fā)電機缸套水余熱進行熱交換，制熱模式的響應速度較快。在用能高峰期（早6時至晚10時），使用4臺發(fā)電機全部投入制熱模式運行。在用能低谷期（晚10時至次日早6時），使用2臺發(fā)電機投入制熱模式運行，另2臺發(fā)電機進入待機狀態(tài)。

2）夏季期間

分布式發(fā)電機組使用溴化鋰空調制冷，制冷模式的響應速度較慢（需1小時啟動）。在用能高峰期（早6時至晚10時），使用3臺發(fā)電機組投入制冷模式。在用能低谷期（晚10時至次日早6時），使用離心機制冷，避免頻繁啟停發(fā)電機造成的制冷效率降低。另1臺發(fā)電機組全時間投入制熱模式，根據進回水溫度自動確定啟停狀態(tài)。

3）過渡季期間

發(fā)電機組根據系統(tǒng)開機邏輯自動判斷啟停，并保證最低開機小時數，避免頻繁啟停。同時，保持發(fā)電機組運行數量在1～2臺，其他發(fā)電機待機或者檢修。春季，可將1臺發(fā)電機投入制熱模式，另外1～2臺發(fā)電機投入制冷模式，保證制熱和制冷需求；秋季，將2臺發(fā)電機投入制熱模式，以備采暖需求。根據當季環(huán)境氣溫，靈活調度發(fā)電機運行狀態(tài)，保證最大限度地使用分布式供能系統(tǒng)。

4 供能系統(tǒng)維護保養(yǎng)策略

分布式系統(tǒng)的維護保養(yǎng)需要結合運行策略進行安排，根據制定的季節(jié)運行策略，主導思想為：

1)分布式發(fā)電機組的維護時間需結合發(fā)電機維保手冊進行日常維護，維護前需提前2h～3h停機冷卻，每次維護時需進行油樣采集，用以分析了解發(fā)動機狀態(tài)。根據油品分析結果以及相關設備檢查結果，確定新的維保計劃。

2)分布式系統(tǒng)發(fā)電機的維護需嚴格按照維保手冊中的相關要求開展。

3)分布式系統(tǒng)輔機設備需做好每日巡檢，確保正常運行，并在每年過渡季進行相應的維護保養(yǎng)以確保供能高峰的安全運行。

4)維護保養(yǎng)需按照規(guī)定，完成相應的安全保護。

5 維護與保養(yǎng)的實施方案

維護保養(yǎng)與運行策略配合實施，以保證發(fā)電機組的正常運行，具體實施方案如下：

1)結合商務區(qū)用能的季節(jié)性特點，將分布式發(fā)電機組的大部分輔機設備維護安排在過渡季節(jié)。春季時，減少發(fā)電機機組的開機數量，有計劃對溴化鋰空調、機組應急換熱模塊的維護保養(yǎng)。秋季時，進行供熱模塊的清洗維護工作。

2)分布式發(fā)電機組在年初制定運行計劃，并根據計劃開展發(fā)電機組的維護保養(yǎng)。發(fā)電機組的日常維護工作（如750h，1500h等級別的維護）在1-2個工作日內即可完成，可根據生產計劃安排。發(fā)電機的大修（如12 000h，24 000h等級別的維護）需根據年度計劃，安排在過渡季進行。應提前半年做好維護保養(yǎng)的計劃安排，并做好零配件的咨詢與采購。由于零配件主要為進口產品，供應周期相對較長，一般應在年初或9月份制定計劃并實施采購，以具備在當年秋季或次年春季進行大修維保的條件。

3)在對發(fā)電機組不同級別的維護保養(yǎng)中，需根據維保手冊做好數據采集和記錄，對每臺機器的使用情況與機器狀態(tài)進行分析。如1 500h維保采集的潤滑油的油樣進行油品分析后，可作為延長維保時間的依據。根據實際數據與廠家維護手冊中的官方指導意見進行比較，適當延長或縮短大修維保周期。

4)分布式發(fā)電機組的零配件多為進口產品，需在每年年初做好采購預算和計劃。根據全年的維保計劃和不同維保級別所使用的備品備件，在年初進行一次性采購，并通過比價獲得較為優(yōu)惠的備件價格，降低維保成本。易耗易損件（如火花塞，潤滑油等）由于供應商較多且備貨相對充足，可根據實際使用情況，提前1至2個月進行采購。所有的零配件采購應嚴格遵守廠家官方出具的維保備件清單，按照其規(guī)定目錄中的品牌進行備件，不得隨意使用其他未經認證的品牌及供應商。

6 維護保養(yǎng)實際案例分析

案例1：分布式供能系統(tǒng)輔機設備突發(fā)性故障

2018年11月中旬，分布式供能系統(tǒng)中的供能模塊發(fā)生故障，出現(xiàn)煙道漏水情況。經排查，發(fā)現(xiàn)煙氣換熱器發(fā)生燒蝕，導致水路漏水，致使煙道內大量積水，引發(fā)故障停機。在對其他機組進行排查時，發(fā)現(xiàn)1號、2號站有6臺機組出現(xiàn)了不同程度的漏水。發(fā)現(xiàn)問題后，運營方立刻組織解決，將煙氣換熱器返廠維修。事后總結發(fā)現(xiàn)，由于煙氣換熱器不易出現(xiàn)損壞故障，安裝位置距地面約5m且重量達1t，運行維保人員未將其列入過渡季節(jié)例行維保項目表，未對煙氣換熱器進行清洗維護，在供熱季節(jié)來臨之前也未對每臺機器進行試運行，未做到提前維護和對發(fā)電機組的適時狀態(tài)評估。

分布式發(fā)電機組應做好提前維護，對未在例行維護清單的輔機設備，也需開展例行檢查，確保設備不發(fā)生滲漏等情況。并應在制冷和制熱季前1個月將每臺發(fā)電機投入試運行，對設備狀態(tài)進行記錄、評估，確保發(fā)電機組以最好狀態(tài)進入供能高峰季節(jié)。

案例2：分布式供能系統(tǒng)發(fā)電機維護時間調整

2019年2月，對發(fā)電機組運行情況開展分析，測量了發(fā)電機組火花塞點火電極間隙、活塞連桿伸長量，對單次維保周期的潤滑油進行了油品分析，并基于一系列的采集成果，對發(fā)電機組的運行狀態(tài)進行評估。根據發(fā)電機組火花塞出現(xiàn)的失火現(xiàn)象，進行了跟蹤測量和間隙調整，最后確定該型號火花塞無法滿足在750h維保周期內的狀態(tài)達標；在500h左右，火花塞間隙會過大導致機器狀態(tài)下滑，應將原有火花塞品牌進行更換或者縮短維保時間。由于縮短維保時間會導致維保成本上升，在廠家提供的供應商名單中另選一家火花塞品牌，經單機試運行工況的跟蹤測量，得出此品牌火花塞性價比更高，可滿足750h的正常維保周期，并將此型火花塞進行推廣使用。

基于對一系列基礎數據及維護檢查記錄進行分析，對每臺發(fā)電機的運行狀態(tài)有了具體的了解。與設備廠家溝通研究后，將12 000h的大修維保周期提升至15 000h，進一步節(jié)省了運行維護成本。

本案例凸顯了維保計劃和發(fā)電機日常維護運行數據的重要性。根據這些數據進行分析，在嚴格按照設備廠商提供的維保手冊基礎上，研究制訂有效的維保方案，延長了發(fā)電機組的使用時間，降低了運行維護的成本。

7 保障作業(yè)安全

1)安全風險分析

在進行維保前需進行安全風險分析，針對安全風險，作業(yè)前安全措施到位，并做好應急預案，防患于未然。

2)人員培訓并持證上崗

強化作業(yè)人員的安全培訓和技能培訓，熟悉機組運行維保操作手冊和維修作業(yè)規(guī)程，熟悉維修作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。作業(yè)人員獲得相關授權并持證上崗。

3)個人防護措施到位

作業(yè)人員進入作業(yè)場嚴格執(zhí)行安全防護措施，如穿戴工作服、安全帽等，所有作業(yè)人員都應熟悉現(xiàn)場逃生路線。

4)嚴格遵守安全規(guī)程作業(yè)

日常運行維護中，必須嚴格遵守相關安全生產規(guī)章制度。將運行與維保的安全放在第一位。維保和運行人員必須遵守公司安全生產部門編制的相關安全生產條例，爭取做到安全生產零事故。

8 經驗總結

1）分布式供能系統(tǒng)需結合用戶的用能特點、供能配置等制定運行策略。年初需做好運行、維保計劃，并參照計劃做好全年維保費用預算。應盡量將能源站內制冷機組、鍋爐和分布式發(fā)電機組的大修維保安排在供能壓力較小的春季和秋季。

2）注重發(fā)電機組運行數據的分析，研究用戶的用能規(guī)律，有針對性地制定維護檢修策略。

3）基于對機組運行狀態(tài)規(guī)律研究和大數據分析，可探索適當延長維保周期及實施狀態(tài)維修的可行性。