商艷飛
摘? 要:分布式能源系統(tǒng)是能源高效利用的重要形式,其運行方式具有典型的能量梯級利用特性。該文以上海某大廈的能源使用情況為基礎(chǔ),設(shè)計了天然氣分布式能源系統(tǒng),詳細介紹了分布式能源站的設(shè)備選型方式,滿足了大廈的安全用電以及熱負荷需求。整個系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。
關(guān)鍵詞:分布式能源系統(tǒng);方案設(shè)計;商業(yè)綜合體
中圖分類號:TU246? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼:A
0 引言
分布式能源系統(tǒng)是以燃氣及生物質(zhì)能、太陽能、氫能、風(fēng)力和其他清潔、可再生的能源為一次能源,在用戶現(xiàn)場或靠近用戶現(xiàn)場的小型或微型獨立輸出就地使用電、熱(冷)能的系統(tǒng)。一次能源經(jīng)過各種轉(zhuǎn)換方式組合,以最經(jīng)濟、最高效的方式直接向用戶提供所需要的電力、空調(diào)冷水、采暖熱水、生活熱水、蒸汽等能源產(chǎn)品。在當(dāng)前單位GDP能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的背景下,分布式能源系統(tǒng)是降低綜合能耗、改善環(huán)境的重要研究方向,具有能源綜合利用效率高、污染物排放低、綜合用能成本省等優(yōu)點[1]。1)能源綜合利用效率高:通過對能量的梯級利用,系統(tǒng)綜合能源源利用效率可達80%以上甚至更高。2)污染物排放低:一次能源采用天然氣、太陽能、風(fēng)能等清潔/可再生能源,降低了污染物的排放,二氧化碳排放量減少50%以上,二氧化硫及煙塵排放量基本為零。3)綜合用能成本省:分布式能源站根據(jù)用戶用能需求,定制化設(shè)計,一次能源轉(zhuǎn)化率高,能源輸送半徑小,輸送過程損耗低,可有效降低用戶的綜合用能成本,同時提高了用戶能源的安全性和可靠性。
1 項目概況
1.1 概述
“上海某大廈” 位于小陸家嘴核心區(qū),其主體建筑結(jié)構(gòu)高度為580 m,總高度632 m,地上121層,地下5層,總建筑面積57.6萬m2(包括地上建筑面積38萬m2),綠化率33% 。該項目根據(jù)該大廈餐飲區(qū)域的冷、熱負荷容量及特點,在該區(qū)域適當(dāng)位置有針對性地建設(shè)天然氣分布式能源中心,滿足該地區(qū)冷、熱負荷需求。
能源中心考慮裝設(shè)內(nèi)燃機、熱水型溴化鋰機組、煙氣-熱水換熱器及水-水板式換熱器,實現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供,使得清潔能源和綠色建筑得到良好融合,不但有利于大廈能源的綜合利用,這對建設(shè)綠色大廈,創(chuàng)新能源利用方式、優(yōu)化資源利用、發(fā)展綠色經(jīng)濟有著積極意義。因此,能源中心工程建設(shè)對改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境、發(fā)展低碳經(jīng)濟具有重大意義。
1.2 大廈用能分析
1.2.1 大廈電力負荷分析
該項目所在地在其周邊規(guī)劃建設(shè)110 kV大廈用戶站,該站主變?nèi)萘繛?×40 MVA,為110 kV/10 kV的兩卷變,兩路電源進線分別來自于規(guī)劃220 kV即墨站和220 kV連云站。該站110 kV側(cè)采用帶斷路器的線路變壓器組接線方式,10 kV側(cè)采用單母線四分段接線。10 kV側(cè)出線規(guī)模36回,如圖1所示。
該項目按并網(wǎng)不上網(wǎng)的方式運行,所發(fā)電力全部用于大廈內(nèi)部消耗,不足的電力由電網(wǎng)補充。
1.2.2 大廈冷熱負荷分析
該項目冷熱供能范圍為大廈低區(qū)地下5層至地上7層,共12層樓,總建筑面積約為27.97萬㎡,其中地下2層為能源中心,地下四層、五層為停車庫。低區(qū)地上建筑總面積8.4萬m2,低區(qū)地下建筑面積約19.6萬m2。
根據(jù)大廈各地塊用地面積、總建筑面積和使用功能、容積率、控制高度等指標(biāo),按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189—5005)對各建筑單體的圍護結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)和室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù),上海某大廈低區(qū)地下空間計算標(biāo)準(zhǔn)按空調(diào)面積占建筑面積的80%考慮,低區(qū)地上部分計算標(biāo)準(zhǔn)按空調(diào)面積占建筑面積的90%考慮,低區(qū)地下空間的冷熱負荷同時使用系數(shù)取0.7,低區(qū)地上部分冷熱負荷同時使用系數(shù)取0.8,分析得出該區(qū)域的空調(diào)冷負荷和空調(diào)熱負荷。
設(shè)計日負荷是設(shè)備選型的依據(jù),該報告對低區(qū)區(qū)域的設(shè)計日負荷進行了計算匯總, 具體負荷數(shù)據(jù)如圖2所示。
通過圖2分析,可以得出以下3點結(jié)論。1)夏季設(shè)計日冷負荷的逐時變化范圍較大,最大冷負荷出現(xiàn)在中午12點,約為19.6 MW,最小冷負荷出現(xiàn)在凌晨4點,約為7.6 MW。2)冬季設(shè)計日熱負荷的逐時變化范圍較平緩,最大熱負荷出現(xiàn)在下午8點,約為13.4 MW,最小熱負荷出現(xiàn)在凌晨1點,約為5.3 MW。3)全年冷、熱負荷大于1 MW的時間數(shù)為7 150 h左右,冷、熱負荷大于3 MW的時間數(shù)為5 050 h左右,冷、熱負荷大于5 MW的時間數(shù)為3 750 h左右,冷、熱負荷大于10 MW的時間數(shù)為1 350 h左右。
1.3 分布式能源系統(tǒng)配置方案
考慮到該工程三聯(lián)供系統(tǒng)與大廈能源站的裝機負荷匹配,該工程初步按照裝機負荷滿足大廈冷、熱負荷基礎(chǔ)值設(shè)計。裝機2×1165 kW燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組+煙氣換熱器+熱水型溴化鋰機組。主要設(shè)備參數(shù)如下。
1.3.1 內(nèi)燃機
燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組:2臺(1 165 kW)。
額定發(fā)電出力:1 165 kW。
機組發(fā)電效率:40.3%。
機組熱效率:48.3%。
電壓等級:10.5kV。
天然氣氣耗:288.1 Nm3/h。
排煙溫度:441℃。
排氣熱能:649 kW。
發(fā)動機冷卻:747 kW。
低溫冷卻水散熱量:56 kW。
機組輻射量:78 kW。
1.3.2 煙氣換熱器
臺數(shù):2臺。
換熱量:649 kW。
換熱器煙氣側(cè)進/出口溫度:441/120℃。
換熱器熱水側(cè)進/出口溫度:87/95.5℃。