文_張向榮 顏將林 楊智勇

北京金茂綠建科技有限公司

1 項(xiàng)目基本情況

1.1 項(xiàng)目背景

項(xiàng)目區(qū)域總建筑面積約337 萬(wàn)m2，包含百貨、餐飲、辦公、酒店、醫(yī)院等各種業(yè)態(tài)，各建筑業(yè)態(tài)面積統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。建筑區(qū)域公建占比高，冷、熱負(fù)荷需求大，適宜集中供能。

表1 各業(yè)態(tài)建筑面積統(tǒng)計(jì)表 單位：m2

1.2 建設(shè)條件及可再生資源條件分析

項(xiàng)目2km 范圍內(nèi)有3 個(gè)110kV 變電站，電力容量充足，接入條件良好。該項(xiàng)目電力采用一般工商業(yè)電價(jià)，為單一制電價(jià)。項(xiàng)目周?chē)谐鞘兄袎喝細(xì)夤芫W(wǎng)，燃?xì)夤?yīng)充足，天然氣價(jià)格約為2.5 元/m3。

項(xiàng)目緊鄰污水提升泵站，設(shè)計(jì)規(guī)模為31.39 萬(wàn)m3/d，夏季最高水溫24℃，冬季最低水溫12℃。污水提升泵站至本能源站取水點(diǎn)小于30m，具備良好的污水源熱泵實(shí)施條件。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 負(fù)荷分析

方案設(shè)計(jì)階段，冷熱負(fù)荷計(jì)算采用面積指標(biāo)法。綜合考慮區(qū)域用戶(hù)的接入率和達(dá)產(chǎn)率，確定實(shí)際供能面積。由于供能區(qū)域內(nèi)業(yè)態(tài)較為綜合，選取一定同時(shí)使用系數(shù)，公共建筑取0.65，住宅取0.4。項(xiàng)目根據(jù)區(qū)域負(fù)荷成長(zhǎng)情況分三期實(shí)施，分期冷熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 項(xiàng)目冷熱負(fù)荷計(jì)算 單位：MW

2.2 技術(shù)路線(xiàn)分析

2.2.1 總體技術(shù)路線(xiàn)

項(xiàng)目所在地燃?xì)鈨r(jià)格較低，且當(dāng)?shù)貙?duì)燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)有財(cái)政補(bǔ)貼（按發(fā)電功率計(jì)2000 元/kW，最高1500 萬(wàn)元），優(yōu)先選擇燃?xì)馊?lián)供技術(shù)路線(xiàn)。項(xiàng)目周?chē)胸S富的污水資源，可以選擇采用污水源熱泵技術(shù)供冷供熱。同時(shí)，設(shè)置一定的燃?xì)忮仩t和冷水機(jī)組作為調(diào)峰和備用冷熱源。

最終，選用基于能源梯級(jí)利用的天然氣冷熱電三聯(lián)供分布式能源技術(shù)、污水源熱泵制冷制熱技術(shù)，離心式高效冷水機(jī)組技術(shù)以及冷凝式燃?xì)忮仩t技術(shù)組成的復(fù)合式供能技術(shù)。項(xiàng)目原則性系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

圖1 項(xiàng)目原則性系統(tǒng)流程圖

2.2.2 三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

設(shè)計(jì)原則：①分布式供能系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮“以電定熱”，供電比例為系統(tǒng)總用電負(fù)荷的20%～30%，并網(wǎng)不上網(wǎng)，確保分布式供能系統(tǒng)年利用小時(shí)數(shù)大于2500h，充分利用發(fā)電余熱。②分布式供能及污水源熱泵系統(tǒng)承擔(dān)基本負(fù)荷，離心式冷水機(jī)組承擔(dān)調(diào)節(jié)負(fù)荷，確保分布式能源穩(wěn)定運(yùn)行，燃?xì)饫淠裏崴仩t作為備用及調(diào)峰使用。

2.2.3 發(fā)電機(jī)組容量及類(lèi)型選擇

天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)除了具有能量梯級(jí)利用的優(yōu)勢(shì)外，也有明顯缺點(diǎn)，初投資高（5000 ～6000 元/kW），運(yùn)行維護(hù)成本較高。按照單純按照冷水機(jī)組+水源熱泵方案（機(jī)房綜合系統(tǒng)能效比夏季4，冬季3），能源站各期裝機(jī)容量見(jiàn)表3。

表3 項(xiàng)目用電負(fù)荷估算表 單位：kW

根據(jù)表3 來(lái)估算初步發(fā)電機(jī)容量，一期考慮發(fā)電機(jī)容量2M～3MW，二期發(fā)電容量2M～3MW，三期考慮發(fā)電容量3M～4MW。

參考項(xiàng)目所在地節(jié)能補(bǔ)貼政策，發(fā)電總裝機(jī)容量控制在6M～8MW。

2.2.4 污水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

項(xiàng)目平均污水量按 1.3 萬(wàn)m3/h 計(jì)算，考慮污水安全利用量及污水換熱后參數(shù)，夏季污水可提取冷量為49.5MW；冬季污水可提取熱量為61.6MW。

按照冬季制熱來(lái)選取污水源熱泵機(jī)組。擬采用3 臺(tái)制熱量為9.5MW 的離心式水源熱泵機(jī)組+2 臺(tái)制熱量為6MW 的離心式水源熱泵機(jī)組搭配，作為基礎(chǔ)和調(diào)節(jié)冷熱源。

2.2.5 調(diào)峰鍋爐與冷機(jī)設(shè)計(jì)與分析

為提高區(qū)域能源系統(tǒng)的供能穩(wěn)定性及可靠性，擬定鍋爐供熱量為系統(tǒng)總熱負(fù)荷的20%～25%，主要作為前期污水量不足情況下的備用熱源，以及調(diào)峰使用。選用2 臺(tái)5.6MW 燃?xì)饫淠裏崴仩t作為供熱調(diào)峰和備用熱源。

根據(jù)上述工藝供能設(shè)備的選擇及估算總冷負(fù)荷，水源熱泵供冷負(fù)荷不足部分由常規(guī)水冷機(jī)組來(lái)提供，選用6 臺(tái)10MW 的離心式冷水機(jī)組作為補(bǔ)充調(diào)峰冷源。

3 運(yùn)行調(diào)節(jié)

3.1 供冷策略

一期制冷供能開(kāi)始，負(fù)荷較低時(shí)，開(kāi)啟能源站的離心式冷水機(jī)組；當(dāng)系統(tǒng)用電量＞2MW 時(shí)，開(kāi)啟 2MW 天然氣分布式能源系統(tǒng)（能源價(jià)格合理情況下），余熱進(jìn)入溴化鋰吸收式機(jī)組制冷，其余不足由離心式冷水機(jī)組和離心式污水源熱泵機(jī)組提供。

3.2 供熱策略

一期制熱供能開(kāi)始后，低負(fù)荷情況下，開(kāi)啟制熱量為 6MW 的離心式水源熱泵；當(dāng)系統(tǒng)用電量＞2MW 時(shí)，開(kāi)啟2MW 天然氣分布式能源系統(tǒng)（能源價(jià)格合理情況下），余熱進(jìn)入溴化鋰吸收式機(jī)組制熱，其余不足熱量由離心式污水源熱泵機(jī)組提供。

4 系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇

該復(fù)合式能源系統(tǒng)輸入電力、燃?xì)狻⑽鬯Y源，凈輸出為供熱量或供冷量。單一燃?xì)忮仩t效率、系統(tǒng)COP、燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)能源利用率都無(wú)法公允評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能，必須對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行修正和完善，對(duì)不同輸入資源進(jìn)行合理折算。建議采用年一次能源利用率（PER）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和年系統(tǒng)綜合性能系數(shù)（ASCOP）。

年一次能源利用率指在一個(gè)完整的供能期內(nèi)，供能系統(tǒng)建筑物獲得的熱量或冷量與消耗的一次能源之比。即：

PER= 建筑得熱量（冷量）/(燃?xì)庀牧俊寥細(xì)鉄嶂?電力消耗量×電力等價(jià)折算系數(shù))×100%

電力參照大型燃煤發(fā)電機(jī)組供電煤耗計(jì)算，1kWh 電力折算310gce，標(biāo)準(zhǔn)煤熱值為7000cal/kg，折算系數(shù)為9074kJ/kWh。

年系統(tǒng)綜合性能系數(shù)為在一個(gè)完整的供暖期（制冷期）內(nèi)，供能系統(tǒng)建筑物獲得的熱量（冷量）與冷熱源主機(jī)、水泵及其他耗能設(shè)備凈輸入電量之比。

ASCOP =建筑得熱量（冷量）/(燃?xì)庀牧俊寥細(xì)庹垭娤禂?shù)+電力消耗量)

燃?xì)庹垭娤禂?shù)按當(dāng)前大型燃?xì)怆姀S供電效率計(jì)，折算系數(shù)為5.5kWh/Nm3；

4.2 系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)

根據(jù)上述性能評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)該項(xiàng)目計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表4?？梢钥闯?，復(fù)合能源系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)性能（注：由于輸出產(chǎn)品為冷量和熱量，從污水源中吸熱和排熱未計(jì)入，因此系統(tǒng)一次能源利用率可以大于100%）。

表4 區(qū)域能源項(xiàng)目性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

以供熱期年一次能源利用率為例，當(dāng)單獨(dú)采用燃?xì)忮仩t供熱時(shí)，實(shí)際一次能源利用率約85%；當(dāng)單獨(dú)采用污水源熱泵時(shí)，實(shí)際一次能源利用效率為139%；當(dāng)污水源熱泵和燃?xì)馊?lián)供聯(lián)合，污水源熱泵所需電力恰好由燃?xì)馊?lián)供供應(yīng)時(shí)，實(shí)際一次能源利用效率約為180%。本項(xiàng)目由于燃?xì)馊?lián)供僅供應(yīng)部分污水源熱泵電力，一次能源利用率介于二者之間。因此，采用一次能源利用率可以合理反映系統(tǒng)性能。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目針對(duì)供冷供熱工況不同的能源輸入，選擇一次能源利用率和綜合性能系數(shù)作為系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并明確了燃?xì)夂碗娏Φ恼鬯惴椒ā７治霰砻?，這兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)可合理的反映復(fù)合式能源系統(tǒng)的性能。