徐銘明

華東電力設(shè)計(jì)院有限公司

0 項(xiàng)目概況

上海某工業(yè)區(qū)為國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，是國(guó)家首批新型工業(yè)化示范基地、國(guó)家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)。工業(yè)區(qū)內(nèi)規(guī)劃新設(shè)化工新材料創(chuàng)新基地，化工新材料創(chuàng)新基地將逐步開(kāi)發(fā)F6、F7、F8地塊，其中F6地塊為中試基地，分四期開(kāi)發(fā)，一期預(yù)計(jì)2021年建成。

本項(xiàng)目為位于F6地塊的一座智慧綜合能源站，向F6地塊一期、工業(yè)區(qū)管理中心區(qū)域（已建成，下文簡(jiǎn)稱(chēng)E7地塊）的部分企業(yè)提供冷、熱、電綜合服務(wù)，旨在打造更綠色、更高效、更智慧的現(xiàn)代科技化工業(yè)園區(qū)。

本文主要介紹分析智慧綜合能源站所供應(yīng)的冷熱系統(tǒng)及其經(jīng)濟(jì)效益。

1 冷熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目主要建設(shè)方為工業(yè)區(qū)內(nèi)的A熱電廠(chǎng)，A熱電廠(chǎng)主要業(yè)務(wù)是向工業(yè)區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)銷(xiāo)售蒸汽、電力、除鹽水等。各生產(chǎn)企業(yè)在利用蒸汽后所產(chǎn)生的冷凝水由熱電廠(chǎng)統(tǒng)一回收，回水溫度約70℃。

本項(xiàng)目能源站冷熱系統(tǒng)以?xún)?yōu)先充分利用蒸汽冷凝水余熱為原則，不足部分利用電力、蒸汽作為輸入能源，設(shè)置不同類(lèi)型的冷熱源裝置以滿(mǎn)足F6地塊一期、E7地塊部分用戶(hù)的用冷、用熱需求。系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用為基礎(chǔ)，并利用峰谷分時(shí)電價(jià)政策，合理設(shè)置水蓄能裝置，提高整體運(yùn)營(yíng)效益。供冷/熱系統(tǒng)原理示意圖如圖1、圖2。

圖1 供冷系統(tǒng)原理圖

圖2 供熱系統(tǒng)原理圖

本工程適用分時(shí)電價(jià)表如表1。

表1 分時(shí)電價(jià)表

2 冷熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 典型日冷/熱負(fù)荷

本項(xiàng)目冷熱源系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象為F6地塊內(nèi)的辦公類(lèi)建筑和E7地塊內(nèi)的辦公類(lèi)建筑、酒店建筑、體育館建筑，服務(wù)的建筑面積共計(jì)8.5萬(wàn)m2。根據(jù)對(duì)存量建筑的負(fù)荷情況調(diào)研、規(guī)劃新建建筑的負(fù)荷估算及各類(lèi)型建筑的逐時(shí)冷負(fù)荷系數(shù)[1]、各類(lèi)型建筑的逐時(shí)熱負(fù)荷系數(shù)[2]，服務(wù)范圍內(nèi)用戶(hù)的典型日逐時(shí)冷負(fù)荷情況如圖3所示，典型日逐時(shí)熱負(fù)荷情況如圖4所示。

如圖所示，典型日逐時(shí)冷負(fù)荷峰值出現(xiàn)在14:00-15:00，為10018 kW。典型日逐時(shí)熱負(fù)荷峰值出現(xiàn)在7:00-8:00，為6642 kW。

圖3 典型日逐時(shí)冷負(fù)荷

圖4 典型日逐時(shí)熱負(fù)荷

2.2 系統(tǒng)配置及運(yùn)行策略

2.2.1 系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

集中空調(diào)冷熱水系統(tǒng)采用一次泵定流量、二次泵變流量系統(tǒng)，F(xiàn)6地塊、E7地塊用戶(hù)分設(shè)2路二次泵系統(tǒng)。冷凍水供/回水溫度5/13℃，熱水供/回水溫度60/50℃。

夏季冷源系統(tǒng)主要設(shè)備采用熱水型溴化鋰機(jī)組、離心式冷水機(jī)組和水蓄能罐。溴化鋰機(jī)組熱源采用熱電廠(chǎng)供蒸汽冷凝水，冷凝水夏季參數(shù)70/60℃，200 t/h。冬季熱源系統(tǒng)主要設(shè)備采用水-水熱交換機(jī)組、汽-水熱交換機(jī)組。水-水熱交換機(jī)組熱源采用熱電廠(chǎng)供蒸汽冷凝水，冷凝水冬季參數(shù)70/55℃，150 t/h。汽-水熱交換機(jī)組的熱源蒸汽采用園區(qū)提供的0.5 MPa飽和蒸汽。

2.2.2 夏季典型日100%/75%/50%/25%負(fù)荷運(yùn)行策略

夏季典型日100%負(fù)荷運(yùn)行策略圖如圖5所示，75%負(fù)荷運(yùn)行策略圖如圖6所示。溴化鋰機(jī)組為余熱利用機(jī)組，為充分利用余熱故全天運(yùn)行。電制冷機(jī)組夜間電價(jià)谷值時(shí)運(yùn)行，蓄能罐蓄冷。白天較低負(fù)荷時(shí)優(yōu)先采用溴化鋰機(jī)組、蓄能罐向用戶(hù)供冷，高負(fù)荷時(shí)電制冷機(jī)組投入運(yùn)行。

夏季典型日50%負(fù)荷運(yùn)行策略圖如圖7所示，25%負(fù)荷運(yùn)行策略圖如圖8所示。溴化鋰機(jī)組為余熱利用機(jī)組，為充分利用余熱故全天運(yùn)行。部分電制冷機(jī)組夜間電價(jià)谷值時(shí)運(yùn)行，蓄能罐蓄冷。白天優(yōu)先采用溴化鋰機(jī)組向用戶(hù)供冷，不足部分由蓄能罐提供。

2.2.3 冬季典型日100%/75%/50%/25%負(fù)荷運(yùn)行策略

圖5 供冷運(yùn)行策略圖（100%負(fù)荷）

圖6 供冷運(yùn)行策略圖（75%負(fù)荷）

冬季典型日100%負(fù)荷運(yùn)行策略圖如圖9所示。水-水熱交換機(jī)組為余熱利用機(jī)組，為充分利用余熱故全天運(yùn)行，夜間向用戶(hù)供熱、多余部分蓄能罐蓄熱。白天高負(fù)荷時(shí)段運(yùn)行汽-水熱交換機(jī)組同時(shí)向用戶(hù)供熱，低負(fù)荷時(shí)段采用蓄熱罐釋熱。

圖7 供冷運(yùn)行策略圖（50%負(fù)荷）

圖8 供冷運(yùn)行策略圖（25%負(fù)荷）

圖9 供熱運(yùn)行策略圖（100%負(fù)荷）

冬季典型日75%負(fù)荷運(yùn)行策略圖如圖10所示。水-水熱交換機(jī)組為余熱利用機(jī)組，為充分利用余熱故全天運(yùn)行，夜間向用戶(hù)供熱、多余部分蓄能罐蓄熱。白天不足部分采用蓄熱罐釋熱。

冬季典型日50%負(fù)荷運(yùn)行策略圖如圖11所示，25%負(fù)荷運(yùn)行策略圖如圖12所示。水-水熱交換機(jī)組為余熱利用機(jī)組，全天根據(jù)用戶(hù)需求直接供熱。

圖10 供熱運(yùn)行策略圖（75%負(fù)荷）

圖11 供熱運(yùn)行策略圖（50%負(fù)荷）

圖12 供熱運(yùn)行策略圖（25%負(fù)荷）

2.3 余熱利用經(jīng)濟(jì)效益

熱電廠(chǎng)供蒸汽冷凝水的余熱在夏季/冬季分別通過(guò)熱水型溴化鋰機(jī)組/水-水熱交換機(jī)組利用，作為冷/熱源向用戶(hù)提供空調(diào)冷/熱水。按照2.2節(jié)所述的各負(fù)荷率典型日運(yùn)行工況計(jì)算，全年通過(guò)余熱利用所產(chǎn)出的供冷、供熱總量見(jiàn)表2。

表2 余熱利用輸出供冷/熱量

若按夏季采用離心式電制冷機(jī)組、冬季采用電鍋爐的方案來(lái)測(cè)算經(jīng)濟(jì)效益，若需產(chǎn)出同等供冷、供熱量所耗費(fèi)的全年用電量及電費(fèi)，詳見(jiàn)表3。

表3 余熱利用經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)測(cè)算可知，通過(guò)蒸汽冷凝水的余熱回收制冷制熱，全年可產(chǎn)出的供冷供熱量為652.8萬(wàn)kWh，折合節(jié)約產(chǎn)出同等冷/熱量所需的電制冷/制熱設(shè)備所需用電量為429.7萬(wàn)kWh（夏季51.9萬(wàn)kWh，冬季377.8萬(wàn)kWh）折合節(jié)約全年電費(fèi)293.3萬(wàn)元（夏季35.4萬(wàn)元，冬季257.9萬(wàn)元）。

2.4 水蓄能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益

1）水蓄能系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)主要設(shè)備初投資費(fèi)用對(duì)比，詳見(jiàn)表4。

2）水蓄能系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，詳見(jiàn)表5、表6（二次泵運(yùn)行費(fèi)用不包括在測(cè)算范圍內(nèi)）。

通過(guò)測(cè)算可知：

（1）水蓄能系統(tǒng)初投資1216萬(wàn)元，常規(guī)供冷熱系統(tǒng)初投資810萬(wàn)元。

（2）水蓄能系統(tǒng)全年運(yùn)行費(fèi)用為151.8萬(wàn)元，常規(guī)供冷熱系統(tǒng)全年運(yùn)行費(fèi)用為291.7萬(wàn)元。

（3）兩種方案的差額投資回收期為2.9年。

3 結(jié)論

表4 初投資費(fèi)用對(duì)比表

表5 水蓄能系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)園區(qū)蒸汽冷凝水的余熱利用進(jìn)行供冷供熱，經(jīng)測(cè)算分析可知，此部分余熱利用可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可觀(guān)，全年節(jié)約293.3萬(wàn)元。通過(guò)對(duì)水蓄能系統(tǒng)和常規(guī)供冷供熱系統(tǒng)的對(duì)比分析可知，水蓄能系統(tǒng)的初投資增加406萬(wàn)元，全年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用139.9萬(wàn)元。按系統(tǒng)設(shè)備使用壽命為20年測(cè)算，不考慮設(shè)備折舊費(fèi)用以及利率等因素，本項(xiàng)目由于采用余熱利用和水蓄能系統(tǒng)，全壽命周期內(nèi)的費(fèi)用較常規(guī)供冷供熱系統(tǒng)共節(jié)約8258萬(wàn)元。

表6 常規(guī)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用

本項(xiàng)目通過(guò)充分利用工業(yè)園區(qū)的余熱和水蓄能系統(tǒng)為園區(qū)提供清潔、經(jīng)濟(jì)的能源，經(jīng)分析計(jì)算，經(jīng)濟(jì)效益明顯。系統(tǒng)符合能源梯級(jí)利用，與園區(qū)共同實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、打造綠色高效的新型工業(yè)園區(qū)。