日立壓縮機水蓄冷方案可行性分析

1、日立壓縮機水蓄冷方案可行性分析1、蓄冷方式選擇蓄冷系統(tǒng)主要有冰蓄冷和水蓄冷2種方案。相互比較而言，冰蓄冷系統(tǒng)具有 蓄冷密度高、占地面積小、換熱溫差大、可制得較低溫度的優(yōu)點；水蓄冷系統(tǒng)具 有運行穩(wěn)定可靠、初投資小、運行維護成本低、可充分利用現(xiàn)有空調(diào)機組設(shè)備的 優(yōu)勢。對于日立壓縮機企業(yè)，若采用冰蓄冷系統(tǒng)，則需要對現(xiàn)有的冷水機組進行改 裝或者增加雙工況制冷機組，導(dǎo)致初始成本較高，投資回收周期漫長。故從經(jīng)濟 性角度考慮，在本項目中優(yōu)先考慮采取水蓄冷方案。 根據(jù)調(diào)研和計算結(jié)果，目前 日立壓縮機在夏季空調(diào)用電高峰期。日立壓縮機企業(yè)現(xiàn)有多臺水冷柜式空調(diào) （額 定電功率之和為1711kW額定制冷量為5741k

2、V）用于廠房供冷。初步預(yù)計改造 為中央空調(diào)系統(tǒng)，按照 COP為4.0估計，改造后額定電功率降為 1435kW改造 為水蓄冷系統(tǒng)后，以大部分制冷機作為水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的制冷主機用于制取冷凍 水蓄冷并協(xié)同提供空調(diào)所需的冷負荷，另備少量功率制冷機作為基載系統(tǒng)用于輔 助供冷。該系統(tǒng)流程圖如下圖所示：圖.1-日立壓縮機水蓄冷系統(tǒng)運行流程圖運行原則為白天峰電時段優(yōu)先使用蓄水箱的冷水供冷；在平電時段，由蓄水箱內(nèi)剩余的冷水與制冷主機聯(lián)合供冷；夜間由制冷機組在提供蓄冷的同時提供空 調(diào)所需的冷量，若制冷主機在蓄冷的同時提供的空調(diào)冷量小于所需的冷量，則由由基載系統(tǒng)提供所缺的冷量，對于極端天氣，可以制冷主機可以停止蓄冷

3、并和基 載協(xié)同提供空調(diào)冷負荷。2、蓄冷容量、功率根據(jù)現(xiàn)有資料，假定運行時優(yōu)先利用煉膠后廢棄的熱蒸汽作為吸收式制冷 機制冷，初步估算出日立壓縮機全年各月空調(diào)耗電量如下表所示：表.1-日立壓縮機全年各月空調(diào)耗電量1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月合計改造后峰電功 率(kW360.4479.8513.4667.5779.1916.9719.7799.4636.0629.6571.4 402.1改造后耗電量(萬 kWh26.8124.1838.2048.0657.9666.0253.5559.4745.7946.8441.14 28.95536.97按照改造后情況考慮。6月份為該企

4、業(yè)用電高峰月份，選擇該月份作為設(shè)計依據(jù)，該企業(yè)整個6月份30天均在加工生產(chǎn)。企業(yè)所需的整個冷負荷 Qo主要由三部分構(gòu)成：建筑冷負荷 QB、生產(chǎn)加工設(shè)備冷負荷 QD和蓄冷用冷負荷Qs。Qo QB QD Qs(1)而冷負荷完全由空調(diào)系統(tǒng)提供。根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)耗電數(shù)據(jù)分析，在同一天 內(nèi)，企業(yè)的夜、日、中晚3班的空調(diào)耗電近似相等，據(jù)此可以判斷現(xiàn)有廠房系統(tǒng)(尚未安裝蓄冷裝置)冷負荷主要來自于設(shè)備散熱，即建筑負荷影響不大，在缺 乏逐時空調(diào)冷負荷等數(shù)據(jù)的前提條件下， 可以忽略建筑冷負荷。因此，企業(yè)所需 的整個冷負荷Qo主要為：mnQo QD QsqD,i fD,iqs,j(2)i 1j 1qD,i為企業(yè)

5、生產(chǎn)加工設(shè)備在第i時內(nèi)總的生產(chǎn)功率，kW； fD,i為企業(yè)設(shè)備在第i時 的平均同時工作系數(shù)；qs,j為夜間第j時蓄冷所需的冷負荷，一般各個時刻近似 相等，故蓄冷用冷負荷Qs為：P CORi 1QD整個系統(tǒng)采用中央冷水機組進行供冷，整個機組供冷負荷Qsup為:Pi為第i時內(nèi)機組的平均電功率，kW； COPi為第i時內(nèi)的平均能效比。對于中 央冷水機組來說，其COP主要受到冷凍水出水溫度Tf,out、冷卻水進水溫度Tc,in、 部分負荷率f三個因素的影響。當(dāng)f0.6時，部分負荷率對COP影響很小，此時 可以忽略。由于本企業(yè)部分負荷率明顯大于0.6,故在本計算中，可以忽略其影響。對于冷凍水出水溫度Tf

6、,out、冷卻水進水溫度Tc,in二個因素，它們對能效比修 正系數(shù)nop影響根據(jù)經(jīng)驗公式可得：COP 1.77 0.034Ef,out 0.04254in 0.00038699)ut 0.00026T4out T：,in 0.0003764n(5)COP COP COP下標(biāo)中帶0的表示在標(biāo)準測試條件下的額定值。在白天空調(diào)工況運行時，冷凍水 出水溫度Tf,out=7C冷卻水進口溫度為Tc,in=32C，此時nop=1.0135;夜間單空 調(diào)工況運行時，冷凍水出水溫度Tf,out=7C，冷卻水進口溫度為 26C，此時nop=1.0435;夜間涉及到蓄冷運行時，冷凍水出水溫度 Tf,out=4C，冷

7、卻水進口 溫度為26 C此時gop=0.9755。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以由現(xiàn)有空調(diào)耗電功率 Pcool,i 可以計算出當(dāng)前設(shè)計日設(shè)備所需的冷負荷 QD為：m24qD,i fD,iPiool ,i COP0coP,ii 1i 1在整個6月份，平均每天空調(diào)耗電約為 2.20萬kWh在一天中各時段的制 冷耗電功率相同，為916.94kW。其中峰電時段制冷耗電5502kWh平電時段制冷 耗電9169kWh谷電時段耗電7336kWh耗電制冷由空調(diào)電制冷構(gòu)成。整個空調(diào) 系統(tǒng)額定制冷電功率為1435kW額定制冷功率為5741kW額定COE=4.0。則總 的設(shè)備所需制冷量 Q=90897kWh具體耗電及制冷量見下

8、表：表.2 -設(shè)計日電空調(diào)與吸收式制冷耗電量與制冷量耗電量(kWh制冷量(kWh)Qsqs,j m qs峰電時段550222633.7蓄水池蓄冷系統(tǒng)按照設(shè)計蓄冷溫差8 C計算，按照夜間谷電蓄冷原則蓄冷 8小時計算，現(xiàn)有制冷機組在蓄冷功率為1435 kW則夜間可以蓄冷量26627.9kWh,平電時段916937392.8谷電時段733628623.2合計2200788649.7采用水蓄冷系統(tǒng)以后，考慮滿足設(shè)計日全部峰電時段冷負荷， 可以利用原有 系統(tǒng)剩余電制冷容量518.1kW。實際運行時，按照夜間蓄冷8小時，替代全部白 天峰電6小時，蓄冷利用率85% Q=26627.9kWh需要空調(diào)制冷電功率

9、PS為PS 飛QS（7）COP。 COP,ii 1計算結(jié)果為Ps=853.0kW 需要增加制冷電功率334.9kW。3、占地面積估算和構(gòu)筑物設(shè)想則所需蓄水槽體積約為其中FOM為蓄水箱完善度，考慮到能量損失、混合和斜溫層等因素的影響， 取0.85; a為蓄水箱空間利用率，取0.95。取定為2個蓄水池，每個水池可以設(shè) 計為17.2m （長）X17.2m（寬）x6m（深）。（注：若企業(yè)場地有限，可以考慮增 加蓄水箱深度，但深度增大，會導(dǎo)致單位成本增加）4、經(jīng)濟性分析該部分冷量可以用于替代白天所需的峰電冷量和部分平電冷量，在設(shè)計日，可替代峰電5502kWh替代平電0kWh故按照夏季峰值月設(shè)計，現(xiàn)有系統(tǒng)

10、可以替 代全部峰值電負荷及少量冷負荷。 到在過渡季節(jié)，峰電時段對冷負荷較小，此時 可以蓄冷裝置可以在平電時段替代更多電力。 根據(jù)以往日立壓縮機情況估計日立 3600 QStCpFOM V3600 26627.93544.1m38 1000 4.187 0.85 0.95(8)壓縮機得到全年蓄冷裝置可以每年減少峰電 87.28萬kWh減少平電41.50萬 kWh增加谷電消耗151.51萬kWh故每年可節(jié)約運行費用68.22萬元。可以將 改造前原先峰電時期最大功率由 917kW降為約321kW在工程應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)保留 30%勺設(shè)計裕度。綜合考慮以上因素，水泵峰值功率估算為417kW則最大可以削 峰50

11、0kW采用水蓄冷系統(tǒng)后日立企業(yè)各月空調(diào)負荷見下表所示。表.2-安裝水蓄冷后日立壓縮機企業(yè)各月空調(diào)負荷預(yù)計值1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月合計原峰值用電功率（kW）360.4479.8513.4667.5779.1916.9719.7799.4636629.6571.4402.1削峰后峰值用電功率（kW）163.9218.2233.5303.5354.3417.0327.3363.5289.2286.3259.8182.9耗電量（萬kWh）26.8124.1838.248.0657.9666.0253.5559.4745.7946.8441.1428.95536.97替代峰電（萬kWh）6.76.059.5512.0214.4916.5113.3914.8711.4511.7110.297.24134.27替代平電（萬