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青島某產(chǎn)業(yè)園區(qū)供冷供熱設(shè)計(jì)摘要:介紹了青島某產(chǎn)業(yè)園區(qū)集中供冷供熱項(xiàng)目能源站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹了三種能源方案,第一種是傳統(tǒng)供能系統(tǒng):燃?xì)忮仩t+電制冷機(jī);第二種是冷熱電三聯(lián)供(CCHP)+電制冷機(jī)+水蓄冷+燃?xì)忮仩t;第三種是冷熱電三聯(lián)供(CCHP)+海水源熱泵+水蓄能+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)。從工程方案的比選、技術(shù)路線的選擇、投資運(yùn)行費(fèi)用測(cè)評(píng),對(duì)以上三個(gè)方案進(jìn)行了對(duì)比。關(guān)鍵詞:產(chǎn)業(yè)園區(qū);供冷供熱;經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析;1工程設(shè)想青島某產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目位于青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東北部,項(xiàng)目總供熱面積257.3萬皿。其中:公建部分供熱面積15.22萬皿,住宅部分供熱面積242.1萬皿;公建中有供冷面積是6.62萬皿。按照產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源規(guī)劃,在某產(chǎn)業(yè)園區(qū)域附近建設(shè)聯(lián)合供能能源站,為園區(qū)提供冷、熱、電的供應(yīng)。根據(jù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的規(guī)劃和建設(shè)進(jìn)度,能源站按照總體規(guī)劃分期進(jìn)行建設(shè)。能源站通過輸送管道(冷熱同管)把空調(diào)冷水或采暖熱水送到公建用戶空調(diào)機(jī)末端,供公建用戶夏季制冷或冬季采暖。在冬季,能源站通過熱水管道將一次熱媒水輸送到居民小區(qū)換熱站,居民建筑采暖用的二次熱媒水在換熱站中被一次熱媒水加熱后,供應(yīng)居民建筑的采暖需求。在某產(chǎn)業(yè)園能源站工程中,能源站分別給公建和住宅供能,公建部分業(yè)態(tài)較多,和住宅一起構(gòu)建能源網(wǎng),供能期間互相調(diào)配,能源共享,同時(shí)也增加了公建和住宅供能的經(jīng)濟(jì)性和安全性。住宅建筑面積占94%,集中在地塊A?地塊J,考慮到居民用電價(jià)格較低,且用戶數(shù)量多,單戶用電量少,能源站僅解決居民供熱需求,居民的電力及供冷的需求另行解決。因此,對(duì)于住宅部分的清潔供熱方式,目前可行的主要為燃?xì)忮仩t供熱。公建面積占園區(qū)建筑面積的6%??紤]到公建用戶單戶用電量大,且用電價(jià)格較高,因此可以考慮采用天然氣分布式能源系統(tǒng)為公建用戶提供冷熱電的供應(yīng)。另外,在供暖季的初寒及末寒期,用戶供暖負(fù)荷較低,可通過公建和住宅的資源共享,由分布式能源發(fā)電余熱作為公建和住宅共用的熱源進(jìn)行供暖,隨著供暖負(fù)荷的增加,不足部分由鍋爐來補(bǔ)充,從而提高供能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。某產(chǎn)業(yè)園能源站總建筑面積約為5000皿。由能源站內(nèi)引出的冷熱水管網(wǎng)分兩個(gè)回路:一路用于公建、一路用于住宅,公建和住宅供回水管路單獨(dú)設(shè)置。考慮住宅區(qū)建筑均采用地板采暖,且位置較遠(yuǎn),為減少輸送能耗,住宅區(qū)地塊A?地塊J內(nèi)各設(shè)置一個(gè)熱力換熱站,進(jìn)行二次換熱,一次熱媒水采用大溫差小流量設(shè)計(jì)。公建區(qū)域,按用戶的要求,采用冷、熱水直接供到用戶末端,冷熱同管。根據(jù)相關(guān)的負(fù)荷優(yōu)化預(yù)測(cè)分析,住宅設(shè)計(jì)熱負(fù)荷87.16MW;公建部分設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為9.098MW,設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為12.67MW,公建設(shè)計(jì)電負(fù)荷為7942kW。能源站內(nèi)規(guī)劃設(shè)計(jì)CCHP(冷熱電聯(lián)供)系統(tǒng)、海水源熱泵系統(tǒng)、水蓄能系統(tǒng)以及鍋爐保障系統(tǒng)等;站外有公建和住宅供/回水系統(tǒng);各系統(tǒng)在智能能效平臺(tái)的統(tǒng)一監(jiān)控與調(diào)度下耦合成一個(gè)智能的復(fù)合式供能系統(tǒng)。聯(lián)合供能系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)遵循著系統(tǒng)能效四環(huán)節(jié)理論,以能源站為核心,對(duì)市政電網(wǎng)、市政燃?xì)狻⒓跋嚓P(guān)的余能資源,結(jié)合終端用能,進(jìn)行綜合的優(yōu)化與調(diào)度。綜合本項(xiàng)目對(duì)供能安全、節(jié)能低碳、節(jié)省投資、降低運(yùn)行費(fèi)用等多方面的要求,對(duì)能源站設(shè)計(jì)總體思路歸納如下:(1)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念,以及能源梯級(jí)利用的原則考慮天然氣分布式供能,滿足公建部分的基負(fù)荷需求。(2)在其他設(shè)備選擇過程中,應(yīng)該區(qū)分承擔(dān)熱基本負(fù)荷設(shè)備和調(diào)峰類設(shè)備。承擔(dān)基本負(fù)荷設(shè)備,可采用一些運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低的技術(shù)和設(shè)備;而調(diào)峰設(shè)備則適宜于選擇一些初投資相對(duì)較低的技術(shù)和設(shè)備。(3)由于峰谷電價(jià)政策,尖峰時(shí)段與低谷時(shí)段電價(jià)比達(dá)到3.7,從降低系統(tǒng)初投資,降低能源站運(yùn)行成本的角度考慮,適當(dāng)采用蓄冷、熱技術(shù)。(4)通過能源站系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì),公建和住宅初始供熱時(shí),優(yōu)先利用發(fā)電機(jī)余熱。隨著用能末端負(fù)荷增加,采用鍋爐加熱提高供回水溫差的調(diào)節(jié)方法,住宅采用大溫差輸送,既提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率,又可以節(jié)省運(yùn)行成本費(fèi)用。1.1供能方案比選1.1.1方案比選的原則由于分布式能源系統(tǒng)參數(shù)之間的相關(guān)性,在配置發(fā)電機(jī)時(shí)通常需要考慮多個(gè)因素:(1)按基本冷、熱需求和電力需求選型,同時(shí)匹配最大熱需求和最大電力需求,機(jī)組要能進(jìn)行調(diào)節(jié),以追蹤冷、熱負(fù)荷和電力負(fù)荷的變化,必要時(shí)引進(jìn)市政電力;(2)追蹤能源費(fèi)率和負(fù)荷率,在電力價(jià)格高,用能負(fù)荷率較高的時(shí)段(7:00-22:00)啟動(dòng)三聯(lián)供系統(tǒng),在電力價(jià)格低,且用能負(fù)荷率較低的時(shí)段(23:00-6:00)聯(lián)供系統(tǒng)停運(yùn);(3)多數(shù)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組可以在低負(fù)荷下正常運(yùn)行,但此時(shí)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較差,建議機(jī)組在低于50%負(fù)荷率時(shí)段停運(yùn)。(4)由于冬、夏季的電力負(fù)荷和冷、熱負(fù)荷有很大差別,因此,發(fā)電機(jī)選型時(shí)必須考慮滿足需求和盡量延長運(yùn)行時(shí)間兩者之間的平衡,可通過配置多臺(tái)容量較小的機(jī)組,盡量增加機(jī)組全年運(yùn)行小時(shí)數(shù),發(fā)揮冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。在系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)過程中,存在不同設(shè)備、不同方案的選擇,選擇適用本項(xiàng)目的最優(yōu)方案是項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵,采用一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法,對(duì)所選擇的供能方案的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等決策思維模型化、數(shù)量化,程序化,通過選型優(yōu)化軟件將繁雜的方案選擇問題簡化為不同因素的計(jì)算與比較,最后推薦出最優(yōu)方案。根據(jù)預(yù)測(cè)的負(fù)荷規(guī)律,進(jìn)行設(shè)備選型計(jì)算,對(duì)運(yùn)行計(jì)算結(jié)果采用方案優(yōu)選模型進(jìn)行篩選。方案篩選所考慮的因素主要包括年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用、能源利用效率、系統(tǒng)總投資、系統(tǒng)可靠度、冷熱電的供能比例、滿負(fù)荷時(shí)數(shù)、設(shè)備利用率、設(shè)備性能、系統(tǒng)靈活度、設(shè)備停機(jī)時(shí)數(shù)、系統(tǒng)對(duì)市政條件的依賴度等十多項(xiàng),其中不但要考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素,還必須考慮到諸如市政條件、補(bǔ)貼政策、設(shè)備售后服務(wù)等因素。1.1.2技術(shù)路線比選根據(jù)能源資源條件分析,適合用于本項(xiàng)目的能源資源主要有市政電力、管道燃?xì)?、海水?污水源能等。根據(jù)供能對(duì)象的用能特點(diǎn),適合于本項(xiàng)目的的供能方式見表1-1所示。參照第6.1部分的方案比選原則,考慮各種適合的供能方式的投資強(qiáng)度、投資收益、系統(tǒng)效率、能源價(jià)格、補(bǔ)貼政策等可量化比選因素,對(duì)上述供能方式的供能成本進(jìn)行量化篩選、分析比較。比較的邊界條件見表1-2,比較結(jié)果見圖1-2至圖1-4所示。表1-1適合本項(xiàng)目的供能方式表1-2供能技術(shù)量化篩選測(cè)算依據(jù)及假設(shè)條件圖1-2公建供冷成本隨年運(yùn)行時(shí)數(shù)變化圖1-3公建供冷成本隨年運(yùn)行時(shí)數(shù)變化圖1-4公建供冷成本隨年運(yùn)行時(shí)數(shù)變化由圖1-2、1-3可以看出,對(duì)于公建供能來說,在運(yùn)行時(shí)數(shù)較高時(shí),三聯(lián)供系統(tǒng)具有最低的供能成本,但由于三聯(lián)供系統(tǒng)初投資較高,在運(yùn)行是時(shí)數(shù)過低時(shí),單位供能初投資分?jǐn)傔^大,造成成本較高,因此三聯(lián)供系統(tǒng)宜承載系統(tǒng)運(yùn)行的基負(fù)荷。結(jié)合圖6-2和圖6-3,當(dāng)三聯(lián)供年運(yùn)行時(shí)數(shù)在1250小時(shí)以上時(shí),三聯(lián)供的供冷供熱在幾種供能方案中成本最低,可將年運(yùn)行時(shí)數(shù)1250小時(shí)作為三聯(lián)供系統(tǒng)裝機(jī)規(guī)模確定的參考條件之一。由圖1-2、1-3還可以看出,水蓄能的成本較低,而"壓縮式制冷+燃?xì)忮仩t〃與海水源熱泵的成本較為接近,考慮到海水源熱泵可以與谷電蓄冷、蓄熱相結(jié)合,因此應(yīng)考慮采用海水源熱泵與水蓄能系統(tǒng)相結(jié)合,同時(shí)輔以燃?xì)忮仩t調(diào)峰,以滿足三聯(lián)供無法滿足的供熱、供冷負(fù)荷需求。由圖1-4可以看出,對(duì)于住宅采暖來說,由于燃?xì)庋a(bǔ)貼的影響,在任何年運(yùn)行時(shí)數(shù)下,燃?xì)忮仩t供暖成本都低于海水源熱泵成本。綜上所述,本項(xiàng)目的優(yōu)化功能方案應(yīng)為“天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)+海水源熱泵+水蓄能+燃?xì)忮仩t〃組成的混合匹配聯(lián)合供能系統(tǒng)。三聯(lián)供系統(tǒng)和海水源熱泵系統(tǒng)的裝機(jī)應(yīng)根據(jù)公建部分的負(fù)荷來確定,住宅供暖部分主要通過燃?xì)忮仩t滿足,在燃?xì)忮仩t和公建之間可以做到熱量的相互調(diào)配,以增強(qiáng)供能系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。2方案介紹與比選根據(jù)上述分析,本報(bào)告提供三種供能方案進(jìn)行對(duì)比分析,就三種方案的技術(shù)路線、設(shè)備配置、投資、運(yùn)行費(fèi)用、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方面分別進(jìn)行比較論證,從而確定一套經(jīng)濟(jì)可行的供能方案。項(xiàng)目的公建部分供熱面積為15.224萬皿,公建中供冷面積是6.624萬皿;住宅部分供熱面積為242.1萬皿。供能系統(tǒng)選擇主要有三種,第一種是傳統(tǒng)供能系統(tǒng):燃?xì)忮仩t+電制冷機(jī);第二種是冷熱電三聯(lián)供(CCHP)+電制冷機(jī)+水蓄冷+燃?xì)忮仩t;第三種是冷熱電三聯(lián)供(CCHP)+海水源熱泵+水蓄能+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)。本可研報(bào)告主要對(duì)此三種系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析和研究,以確定最優(yōu)方案。2.1方案一:燃?xì)忮仩t+電制冷機(jī)該方案是一般用戶采用的最簡單的方案,也是多數(shù)建筑采用的傳統(tǒng)方案。夏季采用以電冷機(jī)為主機(jī)的冷水系統(tǒng)供冷;冬季采用以燃?xì)忮仩t為主的熱水系統(tǒng)供熱。該方案系統(tǒng)比較簡單,采暖全部采用燃?xì)鉄崴仩t,年燃?xì)庀牧繛椋?773萬Nm3;公建部分的制冷全部采用電空調(diào)供給,年消耗市政電力為:4603MWh。該系統(tǒng)方式系統(tǒng)簡單、初投資少,但能源綜合利用率低,不能實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用,運(yùn)行成本較高。2.2方案二:冷熱電三聯(lián)供+電制冷機(jī)+燃?xì)忮仩t+水蓄冷項(xiàng)目的公建部分,需要能源站提供冷、熱和電力供應(yīng),多數(shù)是白天用能,晚上只是值班負(fù)荷用能,電力在平、峰、尖峰時(shí)段平均電價(jià)為1.151元/kWh,比較適合燃?xì)馊?lián)供方案,考慮到谷電價(jià)格較低,可引入水蓄冷系統(tǒng),即本方案采用燃?xì)馊?lián)供+電制冷機(jī)+燃?xì)忮仩t+水蓄冷系統(tǒng)。根據(jù)產(chǎn)業(yè)原設(shè)計(jì)方案,項(xiàng)目的住宅部分采用地板輻射供熱,設(shè)計(jì)二級(jí)網(wǎng)溫度45/35°C,一級(jí)網(wǎng)溫度50/40°C。經(jīng)過方案優(yōu)化后一級(jí)網(wǎng)溫度可提高為(60?80)/40°C,以降低輸送能耗。本方案相對(duì)方案一,系統(tǒng)初投資有所增加,但因?yàn)椴捎昧烁咝У哪茉蠢梅绞?,系統(tǒng)的運(yùn)行成本大大降低。2.3方案三:冷熱電三聯(lián)供+海水源熱泵+燃?xì)忮仩t+水蓄能考慮項(xiàng)目臨近海岸,海水資源豐富,因此可考慮將方案二中的電制冷系統(tǒng)由海水源熱泵替代,為公建供能,并根據(jù)典型日逐時(shí)負(fù)荷考慮裝機(jī)容量,同時(shí)考慮運(yùn)行海水源熱泵在夜間低谷進(jìn)行蓄能,即方案三為:冷熱電三聯(lián)供+海水源熱泵+燃?xì)忮仩t+水蓄能系統(tǒng)。本方案相對(duì)方案二,初投資又有所增加,系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用會(huì)進(jìn)一步降低。但與方案二相比,投資回報(bào)是否有優(yōu)勢(shì),還需進(jìn)一步分析。2.4各供能方案的詳細(xì)分析根據(jù)負(fù)荷測(cè)算和系統(tǒng)工藝路線,本著安全可靠、節(jié)約投資的原則,對(duì)各方案系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備做初步的設(shè)備選型、投資估算、運(yùn)維成本等分析。2.5方案比較方案一系統(tǒng)比較簡單,投資少,但能源綜合利用率低,不能實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用,運(yùn)行成本較高。方案二采用"燃?xì)馊?lián)供+電制冷+鍋爐調(diào)峰系統(tǒng)”,系統(tǒng)配置較為復(fù)雜,采用熱電冷三聯(lián)供技術(shù),實(shí)現(xiàn)燃?xì)饽芰刻菁?jí)利用;系統(tǒng)發(fā)電并網(wǎng)不上網(wǎng),減少市政電力耗量,加入發(fā)電收入后運(yùn)行費(fèi)用較低。方案三采用"燃?xì)馊?lián)供+海水源熱泵+鍋爐調(diào)峰系統(tǒng)”,系統(tǒng)配置最為復(fù)雜,采用了海水源熱泵,裝機(jī)規(guī)模為4460KW,減少了能源站的運(yùn)行費(fèi)用,但是投資成本會(huì)有所增加。以方案一為基準(zhǔn),方案二增量投資回收期為3.0年;方案三增量投資回收期為3.4年,方案二和方案三都具有較好的經(jīng)濟(jì)性。在保證項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的前提下,適當(dāng)考慮項(xiàng)目示范意義,推薦采用方案三。3結(jié)束語本文結(jié)合青島某產(chǎn)業(yè)園區(qū),對(duì)燃?xì)忮仩t、制冷機(jī)組、燃?xì)馊?lián)供、海水源熱泵等進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,綜合考慮各種能源利用的效率及經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)
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