高效復(fù)合冷凍機(jī)和蓄電用鈉硫電池系統(tǒng)的節(jié)能措施

高效復(fù)合冷凍機(jī)和蓄電用鈉硫電池系統(tǒng)的節(jié)能措施

1單位建筑能耗實(shí)行節(jié)能減排國(guó)家環(huán)境研究所成立于1973年，是建波市的國(guó)家公共安全研究所。這項(xiàng)研究的主題包括從區(qū)域公害檢測(cè)到防止地球變暖的問題。從2001年4月改組為獨(dú)立行政法人后,主要從事社會(huì)性、政策性較強(qiáng)的課題研究,以便應(yīng)對(duì)日益多樣化的環(huán)境問題。該研究所采取了積極的節(jié)能措施,按節(jié)能環(huán)保原則制訂了單位建筑面積能耗2005年比2002年降低10%以上的計(jì)劃。據(jù)此,于2003年12月起在冷熱源方面采用了以高效復(fù)合冷凍機(jī)和蓄電用鈉硫(NaS)電池系統(tǒng)的節(jié)能措施。2鈉硫電池系統(tǒng)該研究所占地約23萬m2,建筑面積3.8萬m2,共設(shè)有20余座研究設(shè)施,在區(qū)中心有公用設(shè)備樓向各研究設(shè)施供應(yīng)試驗(yàn)設(shè)備和空調(diào)設(shè)備所用的冷水和蒸汽。冷熱源系統(tǒng)中,在原有的3臺(tái)煤氣鍋爐(出力6270kW、供汽壓力為0.886MPa)和4臺(tái)蒸汽吸收式冷凍機(jī)(2110kW、供7℃冷水)基礎(chǔ)上,又新增高效復(fù)合冰凍機(jī)2臺(tái)(2110kW、供7℃冷水,COP為6),以適應(yīng)研究設(shè)施增加后對(duì)冷熱源需求的增大,并達(dá)到節(jié)能的目的。試驗(yàn)設(shè)備全年都需要冷熱源,故采用高效復(fù)合冷凍機(jī)十分有利于節(jié)能和減排CO2。但是,如果從降低能源費(fèi)用考慮,冷凍機(jī)組雖節(jié)約了蒸汽和鍋爐用煤氣的費(fèi)用,但所用電費(fèi)加大。為解決這一問題,故又采用了鈉硫電池蓄電設(shè)備,夜間利用低谷廉價(jià)電力蓄入,減少了白天高峰高價(jià)電力,從而節(jié)約電費(fèi)效果明顯。鈉硫電池系統(tǒng)由電池箱、交直流變換裝置、變壓器盤等組成;出力為1000kW;放電容量約7000kWh;電池箱外形尺寸為(10300×2300×4600)mm;重量約80t。3設(shè)備總結(jié)(1)蒸汽吸收式冷凍機(jī)本次使用的冷凍機(jī)是三菱重工產(chǎn)品新ART系列,其冷媒為對(duì)臭氧層破壞系數(shù)為零的HFC134a,通過選用最佳冷凍循環(huán)和主要部件的高性能化,可使COP達(dá)到6以上的世界最高水平。此設(shè)備和原有的蒸汽吸收式冷凍機(jī)對(duì)比,節(jié)能、環(huán)保性能和維護(hù)費(fèi)均大為改善,特別是一次能耗量可減半,CO2減排量可降至64%。兩種冷凍機(jī)工作1h的節(jié)能環(huán)保效果對(duì)比如表1所示。在設(shè)備容量方面,考慮已有冷凍機(jī)的容量和故障時(shí)冷熱源供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn),采取了2110kW(600RT)2臺(tái)組成的方式,以確保對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的供應(yīng)穩(wěn)定并將事故風(fēng)險(xiǎn)分散化。(2)模塊電池的運(yùn)行鈉硫電池以鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、固體電解質(zhì)采用“β-氧化鋁”的陶瓷材料,是可在300℃高溫下充放電的高溫電池。其結(jié)構(gòu)為圓筒形,從中心起依次配置鈉、金屬管、β-氧化鋁管、硫和電槽。單電池逐支被密封在金屬容器內(nèi),內(nèi)部的可流動(dòng)物質(zhì)不得向單電池外泄漏;將單電池集中于絕熱容器內(nèi)以作為模塊電池使用。運(yùn)行開始時(shí)只用電加熱,以供充電和放電時(shí)保溫。為兼具防災(zāi)功能可將單電池間填砂固定,使個(gè)別單電池故障時(shí)亦不會(huì)擴(kuò)大;另為防止模塊電池過電流,可在其中接入保險(xiǎn)絲。鈉硫電池具有以下特點(diǎn):①能源密度為鋁電池的3倍,緊湊化,適用于狹小空間;②充放電效率高且不漏電,可高效蓄電;③使用壽命可長(zhǎng)達(dá)15年。該研究所從常年負(fù)荷水平出發(fā),采用了1000kW級(jí)產(chǎn)品。4采用高效復(fù)合冷凍機(jī)和鈉硫電池,以減少放電量高效復(fù)合冷凍機(jī)代替蒸汽吸收式冷凍機(jī),可節(jié)約大量的蒸汽,同時(shí)減少了因供水和除垢排污導(dǎo)致的大量熱損失,故少用汽的節(jié)能效果明顯。作為降低能源費(fèi)用的方法,鈉硫電池使電力供需平衡,同時(shí)大幅度降低了電費(fèi)。通過采用高效復(fù)合冷凍機(jī)和鈉硫電池后,使該系統(tǒng)的電力最大負(fù)荷可減少500kW。根據(jù)設(shè)計(jì)能力計(jì)劃按7h放電計(jì)算可減少1000kW,但由于該單位的晝夜用電差不大,為避免夜間過度充電產(chǎn)生用電高峰,所以控制在500kW左右,如條件改變尚有潛力。在節(jié)約燃料費(fèi)方面,本來亦有更大的節(jié)約潛力,但亦考慮城市煤氣的年使用狀況,所以按費(fèi)用最省的要求盡量在制冷高溫負(fù)荷時(shí)多用電力代燃?xì)?以保持其用量的平衡,實(shí)現(xiàn)最大節(jié)效效果。5冷凍機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況如上所述,按單機(jī)比較,在最佳狀態(tài)下高效復(fù)合冷凍機(jī)比蒸汽吸收式冷凍機(jī)可節(jié)能近50%,減排CO2達(dá)64%,加上鈉硫電池貯電對(duì)電費(fèi)的節(jié)約,對(duì)降低能源費(fèi)用的效果十分可觀。該研究所仍保留蒸汽吸收式冷凍機(jī)及相應(yīng)煤氣、電力供應(yīng)設(shè)施,為達(dá)到穩(wěn)定各月負(fù)荷的要求,首先通過采用鈉硫電池使改用新系統(tǒng)后電力最大負(fù)荷由5100kW增至5600kW,此情況下減少500kW后仍保持5100kW的水平;在盡量保持電力、煤氣量每天平穩(wěn)化基礎(chǔ)上,合理安排了兩種冷凍機(jī)的配合運(yùn)行。據(jù)此設(shè)定的方式,以2002年的實(shí)際資料計(jì)算,每年的一次能源節(jié)約量為12.9%,CO2排放量可降低19.9%,能源費(fèi)用降低量約12%。節(jié)能環(huán)保和降本效果具體對(duì)比如表2所示。6有利于降低用電的鈉硫電池研究設(shè)施增加導(dǎo)致所需冷熱源增加,為貫徹節(jié)能環(huán)保方針,新增設(shè)了高效復(fù)合冷凍機(jī),并為解決該冷凍機(jī)投運(yùn)后電力負(fù)荷上升,同時(shí)采取了可解決電力高峰負(fù)荷不增并有利于降低電費(fèi)的鈉硫電池。與過去全部用蒸汽吸收式冷凍機(jī)的老方式對(duì)比,可節(jié)能12.9%、減排CO219.9%和降低能源費(fèi)用12%。熱泵的高效率化近年日益明顯并受各方重視。熱泵除節(jié)能效果巨大外,同時(shí)還帶來電力高峰負(fù)荷的增大,還有可能