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《建筑節(jié)能雜志》2014年第八期

1項(xiàng)目概況

1.1城市綜合體概述城市綜合體是將城市中的商業(yè)、辦公、居住、旅店、餐飲、會(huì)議、文娛和交通等城市生活空間的3項(xiàng)以上進(jìn)行組合，并在各部分間建立一種相互依存、相互助益的能動(dòng)關(guān)系，從而形成一個(gè)多功能、高效率的綜合體[4]。城市綜合體的冷-熱-電能源特點(diǎn)主要有：(1)能源需求量大：城市綜合體包括大型酒店、商業(yè)中心、高檔住所等建筑，其對(duì)于采暖、制冷和用電的需求量相對(duì)較大，一般配備獨(dú)立的能源中心。(2)能源需求穩(wěn)定：城市綜合體是大眾化、高科技的集合，內(nèi)部包括室內(nèi)交通、通訊系統(tǒng)、安全防護(hù)及綜合分配系統(tǒng)等，能源需求相對(duì)穩(wěn)定。(3)智能化要求高：城市綜合體中是一個(gè)不同能源供應(yīng)方式建筑的綜合體，通過(guò)先進(jìn)的智能化綜合控制管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樓宇間的數(shù)據(jù)傳輸和運(yùn)行模式操作。

1.2項(xiàng)目介紹天然氣冷-熱-電分布式能源項(xiàng)目位于遼寧省沈陽(yáng)市沈河區(qū)中街商業(yè)圈，為典型的城市綜合體功能性質(zhì)的建筑群，包括星級(jí)酒店、大型商場(chǎng)、高級(jí)公寓、文化娛樂(lè)中心和辦公寫(xiě)字樓等，分布式能源站供能設(shè)計(jì)建筑面積172500m2，其中地下建筑面積19500m2，地上建筑面積153000m2，設(shè)計(jì)總用電負(fù)荷16000kW。燃?xì)夥植际侥茉错?xiàng)目根據(jù)“以電定熱”的原則和模式設(shè)計(jì)建筑的冷、熱、電的需求，對(duì)燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)設(shè)備進(jìn)行整體布局和配置。

2技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1經(jīng)濟(jì)節(jié)能天然氣分布式冷-熱-電三聯(lián)供技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種能源、多種利用方式，將天然氣燃燒做功發(fā)電過(guò)程中各個(gè)梯級(jí)階段的能量充分利用。目前，常規(guī)的能源供應(yīng)方式是利用市網(wǎng)購(gòu)電、市政管網(wǎng)集中供熱和中央空調(diào)機(jī)組供冷的形式，相比于常規(guī)建筑供能方式，天然氣具有良好的經(jīng)濟(jì)節(jié)能優(yōu)勢(shì)。圖2為單位體積天然氣通過(guò)冷-熱-電聯(lián)供運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)收益原理。

2.2低碳環(huán)保與傳統(tǒng)的供能方式相比，在滿(mǎn)足用戶(hù)同樣的能源需求的情況下，分布式能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的CO2排放更少。為用戶(hù)提供1kW•h電量和1.2kW•h熱量，天然氣分布式供能系統(tǒng)排放CO2約460g，采用市政電網(wǎng)和燃?xì)忮仩t供能排放的CO2約1147g，天然氣分布式供能系統(tǒng)大大減少了燃煤的消耗和溫室氣體的排放。天然氣為清潔能源，燃燒后不產(chǎn)生粉塵、SO2等大氣污染物。

2.3穩(wěn)定可靠分布式供能系統(tǒng)具有常用電源和備用電源的功能，可與市電形成大規(guī)模的能源互聯(lián)網(wǎng)，改善供電系統(tǒng)的安全性，在市電故障和電力檢修等突發(fā)情況下，為用戶(hù)提供安全可靠的電力供應(yīng)，對(duì)于醫(yī)院、酒店、高級(jí)商場(chǎng)和政府部門(mén)等用戶(hù)非常重要。

2.4雙重調(diào)峰分布式供能系統(tǒng)對(duì)燃?xì)夂碗娏τ须p重削峰填谷的作用。電力高峰和燃?xì)獾凸韧瑫r(shí)出現(xiàn)在夏季，采用分布式供能系統(tǒng)后，燃燒天然氣發(fā)電和制冷，增加夏季的燃?xì)馐褂昧浚瑴p少夏季電負(fù)荷，同時(shí)，降低區(qū)域電網(wǎng)的供電壓力。在燃?xì)飧叻宓亩究梢岳梅植际侥茉凑鞠娜細(xì)猱a(chǎn)生電能和采暖負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)全年燃?xì)夂碗娏Φ姆骞冉诲e(cuò)調(diào)整。

3技術(shù)方案

3.1負(fù)荷分析建筑物的逐時(shí)冷熱電負(fù)荷是燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，也是影響三聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行方式和綜合效益的決定性因素。在能源站的設(shè)計(jì)中，合理地確定發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量非常關(guān)鍵。目前，有兩種設(shè)計(jì)思路：以電定熱、以熱定電。①以電定熱：根據(jù)項(xiàng)目的用電負(fù)荷情況來(lái)確定發(fā)電機(jī)容量，根據(jù)發(fā)電機(jī)余熱所能夠提供的冷熱負(fù)荷，與建筑冷熱負(fù)荷比較，確定調(diào)峰供能設(shè)備。②以熱定電：一般應(yīng)用于并網(wǎng)上網(wǎng)的項(xiàng)目，由于通過(guò)建筑冷熱負(fù)荷進(jìn)行的設(shè)備配置選型，造成電力裝機(jī)容量過(guò)大，發(fā)電上網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性比較差。綜合考慮，項(xiàng)目采用以電定熱的運(yùn)行模式。根據(jù)《燃?xì)饫錈犭娙?lián)供工程技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定，并網(wǎng)運(yùn)行分布式能源站電力裝機(jī)容量宜為項(xiàng)目總電力負(fù)荷的1/3左右，同時(shí)，單臺(tái)發(fā)電機(jī)組不應(yīng)大于3MW[5]。本項(xiàng)目的用電需求總負(fù)荷為16000kW，通過(guò)設(shè)備選型計(jì)算，確定采用3臺(tái)GE-Jenbacher-J612GS-N.L型號(hào)的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，單臺(tái)發(fā)電功率1824kW，3臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行總發(fā)電容量5472kW，占項(xiàng)目總電力負(fù)荷的34.2%，符合設(shè)計(jì)規(guī)程的技術(shù)要求。分布式能源站提供項(xiàng)目部分用電負(fù)荷，不足部分由并聯(lián)電網(wǎng)補(bǔ)充。依照《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，參照沈陽(yáng)地區(qū)類(lèi)似工程設(shè)計(jì)案例和經(jīng)驗(yàn)，確定項(xiàng)目單位面積熱負(fù)荷為80W/m2，單位面積冷負(fù)荷為100W/m2，同時(shí)，使用系數(shù)取0.7，項(xiàng)目的采暖總負(fù)荷9.66MW，制冷總負(fù)荷12.08MW。

3.2設(shè)備配置在天然氣分布式能源站內(nèi)，主要包括燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組、溴化鋰吸收式制冷機(jī)和燃?xì)忮仩t、電制冷空調(diào)等調(diào)峰設(shè)備，通過(guò)通信協(xié)議和程序進(jìn)行運(yùn)行設(shè)備之間控制和操作管理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)能源站的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。表2為分布式能源站主要設(shè)備參數(shù)。

3.3電力運(yùn)行分布式能源站的供電系統(tǒng)采用并網(wǎng)不上網(wǎng)的電力運(yùn)行模式，保證運(yùn)行安全可靠。為便于操作維護(hù)，簡(jiǎn)化電氣連接形式，滿(mǎn)足正常供電需要的同時(shí)減少投資。天然氣發(fā)電機(jī)輸出電壓為0.4kV，分別引至變配電室接在兩段母線(xiàn)上，與市電并網(wǎng)運(yùn)行，并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)在變配電室0.4kV低壓母線(xiàn)上，為防止發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)反送電，在配電室10kV饋線(xiàn)處安裝逆功率保護(hù)器。

3.4控制系統(tǒng)天然氣分布式能源控制系統(tǒng)力求安全、持續(xù)和穩(wěn)定，通過(guò)先進(jìn)的控制方案，統(tǒng)籌優(yōu)化冷、熱、電等能源的供應(yīng)，達(dá)到最佳的運(yùn)行效果。分布式能源站集中監(jiān)控系統(tǒng)由檢測(cè)設(shè)備、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、可編程邏輯控制器和工業(yè)級(jí)別計(jì)算機(jī)組成。在燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)全功率運(yùn)行并達(dá)到最大利用效率的情況下，使電空調(diào)和燃?xì)忮仩t盡量減少運(yùn)行時(shí)間和次數(shù)，減少常規(guī)能源消耗。圖4為天然氣分布式能源站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

4效益分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益分布式能源站系統(tǒng)全年供電峰平時(shí)段運(yùn)行，谷值時(shí)段機(jī)組停機(jī)，電力不足的部分由并網(wǎng)的市電補(bǔ)充，冷熱負(fù)荷不足部分由電空調(diào)和燃?xì)忮仩t調(diào)峰。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間為6205h，年發(fā)電量3395萬(wàn)kW•h，年發(fā)電直接收益3690萬(wàn)元。能源站利用煙氣和缸套水的余熱資源，夏季提供制冷量1015萬(wàn)kW•h，冬季提供制熱量1058萬(wàn)kW•h。能源站年運(yùn)行消耗天然氣921.4萬(wàn)Nm3。項(xiàng)目工程總投資6356萬(wàn)元，年凈收益1634萬(wàn)元，年收益率25.7%，靜態(tài)投資回收年限3.89年，通過(guò)分析可見(jiàn)項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)性。表3為項(xiàng)目常規(guī)能源價(jià)格表。

4.2環(huán)境效益天然氣是一種清潔環(huán)保的能源，燃燒后CO2排放量是同樣發(fā)電量火力電廠(chǎng)CO2排放量的40%，不產(chǎn)生SO2、粉塵顆粒物等大氣污染物。根據(jù)項(xiàng)目年發(fā)電量和余熱綜合利用，折合成標(biāo)煤為8958t，減少CO2排放量23470t，減少SO2排放量76t，減少粉塵排放量89.6t，對(duì)于區(qū)域性大氣環(huán)境質(zhì)量改善具有重要作用。

4.3社會(huì)效益分布式能源是國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，符合國(guó)家節(jié)能減排政策，可顯著提高能源綜合利用率和供能項(xiàng)目的綜合效益，有效改善城市及周邊地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，開(kāi)拓天然氣的合理、高效利用，緩解夏季制冷用電高峰，平衡天然氣利用，提高供電可靠性，具有明顯的能源示范模板效應(yīng)，并推動(dòng)區(qū)域性供能方式的可持續(xù)發(fā)展。

作者：張磊劉昌盛單位：東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院沈陽(yáng)偉力達(dá)工程配套設(shè)備有限公司