青島某產(chǎn)業(yè)園區(qū)供冷供熱設(shè)計

青島某產(chǎn)業(yè)園區(qū)供冷供熱設(shè)計摘要:介紹了青島某產(chǎn)業(yè)園區(qū)集中供冷供熱項目能源站的系統(tǒng)設(shè)計。詳細介紹了三種能源方案，第一種是傳統(tǒng)供能系統(tǒng)：燃氣鍋爐+電制冷機；第二種是冷熱電三聯(lián)供（CCHP）+電制冷機+水蓄冷+燃氣鍋爐；第三種是冷熱電三聯(lián)供（CCHP）+海水源熱泵+水蓄能+燃氣鍋爐系統(tǒng)。從工程方案的比選、技術(shù)路線的選擇、投資運行費用測評，對以上三個方案進行了對比。關(guān)鍵詞：產(chǎn)業(yè)園區(qū)；供冷供熱；經(jīng)濟技術(shù)分析；1工程設(shè)想青島某產(chǎn)業(yè)園項目位于青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)東北部，項目總供熱面積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)進度，能源站按照總體規(guī)劃分期進行建設(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，同時也增加了公建和住宅供能的經(jīng)濟性和安全性。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，對于住宅部分的清潔供熱方式，目前可行的主要為燃氣鍋爐供熱。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行供暖，隨著供暖負荷的增加，不足部分由鍋爐來補充，從而提高供能系統(tǒng)的經(jīng)濟性。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設(shè)置?？紤]住宅區(qū)建筑均采用地板采暖，且位置較遠，為減少輸送能耗，住宅區(qū)地塊A?地塊J內(nèi)各設(shè)置一個熱力換熱站，進行二次換熱，一次熱媒水采用大溫差小流量設(shè)計。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)的負荷優(yōu)化預(yù)測分析，住宅設(shè)計熱負荷87.16MW；公建部分設(shè)計冷負荷為9.098MW，設(shè)計熱負荷為12.67MW，公建設(shè)計電負荷為7942kW。能源站內(nèi)規(guī)劃設(shè)計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)在智能能效平臺的統(tǒng)一監(jiān)控與調(diào)度下耦合成一個智能的復(fù)合式供能系統(tǒng)。聯(lián)合供能系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計遵循著系統(tǒng)能效四環(huán)節(jié)理論，以能源站為核心，對市政電網(wǎng)、市政燃氣、及相關(guān)的余能資源，結(jié)合終端用能，進行綜合的優(yōu)化與調(diào)度。綜合本項目對供能安全、節(jié)能低碳、節(jié)省投資、降低運行費用等多方面的要求，對能源站設(shè)計總體思路歸納如下:（1）根據(jù)項目特點和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計理念，以及能源梯級利用的原則考慮天然氣分布式供能，滿足公建部分的基負荷需求。（2）在其他設(shè)備選擇過程中，應(yīng)該區(qū)分承擔熱基本負荷設(shè)備和調(diào)峰類設(shè)備。承擔基本負荷設(shè)備，可采用一些運行費用相對較低的技術(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較低的技術(shù)和設(shè)備。（3）由于峰谷電價政策，尖峰時段與低谷時段電價比達到3.7,從降低系統(tǒng)初投資，降低能源站運行成本的角度考慮，適當采用蓄冷、熱技術(shù)。（4）通過能源站系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，公建和住宅初始供熱時，優(yōu)先利用發(fā)電機余熱。隨著用能末端負荷增加，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)的運行效率，又可以節(jié)省運行成本費用。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)電機時通常需要考慮多個因素：（1）按基本冷、熱需求和電力需求選型，同時匹配最大熱需求和最大電力需求，機組要能進行調(diào)節(jié)，以追蹤冷、熱負荷和電力負荷的變化，必要時引進市政電力；（2）追蹤能源費率和負荷率，在電力價格高，用能負荷率較高的時段（7:00-22:00）啟動三聯(lián)供系統(tǒng)，在電力價格低，且用能負荷率較低的時段（23:00-6:00）聯(lián)供系統(tǒng)停運；（3）多數(shù)燃氣發(fā)電機組可以在低負荷下正常運行，但此時運行的經(jīng)濟性較差，建議機組在低于50%負荷率時段停運。（4）由于冬、夏季的電力負荷和冷、熱負荷有很大差別，因此，發(fā)電機選型時必須考慮滿足需求和盡量延長運行時間兩者之間的平衡，可通過配置多臺容量較小的機組，盡量增加機組全年運行小時數(shù)，發(fā)揮冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能、經(jīng)濟和環(huán)保效益。在系統(tǒng)集成設(shè)計過程中，存在不同設(shè)備、不同方案的選擇，選擇適用本項目的最優(yōu)方案是項目設(shè)計中的關(guān)鍵，采用一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法，對所選擇的供能方案的實際經(jīng)驗和技術(shù)經(jīng)濟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算與比較，最后推薦出最優(yōu)方案。根據(jù)預(yù)測的負荷規(guī)律，進行設(shè)備選型計算，對運行計算結(jié)果采用方案優(yōu)選模型進行篩選。方案篩選所考慮的因素主要包括年節(jié)省運行費用、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、滿負荷時數(shù)、設(shè)備利用率、設(shè)備性能、系統(tǒng)靈活度、設(shè)備停機時數(shù)、系統(tǒng)對市政條件的依賴度等十多項，其中不但要考慮技術(shù)和經(jīng)濟因素，還必須考慮到諸如市政條件、補貼政策、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，適合用于本項目的能源資源主要有市政電力、管道燃氣、海水源/污水源能等。根據(jù)供能對象的用能特點，適合于本項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度、投資收益、系統(tǒng)效率、能源價格、補貼政策等可量化比選因素，對上述供能方式的供能成本進行量化篩選、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適合本項目的供能方式表1-2供能技術(shù)量化篩選測算依據(jù)及假設(shè)條件圖1-2公建供冷成本隨年運行時數(shù)變化圖1-3公建供冷成本隨年運行時數(shù)變化圖1-4公建供冷成本隨年運行時數(shù)變化由圖1-2、1-3可以看出，對于公建供能來說，在運行時數(shù)較高時，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，在運行是時數(shù)過低時，單位供能初投資分攤過大，造成成本較高，因此三聯(lián)供系統(tǒng)宜承載系統(tǒng)運行的基負荷。結(jié)合圖6-2和圖6-3，當三聯(lián)供年運行時數(shù)在1250小時以上時，三聯(lián)供的供冷供熱在幾種供能方案中成本最低，可將年運行時數(shù)1250小時作為三聯(lián)供系統(tǒng)裝機規(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+燃氣鍋爐〃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，同時輔以燃氣鍋爐調(diào)峰，以滿足三聯(lián)供無法滿足的供熱、供冷負荷需求。由圖1-4可以看出，對于住宅采暖來說，由于燃氣補貼的影響，在任何年運行時數(shù)下，燃氣鍋爐供暖成本都低于海水源熱泵成本。綜上所述，本項目的優(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+燃氣鍋爐〃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)的裝機應(yīng)根據(jù)公建部分的負荷來確定，住宅供暖部分主要通過燃氣鍋爐滿足，在燃氣鍋爐和公建之間可以做到熱量的相互調(diào)配，以增強供能系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。2方案介紹與比選根據(jù)上述分析，本報告提供三種供能方案進行對比分析，就三種方案的技術(shù)路線、設(shè)備配置、投資、運行費用、經(jīng)濟評價方面分別進行比較論證，從而確定一套經(jīng)濟可行的供能方案。項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)：燃氣鍋爐+電制冷機；第二種是冷熱電三聯(lián)供（CCHP）+電制冷機+水蓄冷+燃氣鍋爐；第三種是冷熱電三聯(lián)供（CCHP）+海水源熱泵+水蓄能+燃氣鍋爐系統(tǒng)。本可研報告主要對此三種系統(tǒng)進行對比、分析和研究，以確定最優(yōu)方案。2.1方案一：燃氣鍋爐+電制冷機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。夏季采用以電冷機為主機的冷水系統(tǒng)供冷；冬季采用以燃氣鍋爐為主的熱水系統(tǒng)供熱。該方案系統(tǒng)比較簡單，采暖全部采用燃氣熱水鍋爐，年燃氣消耗量為：1773萬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，不能實現(xiàn)能源梯級利用，運行成本較高。2.2方案二：冷熱電三聯(lián)供+電制冷機+燃氣鍋爐+水蓄冷項目的公建部分，需要能源站提供冷、熱和電力供應(yīng)，多數(shù)是白天用能，晚上只是值班負荷用能，電力在平、峰、尖峰時段平均電價為1.151元/kWh，比較適合燃氣三聯(lián)供方案，考慮到谷電價格較低，可引入水蓄冷系統(tǒng)，即本方案采用燃氣三聯(lián)供+電制冷機+燃氣鍋爐+水蓄冷系統(tǒng)。根據(jù)產(chǎn)業(yè)原設(shè)計方案，項目的住宅部分采用地板輻射供熱，設(shè)計二級網(wǎng)溫度45/35°C,一級網(wǎng)溫度50/40°C。經(jīng)過方案優(yōu)化后一級網(wǎng)溫度可提高為（60?80）/40°C，以降低輸送能耗。本方案相對方案一，系統(tǒng)初投資有所增加，但因為采用了高效的能源利用方式，系統(tǒng)的運行成本大大降低。2.3方案三：冷熱電三聯(lián)供+海水源熱泵+燃氣鍋爐+水蓄能考慮項目臨近海岸，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)典型日逐時負荷考慮裝機容量，同時考慮運行海水源熱泵在夜間低谷進行蓄能，即方案三為：冷熱電三聯(lián)供+海水源熱泵+燃氣鍋爐+水蓄能系統(tǒng)。本方案相對方案二，初投資又有所增加，系統(tǒng)的運行費用會進一步降低。但與方案二相比，投資回報是否有優(yōu)勢，還需進一步分析。2.4各供能方案的詳細分析根據(jù)負荷測算和系統(tǒng)工藝路線，本著安全可靠、節(jié)約投資的原則，對各方案系統(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，不能實現(xiàn)能源梯級利用，運行成本較高。方案二采用"燃氣三聯(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)，實現(xiàn)燃氣能量梯級利用；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)電收入后運行費用較低。方案三采用"燃氣三聯(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，裝機規(guī)模為4460KW，減少了能源站的運行費用，但是投資成本會有所增加。以方案一為基準，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)濟性。在保證項目經(jīng)濟性的前提下，適當考慮項目示范意義，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)，對燃氣鍋爐、制冷機組、燃氣三聯(lián)供、海水源熱泵等進行了詳細的技術(shù)經(jīng)濟分析，綜合考慮各種能源利用的效率及經(jīng)濟性，同時