某国际机场燃气冷热电三联供区域能源项目案例分析—张杰
摘要: 张杰：大家下午好！我主要是结合一个案例，介绍我对三联供系统的认识和看法。 建筑冷热电三联供系统叫做CCHP，对区域来说叫BCHP，应该是分布式能源系统的一种方式，主要解决电、热、冷的能源供应问题。 常用的大概有 ...
| 张杰：大家下午好！我主要是结合一个案例，介绍我对三联供系统的认识和看法。 建筑冷热电三联供系统叫做CCHP，对区域来说叫BCHP，应该是分布式能源系统的一种方式，主要解决电、热、冷的能源供应问题。 常用的大概有两种，一种是燃气轮机的三联供系统，以发电为主，它的余热可以作为空调制冷、供热的热源，不足部分可以利用天然气进行补充。 还有一种是内然发电机的冷热电三联供系统。它除了烟气的回收以外，还有一部分是钢炮式。 从效率来看，在建筑范畴内，或者是在小型区域范畴内，比如像5000千瓦以下的发电机组，内燃机的效率会比燃气轮机高一些。这张图是厂家的产品资料，应该说反映了一种趋势。 三联供系统的最大特点是能源的梯级利用。像许老师说的一样，高品位能源部分用来发电，中段部分是作为制冷机组，进行烟气回收。低温段可以直接交换，作为生活热水使用。它同时可以降低运行成本。 这个表格是石家庄机场项目的可研报告数据，当地燃气的对外公开价格是2.84，最后达成的价格是2.5元。按照发电效率的30-40%，综合利用效率为80-85%。如果不考虑余热利用，发电成本是6毛3到7毛2之间。如果考虑热利用成本，基本可以降低一倍。 这张表格是北京的数据，可以反映出天然气和电力消耗情况。在夏天，由于空调使用量较大，更多的电力处于高峰峰值。冬天由于使用锅炉或者其他采暖方式，燃气有很大的峰值。对于电网来说，建设分布式能源系统以后，可以增大运行效率。 对于它的排放，采用三联供系统以后，它的排放比燃煤和锅炉更少。采用三联供系统，无论是冷、热，还是电，都会提高保障性。 三联供系统在国外的发展比较成熟，我不多介绍。 中国的发展情况，各位专家也已经介绍过，去年由四部委发布了《发展天然气分布式能源的指导意见》，在政策上给予了保障。 下面我介绍一下我们的认识和所做的工作。 这张图是我们自己理解的，右侧相当于能源站，包括发电机、余热利用设备、冷热源设备、输配设备。左侧是设计需求，包括供冷、供热、供电需求。能源站要确定发电机容量，是设计关键点。设计需求，如何把能源站与设计需求进行有效结合，在设计过程中要作为重点。 在能源站中，合理确定发电机容量是非常关键的。目前有两种设计思路，一种是以电定热，一种是以热定电。以电定热是根据项目的用电负荷情况来确定发电机容量，根据发电机容量的余热量，它所能够提供的冷热负荷，与建筑设计需求中需要的冷热负荷的差别性能，以确定系统中需要选择的调控设备和蓄能设备。以电定热主要是应用于上网项目。在孤岛运行情况下，发电机必须提供所有的用电负荷，项目的经济性很差。国内也有项目采用孤岛运行的方式，但我们并不推荐。 基本的用电负荷是难以确定的，尤其是新设备阶段，我们如何根据基础容量来确定基础负荷，往往是非常不准确的。 如果以热定电，是根据项目的冷热负荷确定所需的余热量，根据余热量确定发电机容量。这种情况一般用在能上网的项目上。但由于发电上网和下网电价是不一样的，区域项目的冷热峰值时间比较短，以峰值负荷来定电的项目，经济性也比较差。这个时候也需要我们通过增加蓄能设备或者是配制调控设备来减少发电机的装机容量，改善项目的经济性。不管是以电定热，还是以热定电，最终目的都要合理选择发电机，保证发电机的全年运行小时数。 对于三联供系统的设计基础来说，如何进行合理的设计需求分析也是非常重要的。在很多三联供机房的设计中，设计公司会提供设计方案，但对设计需求来说是很少的，没有进行整体的分析。 三联供系统的设计需求分析，如果要做很多可研报告，我们建议采用全年动态负荷来进行分析，可以评价设计需求，合理地确定发电机全年用电小时数。 在设计需求以后，我们提出了精细化设计的概念，要准确预估设计需求，初步搭建能源站的简单系统。根据系统确定控制策略和运行模式，再根据运行模式计算初步搭建系统的全年动态负荷情况下的全年的耗气和耗电量指标，然后再评价经济性。如果可以满足要求，可以予以采用。 这个项目是我们在石家庄机场的项目，蓝色部分是地缘热泵站，绿色部分是水源热泵站。黄色部分是新建航站楼，供暖面积是32万平米，供冷面积是29万平米。当时我们分析了当地条件，供电条件是有35千伏变电站一座。在做新航站楼设计的时候，原来的设计院给出的是内燃机的方案。他们冬天可以利用发电机进行全年的平均，我们当时也做了方案考虑。当能源变成商品以后，它一定具有商品属性，它有很多的规律，跟投资等很多方面都有关系。最早的时候是石家庄的供电部门和燃气部门、机场共同成立一家公司，把它作为电源站来看待，是可以上网，最早是确定以热定电的方式。但随着供热部门的退出，不允许做上网，只能并网，最后消减了发电机容量。燃气压力是0.4兆帕，容量足够。当前热泵设计的供热和供冷的余量不大。 我们接手以后，他们的地缘热泵站和水源热泵站已经运行了两三年，有比较好的数据记录，可以真实反映这两个站所负担面积的全年负荷情况。新站是由于新设计项目，设计院给我们的数据是典型设计日负荷，我们对两个区域重新进行了负荷计算。 这个是全年用电情况预测。由于已经有了地缘热泵站和水源热泵站，冬季采暖期的用电负荷还是很高的。 为了跟原有系统进行比较，在方案初期的时候进行了多方比较，基本就是常规能源和三联供系统进行比较。 因为也涉及到发电机的选择方式，常规的有内燃机和燃气轮机。这个项目的单机发电功率并不大，由于建筑物的特点，还是要求对负荷的适应性比较强。对于燃气轮机来说，对燃气的压力比较高，燃气压力的波动对效率还是有影响，我们还是采用了内燃机的方式。 这个是燃气轮机和内燃机在不同负荷发电效率下的影响。对内燃机来说，氮氧化物的排放指标有可能比燃气轮机大一些。 我们最终的方案是采用内燃机，它的烟气回收和电制冷机作为调控负荷，燃气锅炉作为全年的生活热水和冬季采暖使用。冬季由烟气和钢化水的利用和燃气锅炉作为高峰负荷使用。 确定以热定电方式以后，选择了四台内燃机，可以上网作为电源站来使用，提高了区域负荷的安全。 随着方案的深入，我们还分析了冷源成本和热源成本的问题，将峰谷电价的因素代入到了成本计算过程中。红色部分、蓝色部分和绿色部分，从能源分析的角度来说，中间会出现相对的平衡点。 最后的结论是在高价电价时段，有供冷需需求的时候，还是尽量由三联供工作。高峰电价阶段，三联供工作供冷不足时使用电制冷。在低谷电的时候，优先开电制冷机组，采用市电直接供冷。 作为热源的时候，三联供方式比纯粹采用燃气锅炉的方式合算，在冬季还是考虑三联供方式优先。 三联供系统还是比较细的工作，不同发电机容量的选择对各个设备都有影响。首先我们要合理准确地进行动态负荷预测，选择不同的发电机容量，测算全年动态的耗气、耗电量，再进行经济评价。 这个是逐时耗气情况，夏季是发电机耗气，冬季是发电机和锅炉耗气，在春秋交替的时候，也会出现发电机闲置和组合运行的情况。 这是能源站里面的用电设备，在夏天发电过程中，这个还没有加入水蓄冷的内容。 这是发电预测，刚才是我们自己站内的。因为原来还有水源热泵站和地缘热泵站，这张图是发电效果预测，也就是在夏季的发电，除了供能源站以外，还要供地缘热泵站和水源热泵站，在冬季也同时进行两个站的能源平衡。 这是项目的经济性分析，当时项目的总投资是1.17亿，生产能力平衡点在68%左右。后来我们调整了发电机数量，大规模减少发电机容量，增加了水蓄能的装置。 对于冷热电三联供，我们总结了一些问题，如果冷热电三联供在负荷侧建设，是否会加剧城市的热岛效应。三联供系统受电、气价格影响较大，会不会造成大量的闲置？ 三联供推广过程中有一些需要解决的问题，最终的环节是上网价格并不合算，只能采用并网或者是孤岛运行的方式，这在操作层面有一些问题。 第二个问题是商务模式。采用三联供方式，它的好处在后面，但对于前期投资，不管是对设计，还是对甲方，都看不到回报。 第三个问题，不是所有项目都适合三联供。 第四个问题，商务模式带来的就是运营。设计、施工和运营团队对新的技术和运行模式都有一定的规律。 最后一个问题，目前的三联供方式在国内有成功，有失败，要进行项目数据的搜集和整理，对前期的设计、施工、运行方法进行比较。 采用冷热电三联供系统应该能够实现能源的梯级利用，合理设计该系统对节能减排事业非常有意义。 在政策和技术上应该更好解决发电并网乃至上网的问题，这是冷热电三联供技术能够获得良好应用于推广的重要条件。 冷热电三联供项目设计成功的关键在于发电机组容量的选择预配置是否合理，准确的冷热电需求分析是优化发电机组选配的前提。 民用建设设计单位有着多年对建筑设计甚至全年逐时动态冷热负荷的分析经验与实际运行数据，应当积极的将上述特点融入冷热电三联供系统的设计工作中。 冷热电三联供技术的应用推广尚需同仁们商务模式、设计、施工、运营管理各个部门进行探索。 谢谢大家！ |
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