上海某大廈分布式能源系統(tǒng)方案設計研究

商艷飛

摘? 要：分布式能源系統(tǒng)是能源高效利用的重要形式，其運行方式具有典型的能量梯級利用特性。該文以上海某大廈的能源使用情況為基礎，設計了天然氣分布式能源系統(tǒng)，詳細介紹了分布式能源站的設備選型方式，滿足了大廈的安全用電以及熱負荷需求。整個系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。

關鍵詞：分布式能源系統(tǒng);方案設計;商業(yè)綜合體

中圖分類號：TU246? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

分布式能源系統(tǒng)是以燃氣及生物質能、太陽能、氫能、風力和其他清潔、可再生的能源為一次能源，在用戶現(xiàn)場或靠近用戶現(xiàn)場的小型或微型獨立輸出就地使用電、熱（冷）能的系統(tǒng)。一次能源經(jīng)過各種轉換方式組合，以最經(jīng)濟、最高效的方式直接向用戶提供所需要的電力、空調冷水、采暖熱水、生活熱水、蒸汽等能源產(chǎn)品。在當前單位GDP能耗高、環(huán)境污染嚴重的背景下，分布式能源系統(tǒng)是降低綜合能耗、改善環(huán)境的重要研究方向，具有能源綜合利用效率高、污染物排放低、綜合用能成本省等優(yōu)點[1]。1）能源綜合利用效率高：通過對能量的梯級利用，系統(tǒng)綜合能源源利用效率可達80%以上甚至更高。2）污染物排放低：一次能源采用天然氣、太陽能、風能等清潔/可再生能源，降低了污染物的排放，二氧化碳排放量減少50%以上，二氧化硫及煙塵排放量基本為零。3）綜合用能成本省：分布式能源站根據(jù)用戶用能需求，定制化設計，一次能源轉化率高，能源輸送半徑小，輸送過程損耗低，可有效降低用戶的綜合用能成本，同時提高了用戶能源的安全性和可靠性。

1 項目概況

1.1 概述

“上海某大廈” 位于小陸家嘴核心區(qū)，其主體建筑結構高度為580 m，總高度632 m，地上121層，地下5層，總建筑面積57.6萬m2（包括地上建筑面積38萬m2），綠化率33% 。該項目根據(jù)該大廈餐飲區(qū)域的冷、熱負荷容量及特點，在該區(qū)域適當位置有針對性地建設天然氣分布式能源中心，滿足該地區(qū)冷、熱負荷需求。

能源中心考慮裝設內(nèi)燃機、熱水型溴化鋰機組、煙氣-熱水換熱器及水-水板式換熱器，實現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供，使得清潔能源和綠色建筑得到良好融合，不但有利于大廈能源的綜合利用，這對建設綠色大廈，創(chuàng)新能源利用方式、優(yōu)化資源利用、發(fā)展綠色經(jīng)濟有著積極意義。因此，能源中心工程建設對改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境、發(fā)展低碳經(jīng)濟具有重大意義。

1.2 大廈用能分析

1.2.1 大廈電力負荷分析

該項目所在地在其周邊規(guī)劃建設110 kV大廈用戶站，該站主變?nèi)萘繛?×40 MVA，為110 kV/10 kV的兩卷變，兩路電源進線分別來自于規(guī)劃220 kV即墨站和220 kV連云站。該站110 kV側采用帶斷路器的線路變壓器組接線方式，10 kV側采用單母線四分段接線。10 kV側出線規(guī)模36回，如圖1所示。

該項目按并網(wǎng)不上網(wǎng)的方式運行，所發(fā)電力全部用于大廈內(nèi)部消耗，不足的電力由電網(wǎng)補充。

1.2.2 大廈冷熱負荷分析

該項目冷熱供能范圍為大廈低區(qū)地下5層至地上7層，共12層樓，總建筑面積約為27.97萬㎡，其中地下2層為能源中心，地下四層、五層為停車庫。低區(qū)地上建筑總面積8.4萬m2，低區(qū)地下建筑面積約19.6萬m2。

根據(jù)大廈各地塊用地面積、總建筑面積和使用功能、容積率、控制高度等指標，按照《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189—5005）對各建筑單體的圍護結構熱工參數(shù)和室內(nèi)空氣設計參數(shù)，上海某大廈低區(qū)地下空間計算標準按空調面積占建筑面積的80%考慮，低區(qū)地上部分計算標準按空調面積占建筑面積的90%考慮，低區(qū)地下空間的冷熱負荷同時使用系數(shù)取0.7，低區(qū)地上部分冷熱負荷同時使用系數(shù)取0.8，分析得出該區(qū)域的空調冷負荷和空調熱負荷。

設計日負荷是設備選型的依據(jù)，該報告對低區(qū)區(qū)域的設計日負荷進行了計算匯總， 具體負荷數(shù)據(jù)如圖2所示。

通過圖2分析，可以得出以下3點結論。1）夏季設計日冷負荷的逐時變化范圍較大，最大冷負荷出現(xiàn)在中午12點，約為19.6 MW，最小冷負荷出現(xiàn)在凌晨4點，約為7.6 MW。2）冬季設計日熱負荷的逐時變化范圍較平緩，最大熱負荷出現(xiàn)在下午8點，約為13.4 MW，最小熱負荷出現(xiàn)在凌晨1點，約為5.3 MW。3）全年冷、熱負荷大于1 MW的時間數(shù)為7 150 h左右，冷、熱負荷大于3 MW的時間數(shù)為5 050 h左右，冷、熱負荷大于5 MW的時間數(shù)為3 750 h左右，冷、熱負荷大于10 MW的時間數(shù)為1 350 h左右。

1.3 分布式能源系統(tǒng)配置方案

考慮到該工程三聯(lián)供系統(tǒng)與大廈能源站的裝機負荷匹配，該工程初步按照裝機負荷滿足大廈冷、熱負荷基礎值設計。裝機2×1165 kW燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組+煙氣換熱器+熱水型溴化鋰機組。主要設備參數(shù)如下。

1.3.1 內(nèi)燃機

燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組：2臺（1 165 kW）。

額定發(fā)電出力：1 165 kW。

機組發(fā)電效率：40.3%。

機組熱效率：48.3%。

電壓等級：10.5kV。

天然氣氣耗：288.1 Nm3/h。

排煙溫度：441℃。

排氣熱能：649 kW。

發(fā)動機冷卻：747 kW。

低溫冷卻水散熱量：56 kW。

機組輻射量：78 kW。

1.3.2 煙氣換熱器

臺數(shù)：2臺。

換熱量：649 kW。

換熱器煙氣側進/出口溫度：441/120℃。

換熱器熱水側進/出口溫度：87/95.5℃。