某研究所實驗樓應(yīng)用冰蓄冷空調(diào)實施效果分析

王琴明，薛琭俊

（蘇州供電公司，江蘇蘇州 215004）

1 推廣蓄冷技術(shù)的意義

1.1 江蘇省的負荷分布特征

江蘇省用電負荷時段性特點是：高峰時段主要集中在上午10：30、下午14：00、晚間21：30左右；其他如：上午 8：00前、中午、下午17：00～19：00、晚間22：00后等時段電網(wǎng)負荷較低，電網(wǎng)存在峰谷差，應(yīng)該充分挖掘低谷時段用電。

1.2 蘇州電網(wǎng)削峰填谷的必要性

蘇州電網(wǎng)夏季極端天氣下，空調(diào)負荷約達總用電負荷的30%～40%，用電峰谷差達30%～40%以上。這對電網(wǎng)安全運行與企業(yè)生產(chǎn)帶來極大影響。如果大力推進蓄冷空調(diào)，發(fā)揮蓄冷空調(diào)20%～40%的移峰能力，移峰填谷的潛力相當(dāng)可觀。經(jīng)測算，蘇州市如轉(zhuǎn)移高峰負荷300萬kW，則用電負荷率可提高到95%以上。

1.3 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)特點

冰蓄冷空調(diào)的基本工作原理是在夜間電網(wǎng)谷荷時段開啟制冷主機，將建筑物空調(diào)所需冷量部分或全部制備好，以冰的形式儲存起來。當(dāng)日間電網(wǎng)高峰時，可融冰降溫，減少電網(wǎng)高峰時段空調(diào)用電負荷及空調(diào)系統(tǒng)裝機容量，實現(xiàn)用電的移峰填谷，達到節(jié)約電費的目的。

冰蓄冷主機上游單級泵串聯(lián)流程如圖1所示。

圖1 冰蓄冷主機上游單級泵串聯(lián)流程圖

2 典型應(yīng)用案例

2.1 案例單位的負荷特性

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所地上建筑面積約40 000 m2，地下建筑面積約8 000 m2，其中一期超凈實驗室建筑面積約14 000 m2（24 h恒溫恒濕），綜合樓及辦公樓建筑面積約26 000 m2（使用時間8：00～18：00）。研究所主要功能是作為科研、辦公、實驗以及教育培訓(xùn)使用，其空調(diào)用電占企業(yè)總用電量的40%左右，而且空調(diào)能耗晝夜差比較大，全年需要空調(diào)負荷對實驗室進行恒溫恒濕的環(huán)境保持，是電力替代中采用谷電蓄冷的典型客戶。

其空調(diào)的冷負荷具有2個不均勻性。

（1）全年逐日不均勻性：即夏季每天的負荷不相同，溫度最高、最低的天數(shù)占整個使用空調(diào)天數(shù)的比例很小，不到15%。

（2）全天逐時不均勻性：全天的氣溫每小時均不同，下午15：00～16：00氣溫最高，冷負荷也達到最大；而晚上空調(diào)冷負荷達到最小。尖峰冷負荷約5 000 kW。全天冷負荷約61 150 kW，峰谷負荷差4 000 kW。

圖2為該研究所全天空調(diào)負荷分布圖。

圖2 研究所全天空調(diào)負荷分布圖

2.2 綜合經(jīng)濟數(shù)據(jù)分析比較

表1為綜合經(jīng)濟數(shù)據(jù)比較。

表1 綜合經(jīng)濟數(shù)據(jù)比較

按蘇州現(xiàn)行的電價政策，采用冰蓄冷系統(tǒng)比常規(guī)系統(tǒng)增加的投資部分，預(yù)計13個月可收回。隨著國家宏觀的調(diào)控以及節(jié)能措施的力度加大，其峰谷電價政策也會進一步拉大，蓄能冷空調(diào)的優(yōu)勢將越來越顯著。

2.3 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運行策略

主要運行原則：充分利用夜間低谷蓄冰減少運行費用。低谷電開足主機制冰，高峰電不開或者少開雙工況制冷主機，并盡可能減少主機的啟停次數(shù)，確保前一天的蓄冰量能夠在次日白天的供冷中全部融完。主機開啟時盡可能讓其在高負荷率下運行，提高系統(tǒng)效率。表2為冰蓄冷空調(diào)運行策略。

拍攝這種風(fēng)格的作品時，一定要用單點對焦模式，保證自己可以精準(zhǔn)控制焦點位置。如果用的是自動模式，對準(zhǔn)的就可能是最近的或最顯眼的物體。

表2 冰蓄冷空調(diào)運行策略

根據(jù)研究，空調(diào)年運行負荷率較低，一般達到設(shè)計負荷的運行時間占全年運行時間的15%，大部分時間運行在部分負荷下。在天氣發(fā)生變化、日負荷較小時，系統(tǒng)將依據(jù)實際的冷負荷需求，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)運行模式，自動調(diào)整每一時段內(nèi)蓄冰裝置融冰供冷及主機供冷的相對應(yīng)比例，以實現(xiàn)分量蓄冰模式逐步向全量蓄冰模式的運行轉(zhuǎn)化。從表2中可以看出，隨著負荷的逐漸變小，系統(tǒng)中制冷主機的開啟量也隨之減少，系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)為全融冰過程，從而更加節(jié)約運行費用。圖3為設(shè)計日100%負荷時，冰蓄冷空調(diào)逐時冷負荷分布圖，峰谷負荷差849 kW。

2.4 實施效果評價

圖4為2011年用電量數(shù)據(jù)匯總，圖5為2011年蓄冰制冷峰谷電比例。

結(jié)論1：除7—9月冷負荷較大時，谷時電量約占40%，4—6、10—12月，谷時電量占50%，1—3月，谷時電量約占總電量的70%，可以看出冰蓄冷可合理調(diào)節(jié)高峰時段用電負荷，在電網(wǎng)高峰用電（高電價）時間內(nèi)，可以融冰供冷，從而達到移峰填谷、避峰讓電、均衡用電及降低電力設(shè)備容量的目的，能夠充分利用廉價低谷電力，運行費低廉，2年左右節(jié)省的電費即可抵消初投資增加部分。2011年實施冰蓄冷效果見表3。

圖3 設(shè)計日100%負荷時冰蓄冷空調(diào)逐時冷負荷分布圖

圖4 2011年用電量數(shù)匯總表

圖5 2011年蓄冰制冷峰谷電比例

結(jié)論2：冰蓄冷空調(diào)減少了高峰負荷比例，增加了谷時用電量比例，從而實現(xiàn)降低總電費的目標(biāo)。2011年全年總計谷時電量為215.05萬kWh,按峰谷差價為0.823元/kWh-0.354元/kWh=0.469元/kWh計算，比運行常規(guī)空調(diào)節(jié)省運行電費100.86萬元，節(jié)約率為28%。

2.5 直接經(jīng)濟效益評價

（1）享受優(yōu)惠峰谷電價政策，降低空調(diào)年運行費

將白天的制冷電耗轉(zhuǎn)移到了夜間低谷時段，其總電費也大大降低。采用蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)時，2年左右節(jié)省的電費即可抵消初投資增加部分，2年后運行費用的節(jié)約為純利潤。

（2）降低高峰用電負荷，讓電于其他用電需要

（3）冷量全年一對一配置，冷量利用率高

冰蓄冷中央空調(diào)也滿足了周末時部分會議室在不開主機的情況下也能使用中央空調(diào)的要求，可見其調(diào)節(jié)能力強，使用經(jīng)濟方便。

（4）具有應(yīng)急冷源，空調(diào)可靠性提高

冰蓄冷系統(tǒng)在保證中央空調(diào)的冷量供應(yīng)的同時，還具備冷量儲備的特點，充分保障科研項目的正常實驗。在緊急失電的情況下，仍能夠向重點實驗室提供足夠的冷量供應(yīng)。

2.6 社會效益

負荷管理的重要作用是引導(dǎo)用戶削峰填谷，均衡用電負荷，是節(jié)約電源及電網(wǎng)資源的重要手段。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)起到削峰填谷的作用，提高了電網(wǎng)的安全運行性能，提高發(fā)電設(shè)備和輸配變電設(shè)備的效率，降低變配電損耗，從而降低發(fā)配電的運行成本，其本身的運行費用也是比較經(jīng)濟的。

常規(guī)空調(diào)制冷系統(tǒng)在白天社會用電高峰時，也達到系統(tǒng)用電高峰，而夜間則負荷很小。實施冰蓄冷系統(tǒng)后，削減了白天的系統(tǒng)用電負荷，減少日夜間的用電峰谷差。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)日夜最大峰谷差為4 000 kW，而冰蓄冷系統(tǒng)的日夜間峰谷差僅為840 kW。

從2011年運行情況來分析，系統(tǒng)在6月、9月、10月基本實現(xiàn)全量融冰運行模式，在7月、8月份由于大樓負荷較大而采取了主機供冷加融冰的模式。在夏季電網(wǎng)高峰運行時，上午10：30削早高峰1 493 kW，下午14：00削峰1 008 kW，晚間21：30削晚峰 1 243 kW，0：00～7：00填谷2 052 kW。

表3 蓄冷空調(diào)和常規(guī)空調(diào)經(jīng)濟效益對比表

根據(jù)該研究所冰蓄冷空調(diào)機房采集的用電記錄，冷空調(diào)使用期為356天。全年總用電量為437萬kWh，其中谷電為215萬kWh，約占總電量的49%，也就是說，冰蓄冷中央空調(diào)將49%的空調(diào)用電從峰段及平段轉(zhuǎn)移到了谷段，很好地實現(xiàn)了移峰填谷，減輕了電網(wǎng)負擔(dān)。

2.7 效果跟蹤

通過該研究所一期工程技術(shù)經(jīng)濟性論證，2012年將這一成果推廣到該所二期工程中。一期冰蓄冷系統(tǒng)是按照尖峰負荷的30%配置，由于谷時低電價的優(yōu)勢可以進一步發(fā)揮，二期冰蓄冷系統(tǒng)是按照尖峰負荷的40%配置，冰蓄冷的運行費用將進一步降低，而投資額比一期僅增大20%，投資回報期將進一步縮短。

3 結(jié)束語

（1）從蓄冰空調(diào)應(yīng)用實踐來看，用電政策的支持對空調(diào)客戶采用蓄冷空調(diào)起了很大的激勵作用。在不考慮電力增容費和空調(diào)使用費及其優(yōu)惠政策時，蓄冰空調(diào)的投資平均增加20%～40%，年運行費將平均降低20%～40%，投資回收期平均在2～5年。

（2）蓄冰空調(diào)適用于賓館、商場、辦公樓、醫(yī)院、學(xué)校等場所，可以采用集中和分散等多種制冷方式。全自動運行能實現(xiàn)靈活多變的釋放冷量模式，除了對多種生產(chǎn)、活動場合和多種時段制冷的適應(yīng)性強外，同時也滿足對溫度要求一般的各種生產(chǎn)活動場所。

（3）制冷主機容量減少，減少空調(diào)系統(tǒng)電力增容費和供配電設(shè)施費。蓄冰中央空調(diào)與傳統(tǒng)中央空調(diào)相比，空調(diào)系統(tǒng)裝機容量平均降低20%～30%，取得明顯的移峰填谷效果。

（本欄責(zé)任編輯孫 晶）