上海某大廈分布式能源系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)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(yùn)行方式具有典型的能量梯級(jí)利用特性。該文以上海某大廈的能源使用情況為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了天然氣分布式能源系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了分布式能源站的設(shè)備選型方式，滿(mǎn)足了大廈的安全用電以及熱負(fù)荷需求。整個(gè)系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：分布式能源系統(tǒng);方案設(shè)計(jì);商業(yè)綜合體

中圖分類(lèi)號(hào)：TU246? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

分布式能源系統(tǒng)是以燃?xì)饧吧镔|(zhì)能、太陽(yáng)能、氫能、風(fēng)力和其他清潔、可再生的能源為一次能源，在用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)或靠近用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的小型或微型獨(dú)立輸出就地使用電、熱（冷）能的系統(tǒng)。一次能源經(jīng)過(guò)各種轉(zhuǎn)換方式組合，以最經(jīng)濟(jì)、最高效的方式直接向用戶(hù)提供所需要的電力、空調(diào)冷水、采暖熱水、生活熱水、蒸汽等能源產(chǎn)品。在當(dāng)前單位GDP能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)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(diǎn)[1]。1）能源綜合利用效率高：通過(guò)對(duì)能量的梯級(jí)利用，系統(tǒng)綜合能源源利用效率可達(dá)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(yáng)能、風(fēng)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?。悍植际侥茉凑靖鶕?jù)用戶(hù)用能需求，定制化設(shè)計(jì)，一次能源轉(zhuǎn)化率高，能源輸送半徑小，輸送過(guò)程損耗低，可有效降低用戶(hù)的綜合用能成本，同時(shí)提高了用戶(hù)能源的安全性和可靠性。

1 項(xiàng)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(jié)構(gòu)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(wàn)m2（包括地上建筑面積38萬(wàn)m2），綠化率33% 。該項(xiàng)目根據(jù)該大廈餐飲區(qū)域的冷、熱負(fù)荷容量及特點(diǎn)，在該區(qū)域適當(dāng)位置有針對(duì)性地建設(shè)天然氣分布式能源中心，滿(mǎn)足該地區(qū)冷、熱負(fù)荷需求。

能源中心考慮裝設(shè)內(nèi)燃機(jī)、熱水型溴化鋰機(jī)組、煙氣-熱水換熱器及水-水板式換熱器，實(shí)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(duì)建設(shè)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(jì)有著積極意義。因此，能源中心工程建設(shè)對(duì)改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)具有重大意義。

1.2 大廈用能分析

1.2.1 大廈電力負(fù)荷分析

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

該項(xiàng)目按并網(wǎng)不上網(wǎng)的方式運(yùn)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(bǔ)充。

1.2.2 大廈冷熱負(fù)荷分析

該項(xiàng)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(wàn)㎡，其中地下2層為能源中心，地下四層、五層為停車(chē)庫(kù)。低區(qū)地上建筑總面積8.4萬(wàn)m2，低區(qū)地下建筑面積約19.6萬(wàn)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(biāo)，按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189—5005）對(duì)各建筑單體的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)和室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)，上海某大廈低區(qū)地下空間計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)按空調(diào)面積占建筑面積的80%考慮，低區(qū)地上部分計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)按空調(diào)面積占建筑面積的90%考慮，低區(qū)地下空間的冷熱負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)取0.7，低區(qū)地上部分冷熱負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)取0.8，分析得出該區(qū)域的空調(diào)冷負(fù)荷和空調(diào)熱負(fù)荷。

設(shè)計(jì)日負(fù)荷是設(shè)備選型的依據(jù)，該報(bào)告對(duì)低區(qū)區(qū)域的設(shè)計(jì)日負(fù)荷進(jìn)行了計(jì)算匯總， 具體負(fù)荷數(shù)據(jù)如圖2所示。

通過(guò)圖2分析，可以得出以下3點(diǎn)結(jié)論。1）夏季設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷的逐時(shí)變化范圍較大，最大冷負(fù)荷出現(xiàn)在中午12點(diǎn)，約為19.6 MW，最小冷負(fù)荷出現(xiàn)在凌晨4點(diǎn)，約為7.6 MW。2）冬季設(shè)計(jì)日熱負(fù)荷的逐時(shí)變化范圍較平緩，最大熱負(fù)荷出現(xiàn)在下午8點(diǎn)，約為13.4 MW，最小熱負(fù)荷出現(xiàn)在凌晨1點(diǎn)，約為5.3 MW。3）全年冷、熱負(fù)荷大于1 MW的時(shí)間數(shù)為7 150 h左右，冷、熱負(fù)荷大于3 MW的時(shí)間數(shù)為5 050 h左右，冷、熱負(fù)荷大于5 MW的時(shí)間數(shù)為3 750 h左右，冷、熱負(fù)荷大于10 MW的時(shí)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(jī)負(fù)荷匹配，該工程初步按照裝機(jī)負(fù)荷滿(mǎn)足大廈冷、熱負(fù)荷基礎(chǔ)值設(shè)計(jì)。裝機(jī)2×1165 kW燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組+煙氣換熱器+熱水型溴化鋰機(jī)組。主要設(shè)備參數(shù)如下。

1.3.1 內(nèi)燃機(jī)

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組：2臺(tái)（1 165 kW）。

額定發(fā)電出力：1 165 kW。

機(jī)組發(fā)電效率：40.3%。

機(jī)組熱效率：48.3%。

電壓等級(jí)：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(dòng)機(jī)冷卻：747 kW。

低溫冷卻水散熱量：56 kW。

機(jī)組輻射量：78 kW。

1.3.2 煙氣換熱器

臺(tái)數(shù)：2臺(tái)。

換熱量：649 kW。

換熱器煙氣側(cè)進(jìn)/出口溫度：441/120℃。

換熱器熱水側(cè)進(jìn)/出口溫度：87/95.5℃。