西安商业综合体应用CCHP的探讨

薛 康

(新奥泛能网络科技股份有限公司，河北 廊坊 065000)

西安商业综合体应用CCHP的探讨

薛 康

(新奥泛能网络科技股份有限公司，河北 廊坊 065000)

根据西安市的气候特点，预测了某商业综合体的冷、热、电负荷，并基于发电并网不上网的原则，确定了燃气冷热电联供系统方案，同时以原供能方案为比较基准，对两种方案进行了比较分析，结果显示，采用燃气冷热电联供系统在经济性和污染物排放方面都优于传统方案。

商业综合体，天然气，冷热电联供，节能性

0 引言

燃气冷热电三联供系统(CCHP)由于临近用能中心、污染排放量小等优点，在国内外越来越受到重视。我国已将天然气分布式能源作为能源领域重点发展方向，预计到2020年天然气分布式能源装机总量将达到5 000万kW。且以该系统为核心的分布式能源技术已经在国内得到实际应用[1]，如北京燃气大楼、北京火车南站、广州大学城等项目。随着我国对节能减排的重视，燃气冷热电联供技术在今后会得到突飞猛进的发展[2]。

西安地处中国陆地版图中心和中西部两大经济区域的结合部，是西北通往中原、华北和华东各地市的必经之路，是国家实施西部大开发战略的桥头堡。本文针对典型城市西安市的某大型公共建筑进行了冷热电联供系统的方案设计，分析了冷热电联供系统在陕西省应用的可行性，并对燃气冷热电联供系统进行了配置和运行策略优化。

1 西安市气候特点

西安市属暖温带半湿润大陆性季风气候，冷暖干湿四季分明。冬季寒冷、风小、多雾、少雨雪；春季温暖、干燥、多风、气候多变；夏季炎热多雨，伏旱突出，多雷雨大风；秋季凉爽，气温速降，秋淋明显。年平均气温13.0 ℃～ 13.7 ℃，最冷1月份平均气温-1.2 ℃～0.0 ℃，最热7月份平均气温26.3 ℃～26.6 ℃，年极端最低气温-21.2 ℃(蓝田1991年12月28日)，年极端最高气温43.4 ℃(长安1966年6月19日)。

2 建筑负荷需求预测

在对建筑进行冷热电联供系统的方案设计之前，需要对建筑进行冷、热、电负荷的需求预测。冷、热、电负荷预测是冷热电联供系统方案设计的基础，直接影响系统应用的可行性。

2.1 建筑概况

本项目位于西安市未央区，总建筑面积为42.7万m2，由1栋超高层写字楼、3栋高层办公楼、综合商场及地下室组成。考虑到高层写字楼及办公楼已经另外设置了空调冷热源机房，故本次方案的空调供能范围为商场及超市，空调面积约为7.75万m2；但由于整体项目总电力负荷约26 000 kVA，由市政电网提供，电压等级为10 kV，故考虑发电机的装机容量时综合考虑整体42.7万m2的用电负荷。

2.2 负荷需求预测

根据西安市的气象条件及供能建筑的特点，为了更加准确的分析项目的空调负荷，对项目的冷、热负荷进行模拟计算，空调负荷变化规律见图1，图2。

根据西安市的气候条件和本项目建筑特点，项目供能范围内建筑每年采暖期从11月9日～次年3月15日，制冷期从6月1日～9月30日。由于供能区域为超市及自持性商业，故每天供能时间为8:00～22:00。能源站由专业人员管理，可以根据室外气象参数变化适当调整供能时间，提高供能舒适性。参考当地的统计数值，经计算得出项目全年冷、热累计负荷如表1所示[3]。

表1 建筑累计负荷 万kWh

参照《公共建筑节能设计标准》中办公、商场内照明、设备和人员等活动规模，疗养中心及综合医院楼典型日电力逐时负荷变化规律预测分析如下，见图3。

通过项目电负荷逐时变化曲线可以看出，基载电负荷占总电负荷的40%左右，考虑发电机的装机用于承担电负荷的基载负荷，同时将发电机的余热全部消耗掉，以此确定发电机的装机容量。

3 燃气冷热电联供系统的适用性分析

随气温变化冷热负荷和建筑用电波动显著，因此所选发电设备需有较强的低负荷适应性。燃气轮机低负荷运行时，50%负荷效率下降5个～7个百分点；而燃气内燃机发电效率随负载负荷的影响较小，从100%负荷降到50%负荷时，内燃机的发电效率从40%变化到35%左右。故在本方案中选定燃气内燃机作能源系统的原动机。同时考虑到上网电价较低，因此发电机组的发电量自发自用，按电力基本负荷配置发电机组容量，高峰负荷由电网补充。

3.1 原供能系统方案和配置

该建筑原计划采用常规的离心式冷水机组+市政热力的方案提供空调冷热源，电力由城市电网提供。具体配置见表2。

表2 方案一主设备配置表

3.2 燃气冷热电联供方案设计

根据上文分析结果结合本项目特点，选择2台发电容量为1 560 kW的燃气内燃机，并配置2台烟气热水型溴化锂机组。冷热源不足部分采用常规冷水机组和燃气锅炉补充，方案二主设备配置见表3。

表3 方案二主设备配置表

4 能源价格及系统运行策略

4.1 能源价格

西安市一般工商业1 kV～10 kV等级分时电价如表4所示。

表4 供电价格表

发电机组在峰平段运行，运行时段平均电价为0.961元/kWh。

本项目采用天然气作为发电机燃料，当地天然气价格为2.3元/Nm3，低位热值为8 600 kcal/Nm3。

市政采暖按照热量收费，0.22元/kWh。

4.2 运行策略

夏季：1)因燃气三联供系统发电量远小于建筑用电负荷，所产出电力基本上除供给能源站自用外，其余部分都可在整体建筑内消耗完。且余热制冷能源费用较低，在夏季，燃气内燃机在峰平电价时开机。2)电冷机主要在用冷负荷高峰时段进行调峰。由于内燃机的可用余热主要包括高温烟气(约420 ℃)及高温缸套水(约90 ℃)两部分，故在夏季内燃机的高温烟气及高温缸套水同时进入溴化锂机组，驱动溴化锂机组为建筑提供制冷源。因此优先采用内燃机余热制冷，不足部分由电制冷机组补充(如图4所示)。

冬季：1)因燃气三联供系统发电量上除供给能源站自用外，其余部分都可在建筑内消耗完。且余热制热能源费用较低，在冬季，燃气内燃机在峰平电价时开机。2)内燃机的高温烟气进入溴化锂机组，驱动溴化锂机组为建筑提供采暖热源；同时高温缸套水经过板式换热器为末端提供采暖热源(见图5)。

表5 方案对比

内容方案一方案二0投资/万元267046001年能源供应量1．1年发电量/万kWh013171．2年供冷量/万kWh122512251．2．1余热供冷量/万kWh—4721．3年供热量/万kWh6196191．3．1余热供热量/万kWh—4522能源消耗量2．1年耗电量/万kWh3802302．2年耗燃气量/万Nm3—3433发电设备年折满负荷利用小时数/h—42214年能源费用/万元510-255注：能源费用为负值表示，内燃机实际发电量除能源站用外，尚供给末端建筑1087万kWh，故减去该部分电量的费用

5 系统评价

比较的基准方案为系统的原供能方案，采用增量法对系统的经济性进行分析。两种方案详细数据见表5[4]。

6 结语

1)结合项目所在地资源情况，采用融合天然气、电力等多种能源的分布式能源系统，合理搭配天然气三联供、电制冷、燃气锅炉等多种能源应用技术，在改善项目经济性的同时，更是通过多能融合提升供能安全，提高能源的梯级利用率。2)仅对工程费用和运行费用进行对比，方案二与方案一相比，虽然投资额增加了930万元，年运行费用每年要减少765万元，增量投资回收期为2.52年。3)相对原计划采用以市政热源+电制冷的能源系统而言，项目实施后每年可节约能量2 054 t标煤；每年可减少CO2排放量为8 644 t；每年可减少SO2排放9.68 t；每年可减少NOx排放14.19 t；每年减少粉尘排放7.96 t。

[1] 王 潇,付 林,赵玺灵,等.天然气冷热电联供系统在贵州地区的应用案例研究[J].暖通空调,2014,44(11):81-86.

[2] 王海龙.分布式能源系统在我国的应用与相关问题探讨[J].煤气与热力,2009,33(5):19-22.

[3] GB/T 51161—2016，民用建筑能耗标准[S].

[4] 付 林,江 亿.采用增量法的BCHP系统经济性分析[J].热能动力工程,2008，23(5):490-493.

Application of CCHP in Xi’an commercial complex

Xue Kang

(ENNUbiquitousEnergyNetworkTechnologyCo.,Ltd,Langfang065000，China)

In this paper, according to the climate characteristics of Xi’an City, the cold, heat and electricity load of a commercial complex are predicted. According to the principle that the power network is not connected to the internet, the scheme of the combined cooling, heating and power system is determined. The two schemes are compared and analyzed based on the original energy supply scheme. The results show that the combined cooling and heating system is superior to the traditional one in economy and pollutant emission.

commercial complex, natural gas, combined supply of cooling heating and power, energy saving

1009-6825(2017)03-0192-03

2016-11-20

薛 康(1984- ),男，工程师

TM611

A