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某区域能源站各能源系统比例分析

信息来源:www.lzmgny.com | 发布时间:2020年07月22日

    随着近年来经济发展的需要,越来越多区域采用集中能源站的方式进行能量供给。集中能源站大多由多种能源形式组成,各种能源形式的占比是能源站系统设计的关键,不仅关系到系统的有效运行,也关系到能源站是否经济合理。本文通过某具体案例,分析各种能源形式比例的影响因素及限定条件。
    1、确定能源形式比例的基本原则和限定因素

确定区域能源站能源形式比例的基本原则为:

1)经济技术合理;

2)满足政策法规要求及节能环境保护要求;

3)因地制宜,适合当地区域的发展。

各种能源形式的比例确定有很多限定因素,包括水文地理条件、地质条件、土地使用条件、电力条件、市政条件、规划政策条件、项目功能及定位,用能规律、市政设施收费条件、能源价格等。

各种能源站因资源、地域政策等各不相同,需具体问题具体分析。
    2、多能互补系统各种能源系统的构成

以某生态城区域能源站为例,介绍其多种能源形式的系统设计及组成的限定因素。

     2.1 能源站概况能源站承担C地块的能源供给,总建筑面积为143.9万m2,地上建筑面积为125.2万m2,地下功能区面积为18.7万m2。主要建筑功能为办公、商业、酒店及部分富人住宅、配套学校等,综合冷负荷为89.2MW,综合热负荷为81.7MW,总用电负荷为59.9MW。

     2.2 边界条件

           该项目边界条件如表1所示。

表1 边界条件 


     2.3 能源设计方案及各部分能源比例经过对能源方案经济技术的对比分析,确定该生态城的能源方案为内燃机+烟气热水溴化锂吸收式制冷机组+双工况离心式冷水机组+地源热泵机组+冰蓄冷。

内燃机发电装机功率为17.6MW,设置4台单台容量为4.4MW的内燃机。供冷、供热工况各部分能源系统装机比例如表2所示。

2 某能源站各部分能源系统装机比例

     2.4 经济效益及环境保护效益根据经济性测算,该项目建筑安装工程费用约为56076万元,包含冷热源设备系统、机房土建及配套机电系统、地埋管系统、室外管网等,单位面积投资约为390元/ m2。站房内冷热源设备系统中三联供设备费用约占41%,锅炉及相关系统设备费用约占5%,地源热泵、双工况离心式冷水机组及冷却塔等设备费用约占31%,冰蓄冷系统设备费用约占23%。按照40%资金自筹、60%资金贷款计算,总投资约为71020万元,年运行能源费用为4766万元。以市场价格向二级地块出售冷、热、电作为能源站收入,税前内部收益率为10.46%,税后利润率为7.48%,经济效益良好。

该项目每年减少CO2排放18314t,减少SO2排放577t,减少NOx排放289t,减少粉尘排放5236t,大大改区域环境,环境保护效益十分显著。
    3、能源系统的比例设计

3.1 地源热泵系统规模的确定

控制性详细规划要求可重复能源利用比例不低于15%。进行可重复能源系统指标分解,分析如下:

1)负荷特性分析。需要根据能源站所承担区域的建筑功能、建筑面积、使用规律等,通过模拟手段确定能源站的典型日基本冷热负荷,以及全年冷热负荷曲线。

2)对能源站所承担区域进行全年能耗分析。全年能耗分析包括空调、生活热水、建筑其他用电、绿化广场用电、空调用气、炊事用气等建筑综合能耗,折算成标准煤。确定可重复能源提供的能源总量(大于15%)。

3)可重复能源资源条件分析。包括太阳能资源条件、地表水、地下水源条件、污水源条件、深层地热条件、风能资源条件等。

4)结合资源条件及建筑需求,综合分析各项能源形式,确保指标落地实施。根据论证分析,该区域可重复能源利用的基本方案为:地埋管地源热泵系统大规模应用,各地块设置分散式太阳能光伏发电系统,公共绿地、道路及景观照明采用光伏照明系统,热水采用太阳能热水系统。受资源条件限制,其他形式的可重复能源暂不考虑。各系统使用比例如表3所示。

3 各系统使用比例

      3.2 气体三联供系统规模的确定

三联供系统的合理配置对于保证系统的经济、环境保护效能高的运行具有关键性作用。确定三联供系统规模时需要考虑扣除地源热泵系统后的总需求,综合考虑能源利用效率、初投资、回收期等因素。

1)该项目的综合能源站以区域供冷供热为主、供电为辅,采用综合利用能源效率高、浪费少的“以热定电”原则。

2)发电设计分担率。

三联供系统发电装置的容量显著影响运营的经济性,引入发电设计分担率的概念。发电设计分担率为发电装置的容量与年建筑较大电力负荷的比率。优良发电设计分担率为三联供系统设计的关键因素。

对于该项目,电力负荷远大于三联供系统发电量,因此三联供系统发电量仅接入部分地块,以使发电设计分担率达到较优水平。

3)并网设计。

根据项目所在地的政策条件,确定三联供机组的发电机组采用并网不上网的原则接入公共电网,即能源站出线电压为10kV,电缆出线四回,在站内10.5kV侧实现高压并网运行,三联供系统设置自动同期装置,在用户侧适当位置设置明显断开点,三联供系统采取“逆功率保护措施”,只受电,不向公共电网输送电能。

4)三联供系统的评价。

① 三联供系统年平均能源综合利用率。该三联供系统平均能源综合利用效率为83.8%(>70%),满足规范要求。

② 发电机较大利用时长。该项目内燃机的较大利用时长为2045h(>2000h),满足规范要求。

③ 三联供系统节能率。该项目内燃机三联供系统的节能率为22.3%,大于规范要求的15.0%,满足规范要求。

      3.3 冰蓄冷系统规模的确定

1)综合典型日逐时负荷系数。

该项目供冷季、供暖季综合典型日逐时负荷如图1所示。

1 综合典型日逐时负荷

2)冰蓄冷系统优良蓄冰率。

该项目采用部分蓄冰系统,要实现系统制冷机组、蓄冰装置及附属设备等装机容量的优化选择,需要结合建筑逐时负荷、制冷机组性能曲线、当地电价和冷价等众多因素,建立数学模型求解较佳系统配置方案。以初投资与运行费用之和为目标函数,通过数学模型计算,结果较小即为优良蓄冰率

3)减少输送能耗,降低供水温度。

该项目冰蓄冷系统规模的确定,除了满足移峰填谷、节约运行费用的要求外,还要降低夏季供水温度,使系统在夏季能够实现大温差供冷。经计算确定,该项目综合经济性优良的蓄冰率为20.4%。

    4、区域能源与多能互补系统设计的其他影响因素

区域能源站多能互补系统的经济性还受几个主要指标的制约:

1)三联供系统发电量并网电价;

2)能源站提供冷热量的定价;

3)能源站的资金组成,其中贷款利率直接影响内部收益率;

4)各地块的能源站接驳费直接影响能源站的经济性。

    5、结论

1)区域能源站中可重复能源系统规模主要受控制性详细规划等政策条件的要求及园区内可利用条件的制约。

2)供冷供热为主的三联供系统,设计时主要考虑能源利用效率及系统的综合经济性。发电机配置需考虑优良发电设计分担率。

3)冰蓄冷系统规模设计时优良蓄冰率的确定需综合考虑多种能源形式的供水温度,以及对区域能源站输送能耗的影响。

4)多能互补系统的能源形式比例,除了要考虑各种能源利用形式的经济技术评价外,还要考虑耦合运行效果,以及项目政策及边界限定条件。

5)区域能源站系统设计是关键,同时需要结合实际运行情况制定合理的控制策略,使得系统能够有效地运行。

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