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分布式供能体系的运用

2012-12-17 17:56 来源:建筑节能论文 人参与在线咨询

作者:马平 潘军松 单位:申能(集团)有限公司 上海申能能源服务有限公司

试运行期间系统效率的估算

申能能源中心的供冷负荷由常规电制冷机、冰蓄冷、分布式供能系统同时提供,并通过合理制定运行策略,在满足舒适性的前提下达到节能、降本的效果。夏季的供冷通常先开启分布式供能系统,一旦供冷量不足就开启冰蓄冷,如果供冷量还不满足要求就开启电制冷机。申能能源中心分布式供能系统试运行期间的主要数据见表1。表1中的1月份仅进行发电机的可靠性测试,空调机组并未投入,因此1月份空调机组设备的产热(冷)量采用了额定工况下的制热量。由于气温对微型燃气轮机机组发电功率影响很大,气温低燃机的效率高,这种变化对整个系统的效率会产生一定的影响,而且一年中的不同季节负荷分配的要求不同,也可能影响到效率。因此,系统的效率应当分季节来分析,为此把全年分为冬季供暖期、春秋过渡期和夏季供冷期,系统效率将根据相应的试运行数据估算。1)冬季供暖期冬季天气温度低,机组发电效率高。以1月份的17日至18日运行数据作为代表,系统中发电机组的平均发电功率为197.58kW,供热机组的产热功率平均为268.00kW,即系统输出的功率平均为465.58kW,可以折算成1676.20MJ/h。系统中的微燃机组天然气平均耗量65.17m3/h,由于冬季空调机组不需要补燃天然气,因此系统消耗的天然气总耗量平均值为65.17m3/h;天然气热值取35.6MJ/m3,系统能源输入的功率可折算为平均2320.10MJ/h。根据机组输出和输入的功率比,可以得到冬季供暖期1月份的机组效率为72.28%。2)春秋过渡期春秋过渡期的效率估算采用5月25日至6月3日的试运行数据,系统的发电机组输出功率平均为155.23kW,供热机组输出功率平均为260.27kW,因此系统的输出功率平均为415.50kW,折合为1495.80MJ/h。系统中的微燃机组天然气平均耗量为51.82m3/h,空调机组补燃天然气平均耗量为7.64m3/h,系统的天然气消耗平均为59.46m3/h,折算后系统的能源输入功率平均为2116.78MJ/h。由此可得,春秋过渡期系统的效率为70.7%。3)夏季供冷期夏季供冷期大楼负荷需求量大,其中大部分冷负荷要由溴化锂空调机组提供,机组处于高负荷区内运行。该时期的效率估算采用7月7日至8月3日试运行数据,发电机组的输出功率平均为162.03kW,制冷机组的冷量输出功率平均为270.6kW,因此系统的能源输出功率平均为432.63kW,折合为1557.47MJ/h。微燃机天然气耗量平均为58.83m3/h,空调机组补燃天然气耗量平均为3.33m3/h,即系统消耗天然气总量平均为62.16m3/h,系统的能源输入功率平均为2213MJ/h。由此可得,夏季供冷期系统效率为70.42%。9月份气温已经有所回落,因此只需启动分布式供能系统,不需要再用冰蓄冷或者电制冷机就可以满足大楼冷负荷需求。9月19日系统发电机组的平均输出功率为168.00kW,制冷机组输出的冷量功率平均为335.83kW,即系统的输出功率平均为503.83kW。系统中的微燃机组发电消耗的天然气平均为59m3/h,空调机组补燃消耗的天然气平均为9m3/h,系统的天然气耗量平均为68m3/h,由此可得系统输出功率为2421MJ/h,9月份系统平均效率可达74.96%。系统效率的提高与冷水流量增大,余热利用的增加有关。可以看到,由于只启动分布式供能系统,不再用冰蓄冷或者电制冷机,9月份系统输出冷量为335.83kW,远远高于8月份的270.6kW。根据不同季节的运行数据估算结果,系统全年的效率为72%左右。当然,这样的估算没有扣除能源中心的自用电部分,因此是高估的。例如夏季供冷时,风机、冷却水泵的耗电增加;扣除自用电后,系统效率会明显下降。一般来说冬季供暖期冷却塔停运自用电下降,气温低燃机的发电效率提高,因此系统效率总是高于夏季。

经济收益

分布式供能的收益与设备投入运行的时间有关,但是根据并网不上网的原则,申能能源中心的三联供系统只能在大楼办公时运行,通常为每天的8:00~17:00,共9h。系统的收益包括发电和供热(冷)两部分。发电增益是指与电网供电相比,项目的运行可以减少的用电成本。由于电网用电根据峰谷期定价,8:00~17:00时段冬季的市电平均价为0.865元/kWh,夏季为1.00元/kWh。供热(冷)增益指冬季利用余热后可以减少燃气锅炉耗气的支出量,或者夏季减少基载制冷机组用电的支出。冬季采暖期和夏季制冷期燃气的效率不同,单位天然气的发电量和发电成本也不同。表2是根据2011年1月17日14:00至9月19日13:00运行数据计算的采暖期和制冷期系统燃气发电机组的投入和产出,可以看到采暖期和制冷期每1m3的天然气所发电量分别为3.048kWh和2.946kWh。上海市政府为了鼓励燃气三联供的应用,给予三联供项目的天然气优惠价格为2.43元/m3,因此采暖期和制冷期发电成本分别为0.797元/kWh和0.825元/kWh。1)冬季采暖期采暖期系统的发电机组输出功率平均195kW,运行时间9h可以发电1755kWh,发电成本0.797元/kWh(表2),可以得到全天发电成本为1398元;市电平均价格0.865元/kWh,采用市电每天应支出电费1518元。因此项目的运行每天可以减少发电开支120元。冬季采暖,能源中心大楼采用2t/h燃气锅炉,锅炉的额定产热功率1400kW;额定天然气耗量155m3/h,因此单位燃气量的平均制热量为9.0kWh/m3。两台烟气补燃型冷、温水机组冬季每台产出的热量平均150kW,两台共计300kW,因此每1h可以减少锅炉的天然气消耗量33.3m3,一天运行9h,共耗天然气300m3,用于锅炉的天然气价格为3.99元/m3,因此每天可以减少1197元,加上发电收益120元,冬季采暖期每天的收益为1317元。2)夏季制冷期夏季制冷期平均发电量为165kW,发电成本为0.825元/kWh;夏季市电平均单价为1.00元/kWh;每天运行9h,通过计算可以得到每天可以减少用电成本约260元。夏季,能源中心大楼采用基载制冷机组制冷,机组的额定制冷量为553kW;额定输入功率为120kW,机组制冷的COP为4.6,即每耗1kWh电产生的制冷量为4.60kWh。夏季两台烟气补燃型冷、温水机组每台的供热功率平均140kW,两台共计280kW,如果也按COP为4.6计算,可以减少基载制冷机组用电61kW,每天运行9h,节电549kWh。夏季市电平均单价为1.00元/kWh,可以减少电费支出约549元;加上发电收益260元,夏季制冷期系统运行每天的收益约为809元。

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