区域能源站耦合冰蓄冷系统设计与运行分析_马鹏亮.pdf

第8卷 第1期2 0 2 3年2月分布式能源D i s t r i b u t e dE n e r g yV o l.8N o.1F e b.2 0 2 3D O I:1 0.1 6 5 1 3/j.2 0 9 6-2 1 8 5.D E.2 3 0 8 1 0 9区域能源站耦合冰蓄冷系统设计与运行分析马鹏亮(北京燃气能源发展有限公司,北京市 朝阳区1 0 0 1 0 1)摘要:区域能源站基于多能互补,将多种不同形式的冷源经过智能耦合,以满足末端对冷负荷的需求。为使多能互补区域能源站供冷系统能经济、节能、绿色、环保、高效地运行,在设计中冷源装机容量要与运行模式相匹配。基于北京某区域能源站的实际案例,对其项目后期运行模式进行分析,设计其供冷系统各冷源的装机容量。研究表明,在供冷系统中耦合蓄冰槽后,可根据末端负荷变化情况,调整不同的运行模式以降低系统的运行成本,实现经济、高效运行。与传统的单一冷源供冷系统相比,多能互补的供冷系统通过多种能源的智能耦合提高供冷与末端负荷的匹配性,同时降低运行成本。关键词:区域能源站;多能互补;冰蓄冷;系统设计;系统运行模式;运行经济性中图分类号:T K2 6 文献标志码:AD e s i g na n dO p e r a t i o nA n a l y s i so fC o u p l e dI c eS t o r a g eS y s t e mf o raR e g i o n a lE n e r g yS t a t i o nMAP e n g l i a n g(B e i j i n gG a sE n e r g yD e v e l o p m e n tC o.,L t d.,C h a o y a n gD i s t r i c t,B e i j i n g1 0 0 1 0 1,C h i n a)A B S T R A C T:B a s e do nm u l t i-e n e r g yc o m p l e m e n t a t i o n,av a r i e t yo fd i f f e r e n t f o r m so fc o l ds o u r c e sa r e i n t e l l i g e n t l yc o u p l e d i n t h e r e g i o n a l e n e r g y s t a t i o n t om e e t t h ed e m a n do f t e r m i n a l c o o l i n g l o a d.I no r d e r t om a k e t h em u l t i-e n e r g yc o m p l e m e n t a r yr e g i o n a le n e r g ys t a t i o nc o o l i n gs y s t e m r u ne c o n o m i c a l l y,e n e r g y-s a v i n g,g r e e n,e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n de f f i c i e n t l y,t h e i n s t a l l e dc a p a c i t yo f t h ec o l ds o u r c es h o u l dm a t c ht h eo p e r a t i o nm o d ei nt h ed e s i g n.B a s e do n t h ep r a c t i c a l c a s eo f a r e g i o n a l e n e r g ys t a t i o n i nB e i j i n g,t h e l a t eo p e r a t i o nm o d eo f t h ep r o j e c t i sa n a l y z e d,a n dt h ei n s t a l l e dc a p a c i t yo fe a c hc o l ds o u r c eo ft h ec o o l i n gs y s t e mi sd e s i g n e d.T h er e s e a r c hs h o w st h a ta f t e rc o u p l i n gt h ei c es t o r a g et a n ki nt h ec o o l i n gs y s t e m,d i f f e r e n to p e r a t i o n m o d e sc a nb ea d j u s t e da c c o r d i n gt ot h ec h a n g eo ft e r m i n a ll o a di no r d e rt or e d u c et h eo p e r a t i n gc o s to ft h es y s t e m a n da c h i e v ee c o n o m i ca n de f f i c i e n to p e r a t i o n.C o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a ls i n g l es o u r c ec o o l i n gs y s t e m,t h e m u l t i-e n e r g yc o m p l e m e n t a r yc o o l i n gs y s t e mc a ni m p r o v et h e m a t c h i n go fc o o l i n ga n dt e r m i n a ll o a dt h r o u g hi n t e l l i g e n tc o u p l i n go fv a r i o u se n e r g ys o u r c e s,a n dr e d u c e t h eo p e r a t i n gc o s t.K E Y WO R D S:r e g i o n a l e n e r g ys t a t i o n;m u l t i e n e r g yc o m p l e m e n t a r i t y;i c es t o r a g e;s y s t e md e s i g n;s y s t e mo p e r a t i o nm o d e;o p e r a t i n ge c o n o m y0 引言 能源作为经济和社会发展的重要物质基础,在能源危机及生态环境恶化的形势下,能源结构在由单一能源形式向多能互补形式加速转型。区域能源站正是在此背景下以其能源效率高、环境污染小、燃料选择多、运行成本低、安全性能高等特点,在能源行业中迅速发展,成为目前主要的供能形式之一1-4。在国内随着广州大学城、广州珠江新城、北京中关村、上海外滩中央商务区、深圳前海新区等区域供冷站项目落地5-6,其技术体系已逐渐成熟并迅速发展。大量学者已从不同角度对区域能源站的供能进行研究分析。文献7-1 0 从能源站工艺系统源网储荷全方位的智能管控角度分析了能源管理平台在区域能源站的重要作用,可使运行更加智能和节能;文献1 1-1 3 通过计算机建模进行系统设计和运行模拟,提前规避设计和运行中的难点,可使系统设计更加贴合实际情况;文献1 4-2 3 在区域能源站内耦合其他可再生能源,通过运行中的多能互补优化运行方式,提高项目运行中可再生能源的利用率。7 0 分布式能源第8卷 第1期本文在区域能源站源网储荷智能管控、负荷模拟及多能互补的基础上,耦合蓄冰槽后利用夜间低谷电价时段蓄冰、白天高峰电价时段融冰。外融冰冰蓄冷系统的融冰速度快、出水温度低,可满足末端对于供冷温度恒定的要求,同时降低供冷系统的运行成本,可见与常规单一冷源供冷系统相比,多能互补的区域能源站供冷的应用场合更广泛,负荷匹配性更灵活,成本优势更明显。1 项目简介北京环球影城项目位于北京市通州文化旅游区内,环球主题公园规划用地面积约4k m2,旅游度假区约1.4 k m2,区域能源站的供能涵盖度假区内主体公园、配套酒店和餐饮、办公场所、数据中心等,共计约4 0万m2;项目电力负荷需求2 5.1MW,冷负荷需求6 2.2 7MW,热负荷需求8 4.8 2MW。本文主要研究以冰蓄冷为基础的制冷系统,负荷情况如表1所示。表1 夏季各场所冷负荷指标和需求表T a b l e1 C o o l i n g l o a d i n d e xa n dd e m a n dt a b l eo fe a c hp l a c e i ns u mm e r场所冷负荷/MW冷负荷指标/(Wm2)办公场所6.8 4 81 0 8商业场所4.2 0 21 6 6餐饮场所1 0.4 9 22 4 6游乐场所2 9.2 3 32 6 2酒店1 1.1 6 37 1数据中心1.3 2 79 9 5总计6 3.2 6 51 5 8 根据环球影城用户侧用冷需求,在冬季和过渡季酒店、食堂等还有少量的冷负荷需求,所以需要全年供冷。同时环球影城对于供冷质量要求高于一般商业项目,需要换热站全年供冷时一次侧供水温度4、二次侧供水温度6,为保证供冷效果,一次供水温度偏差不能超过0.5。对于项目夏季和冬季典型日分别进行逐时负荷模拟,便于确定系统的装机容量和运行策略。逐时冷负荷变化趋势基本相似,但夏季昼夜之间变化幅度更明显,具体如图1所示。2 区域能源站供冷系统设计环球影城区域能源站按多能互补技术,结合项图1 夏季和冬季典型日逐时冷负荷F i g.1 H o u r l yc o o l i n g l o a d i nt y p i c a l s u mm e ra n dw i n t e rd a y s 目全年供冷、夏季昼夜负荷变化幅度明显等特点,配备总容量1 5 5MW的蓄冰槽和1 1.4MW的自然冷却板式换热器。供冷总装机能力为6 5.9MW,完全满足园区冷负荷需求,具体装机容量如表2所示。表2 制冷设备装机容量T a b l e2 I n s t a l l e dc a p a c i t yo f r e f r i g e r a t i o ne q u i p m e n t设备型号供冷能力/k W溴化锂机组1 8 6万k c a l 364 8 0基载主机18 0 03.5 1 6k W31 89 9 0双工况主机25 0 03.5 1 6k W32 63 7 0蓄冰槽1 5 5MWh1 40 6 0合计6 59 0 0 由于园区要求一次侧供水温度需稳定在4 0.5,制冷系统设计需要既可满足供水温度要求,又尽可能提高系统效率。根据外融冰系统蓄冰槽的特性,出水极限温度为1.5,而且融冰速率快,所以将蓄冰槽串联在制冷主机之后,既可迅速将供水温度稳定在40.5,又可提高前端主机设备供冷效率。根据逐时冷负荷情况,夜间仍存在1 7MW左右的基础负荷,所以设计阶段需考虑在主机制冰时,其仍可满足基础负荷的供冷要求。在系统中配置基载主机以承担夜间基础负荷,为避免主机频繁启停,将基载主机和蓄冰槽并联且将基载主机的出水温度设定为4,可满足园区对于供冷温度的要求。根据以上特性要求和解决方案,环球影城区域V o l.8N o.1马鹏亮:区域能源站耦合冰蓄冷系统设计与运行分析7 1 能源站供冷系统原理如图2所示。图2 环球影城区域能源站供冷系统原理图F i g.2 S c h e m a t i cd i a g r a mo f c o o l i n gs y s t e mo fU n i v e r s a l S t u d i o s r e g i o n a l