冰蓄冷区域供冷在珠江新城的应用
冰蓄冷区域供冷在珠江新城的应用
引言
本项目是广州市重点配套工程，投资单位是广州珠江新城能源有限公司，采取中外合作进行建设和运营，负责向珠江新城核心区内的高档商业楼宇提供低温冷冻水进行区域供冷，系统总装机容量为30000冷吨，蓄冰量82080RTH，分两个阶段进行建设。
工程概况
冷站的建设用地位于珠江新城临江大道猎德路段以南，猎德水闸以东的江边绿化带内。
地块长127米，宽55米，面积6985平方米，集中供冷用户情况如表1所示。
表1供冷用户情况
集中供冷应用技术说明
在没有实行集中供热前，冬天时家家户户烧火取暖，这种原始的用能方式既浪费能源，又污染环境。
北方实行热力站集中供热方式后，在节约能源的同时也保护了环境。
南方地区冬天烧火取暖的时间很短或基本不烧火取暖，但夏天却要用空调降温。
目前，不管是南方和北方的住宅、宾馆、酒店、商店、办公楼等几乎所有的建筑物，都安装了分体式空调或中央空调，特别在南方地区尤其是在广东，一年四季使用空调降温的时间都很长，空调降温需要消耗大量的能源。
区域供冷站的供冷方式与北方冬季时的集中供热方式十分类似。
这种供冷方式实际上就是以区域冷站作为冷源和能量中心，通过区域空调管网向周边建筑提供调温用的冷水，满足博物馆、酒店、学校、医院、商场、写字楼等不同用户的用冷需求。
很明显，与集中供热一样，集中供冷方式将会大大提高能源
的利用率，通过采用大型设备、集中管理和操作，降低总投资，提高设备效率
和使用效率，降低管理成本。
在国外，都已经建成了诸多城市型的集中供冷项目，如美国芝加哥区域供
冷项目如图1所示，日本光が丘园地区域供冷如图2所示，品川八潮园地、日
本东京都晴海区域供冷如图3所示。
图1美国芝加哥供冷项目(红圈为冷站)
图2日本光が丘园地(白色区域为区域供冷地区)
图3品川八潮园地、日本东京都晴海区域供冷(白色区域为区域供冷地区)
集中供冷技术的社会效益
集中供冷技术通常采用冰蓄冷技术，冰蓄冷在制冷过程中同样也需要能源，这种供冷方式实现能源的节约与电厂发电、电网供电和供冷的集中方式有密切
的联系，具有如下好处，具体说明如下：
1.实现电力"削峰填谷"，转移电力高峰负荷，平衡电力供应；
2.降低总电力负荷，减少电力需求，缓解建设新电厂(机组)的压力；
3.提高电厂侧发电效率从而提高能源的利用效率，减少电厂侧空气污染物
的排放，减少建筑物侧CFC和燃烧物的排放；
4.提高城市基础设施的档次，有利于招商引资；
5.节省用户对空调系统的投资、改造、运行维护等费用，利用峰谷电价差，降低空调系统运行费用。
人们生产生活等活动主要集中在每天上午8时至夜间10时这段时间。
在这段时间中，所有的用电设备都在先后运行着，为保证电力供应，电厂在这段时
间内就需要全力发电，电网就需要全力供电，这时电厂和电网的负担都很重。
到了午夜，多数工厂的用电设备、办公及生活用电设备不运行，人们也休息了，这时电厂和电网的负担就很轻。
这种白天和夜间的电力运行特点可用一条曲线
表示出来。
白天用电很多时，电力运行曲线就出现"山峰"现象，而在夜间用电不多时，电力运行曲线就出现"山谷"现象。
由于在电力运行曲线出现"山谷"现象时，电厂的发电机组并不能停机，这时仍然要消耗能源来保持发电机组的运行状态以便随时供电，电厂、电网的夜间运行效率不高，能源利用效率处于较低的水平。
如果能够把白天和夜间的用电需求平衡一下，将电力运行曲线的"山峰"削去一点，把"山谷"填上一点，就能够大大地提高电厂和电网的运行效率，从而提高能源的利用效率。
冰蓄冷系统就能够实现这种功能。
图4办公楼全日用电情况图5采用冰蓄冷后全日用电情况
冰蓄冷技术应用的基本原理就是利用夜间低谷时的电能来制冰并将冰蓄存起来，在白天用电高峰的时候，用蓄存的冰作为冷源供给空调系统，这样白天很多空调设备就不必要运行了，减轻了白天电网的高峰负荷，达到了电网"削峰填谷"提高能源利用效率的目的。
同时，由于实施的是集中供冷的方式，减少了空调降温所要消耗的能源。
图6夜间低谷电流蓄冰图7白天用夜间蓄冰进行供冷
根据美国制冷协议以及加州能源组织统计，仅在加州，在过去10年内，全美国的冰蓄冷技术应用相当于减少了3个750 MW的基载电厂或25个100MW级的削峰电厂(数据来自美国制冷协会和加州能源组织的报告：。
总之，冰蓄冷区域供冷项目建设，将实现现代城市供冷方式由常规机房制冷到低谷蓄冰制冷、由按户分散供冷到相对集中区域供冷两方面重大改变。
冰蓄冷区域供冷项目的"削峰填谷"作用，将对节能减排发挥十分重要的作用。
本工程技术先进性以及先进技术的应用
珠江新城区域供冷项目聘请了美国IMUX公司作为本项目技术顾问，借鉴了国内外诸多区域供冷项目的经验和教训，采用的先进技术包括：
选用高效三级离心主机、提高冷水主机制冰时的冷媒输出温度
空调冷水主机蒸发器的冷媒输出温度每降低1oC，主机的运转效率就下降约3%。
国内外现有的采用冰蓄冷技术的区域集中供冷项目上多采用-8 oC的主
机蒸发器冷媒输出温度来进行制冰循环。
在珠江新城项目上，在国内同类项目
上首次实现了采用-6oC的冷媒输出温度进行制冰循环，并因主机工作效率的提升，在制冰工况下的主机耗电量将减少6%-7%，同时也选择了能效比更高的三
级离心式制冷主机，同等条件下三级离心双工况主机的能效比COP值较同类型
的螺杆机组高4-5%，因此综合比较在制冰工况下的主机耗电量将减少10%以上。
优化工艺流程设计
在国内现有的冰蓄冷集中供冷项目上，都是采用设置融冰板换的方式将冰
槽中储蓄的冷量转换到外管网中，并供应给末端用户。
但这种配置会增加最少
1度的换热温差(如果冰槽中的水温为2oC，则输入外管网的水温至少在3oC以上)，并且系统需要配置融冰水泵(在融冰时，将冰水在冰槽与融冰板换的一次
侧之间循环)，同时增加板换后一次冷冻水的扬程将远大于目前通过冰槽的阻力(近似为零)，两者累计会使整个冰蓄冷冷站系统的运行电耗增加超过10%。
另外，取消了融冰板换后，单融冰时将不需要运行板换冷冻水一次泵，直接启动
二次冷冻水泵即可向末端供冷，在高峰时段尤其在过渡季节单融冰的时间将较长，这样将不需要运转板换一次冷冻水泵，水系统的节能效果更明显。
选择有利于水系统节能的主机、板换设备
区域供冷项目中，由于供冷范围大，水系统的行程非常长，导致水泵尤其
是冷冻水泵的功率非常大，水系统的运行费用也相对较高。
为降低水泵的运行
功率。
本项目所有主机的蒸发器和冷凝器都选用单回程，这样阻力最小，压损
小于50kPa，水泵的扬程最大限度地降低，大幅度节省水泵运行费用。
另外本
项目的所有板式热交换器全部选用压损小于50kPa的低压损板。
按照当前选定的水泵流量近似计算，选择以上设备型式，冷冻、冷却、乙
二醇泵的轴功率即输入功率可减少超过500kW。
冰蓄冷自控系统开发
冰蓄冷系统的能耗基本上可以分为生产能耗和输送能耗，分别指运转冷水
主机及配套设备产生要求的低温冷冻水，以及运转二次冷冻泵将冷冻水通过管
网输送到用户端。
如果仅靠运行人员进行手工操作的话，则系统的运转无法准
确的安照负荷需求进行，或者无法及时跟上负荷的变动，两者都会造成系统能耗的增加
为此，我们专门开发了负荷预测软件系统，该系统可以自动累积和分析历史负荷变动数据，并自行学习进行负荷预测，为运行人员提供第二天的空调逐时负荷数据和柱状图，帮助确定晚间的蓄冰量，以及第二天的运行策略。
基于该软件的帮助，运行人员将可以方便的以最节能的方式安排系统的生产。
能源管理与节能控制软件开发
为实现珠江新城核心区集中供冷项目商业运作目的，在该项目上采取了分户计量结合二次冷冻水系统变频的节能措施，即一户一表，并将瞬时的冷量负荷数据随时回传到自控中心，自控中心则随时依据回传数据调节二次冷冻水系统地流量，使系统输送的冷量随时跟随空调负荷的实际变化。
可以避免在手动操作的系统中，当实际负荷降低后，因温度变化的惰性，运行人员无法及时发现负荷变化，并削减供冷量，造成二次冷冻泵空转耗能。
通过分析主机的部分负荷性能参数(NPLV)和水泵、水塔效率曲线、计算各时段电价的冷价，优化冰蓄冷系统的节能运行，最大限度降低机房设备运行费用。
同时引入国外建筑物负荷分析软件，进行二次开发成为客户端能源管理分析软件，分析用户的能源使用状况、为客户降低能耗提供服务。