2019年第04期 区域集中供冷系统的优化研究
游 洋,姜 波(北京京能未来燃气热电有限公司,北京102209)
摘 要 由于国内集中供冷系统发展时间较短且多应用于广州、深圳等供冷季较长的南方城市,供冷系统设计不适
宜北方城市对供冷成本控制更加精细化的要求。通过对北京未来科技城区域集中供冷系统的优化研究,
将集中供冷与区域能源结合起来,把多种节能新技术应用于工程实际,提出了优化当前集中供冷经济性的
具体措施,降低了集中供冷系统的建设投资和运行维护成本,为未来集中供冷系统的发展提供了新的
思路。
关键词 集中供冷;冷热同网;大温差;余热利用;成本分析
中图分类号 TU83DOI 10.19769/j.zdhy.2019.04.057
0引言
随着我国城市化发展的进程不断加快,大量高新园
区、科技新城不断涌现,与之配套的能源、交通等基础设
施建设需求日益增加。同时,为满足更高生活品质需求,
区域集中供冷系统也应运而生。所谓区域供冷系统是为
了满足某一特定区域内多个建筑物的空调冷源要求,由
专门的供冷站集中制备冷水,并通过区域管网进行供给
冷冻水的供冷系统。目前,我国集中供冷系统主要还是
集中在广州、深圳等供冷季长、供冷量大的南方地区,系
统设计和盈利模式相对简单。很多北方地区因供冷时间
短、售冷量不足严重阻碍了集中供冷系统的发展。本文
通过对北京未来科技城集中供冷系统的优化研究,将“大
温差”“冷热同网”等多种新技术应用于其中,大大降低了
集中供冷的投资和运维成本,为我国未来集中供冷事业
发展提供了新的思路。未来科技城规划用地面积10km2,
规划总建筑面积约为768万m2,冷负荷需求约为
468MW,主要为研发用地及为园区配套的公共服务设施用
地。冷需求主要集中在正常工作日的工作时间,季节性、时
段性特征明显,供冷量较南方城市也相差较多,因此如仅以
传统集中供冷方式投资建设将会面临较大的经营压力。
1供冷方案研究
北京京能未来燃气热电有限公司在原有的一套“E”
级燃气-蒸汽联合循环机组基础上建设了配套的集中制
冷站,实现区域能源的冷、热、电三联供。机组的发电装
机255MW,最大抽气供热能力208MW,最大尖峰供冷
能力16000RT(56MW)。
1.1首次实现了“大温差”和“冷热同网”运行
传统的三联供电厂,由于集中供热温差(约60℃)比
集中供冷温差(约5℃)大很多,根据公式:
Q=cMΔT(1)
式中:Q为供热(冷)量;c为介质比热;M为介质的质量(质量流量);ΔT为供回水温差。M=V×πR2(2)
式中:M为介质的质量(质量流量);V为介质流速;R为
供水管径。
考虑集中供冷同时率系数0.7,ΔT供热=12ΔT供冷
Q供热=20856×0.7Q供冷
CM供热ΔT供热=5.3CM供冷ΔT供冷
M供热=V供热×πR2供热=125.3V供冷×πR2供冷=M供冷
考虑供热、供冷时流速大致相同,可得:R供热=0.67R供冷即,供热需求管径为供冷需求管径的0.67,两者无法匹
配,所以大多集中供热、集中供冷管网都是单独敷设。这
样不仅将增加大量的建设投资、管网占地和运维费用,而
且对于使用综合管廊的项目还要增加大量的管廊租赁费
用。另外,传统的集中供冷系统大多以溴化锂吸收式制
冷机组为主,但由于其本身特性限制,冷水的最低供水温
度只能达到7℃,不能实现大温差供冷及低温送风,集中
供冷的距离限制较大,最远供冷半径为3km(3km范围
内供冷损失约为0.5℃,超过5km将达到1℃),无法满
足园区供冷需求。
为解决集中供热和集中供冷必须单独建设问题,未
来热电公司通过调查论证采取了热水型溴化锂吸收式冷
水机组和离心式电制冷机组串联的运行模式[4台制冷量
为7100kW(2000RT)离心式冷水机组与4台制冷量为7100kW(2000RT)热水吸收式冷水机组],如图1所
示。即吸收式制冷机(第一级初冷)与离心式制冷机(第
二级深冷)前后串联工作,在实现能源梯级利用的基础
上,使冷冻水供回水温差由5℃提高至10℃。
首先,供冷温差的扩大,使远距离供冷产生的1℃冷
损失仍在系统可承受范围内(约10%的损失),实现了供
冷的大温差、远距离输送,集中供冷范围由传统的3km
扩大到5km。
731创新与交流 自动化应用
收稿日期:2019-02-12 2019年第04期其次,根据公式(1)(2),当供冷温差增加一倍,即
ΔT供冷2=2ΔT供冷1。
Q供冷=CM1ΔT1=CM2ΔT2M1=V×πR21=2M2=2V×πR22可得:R2=0.7R1即供冷需求管径较原来减少了30%,这样集中供冷需求
管径与集中供热需求管径基本相同,稍有不足可通过略提高冷冻水流速来实现,实现了区域“冷热同网”的运营,
大大节约了制冷管网的投资,提高了制冷站的投资效益,
优化了供热供冷管网的资源配置[1]。
最后,热水型溴化锂吸收式冷水机组和离心式电制冷机组串联的运行模式使不同负荷需求下,溴化锂冷水机
组和电冷机组的运行方式可随意匹配,满足了工作日与非
工作日、工作小时与非工作小时以及不同负荷需求等不同
工况的运行要求,降低了系统能耗,提高了运行可靠性。
1.2利用发电余热降低制冷成本
传统的冷热电三联供项目机组在供热、供冷工况对
发电的影响较大,为解决此问题,未来热电公司在锅炉尾
部加装了扩大式省煤器(20MW),采用热水型溴化锂吸
收式制冷的方式,充分利用余热制冷,降低制冷成本。具
体方式如图2所示。按照标准煤热值29270kJ/kg,年平
均可利用余热折合标煤为2155t。
图1 溴化锂与电制冷串联运行系统图
图2 区域能源供应冷热同网系统原理图
图3 循环水公用系统图(下转第152页)
831自动化应用 创新与交流 2019年第04期3结语
杏V-1联合站报表录入模式的创新,引导新时代石
油人以新时期思维,适应建设数字化油田的新常态模式,
改变了传统报表现场手抄的模式,实现了报表读取、录
入、保存的全周期自动生成,同时建立了本地数据库与信
息中心数据库的接口,用于满足油田信息化建设及提档
升级的需求。数据报表形成的全过程无须员工进行现场录取和计算分析,降低了一线员工的劳动强度,提升了油
气生产单元的自动化水平,有效提升了生产资料的管理
水平,扎实推进了油田数字化建设的进程。
参考文献
[1]Citect-悉雅特(中国)有限公司.CITECT用户手册[Z].2006.[2]CiTechnologiesPry.Limited.CitectProgrammer’s
Reference[M].Australia,2005.
(上接第138页)
1.3辅助系统共建优化
一般来说,为保证各系统独立性,集中制冷系统会单
独建设循环冷却系统,比较而言,存在占地面积大、能耗
高等缺点。未来热电公司通过将集中制冷站中的溴化锂
吸收式制冷机组循环冷却水系统与电厂循环冷却水系统
合并,减少了集中制冷循环水泵、冷却塔的配置;实现了
循环水泵运行方式优化,节约了水泵电耗;提高系统利用
效率,节约能耗,减少占地,降低工程投资。具体方式如
图3所示[2]。
(1)以未来热电8台2000冷吨制冷机组,小时冷却
水量12000~13000m3测算,如建设独立冷却塔系统投
资约600万元。(2)年节约水泵运行电费约20万元。
2不同供冷方式经济性分析
2.1用户自建中央空调系统制冷成本分析
以3万m2办公楼为例,按照冷负荷指标100W/m2,
考虑一定冗余,需配置1000冷吨电制冷机组一台或500
冷吨电制冷机组2台(不考虑设备备用);按北京年供冷
时长120d计,考虑同时率及气温变化情况,用户年用冷
量约191万kW·h;工程建安及设备费用总计700万元(含设计费,不含设备占地、内部收益、税收费用),测算结
果见表1。
表1 用户自建供冷系统成本表
类型成本备注固定成本0.22元/千瓦时按设备15年,土建30年,其他10年计算折旧
运维成本0.736元/千瓦时设备维护费按总投资的2%,水费6.21元/立方米,电费0.75元/千瓦时,运行维护人员共5人,人均工资8万元总成本0.956元/千瓦时
2.2传统的集中供冷系统成本分析
根据集中冷站年售冷量约为0.56亿kW·h,投资概算为1.46亿元测算,考虑集中供冷管网单独建
设费用1亿元,热水价格按5.3元/立方米,燃气上网电
价0.75元/千瓦时,计算制冷成本:固定成本0.21元/千
瓦时,运维成本0.68元/千瓦时,总成本0.89元/千
瓦时。
2.3优化后集中供冷系统成本分析
不考虑集中供冷管网单独建设及相关运营维护成
本,充分利用电厂余热,其他边界参数不变,计算制冷成
本:固定成本0.15元/千瓦时,运维成本0.64元/千瓦时,
总成本0.79元/千瓦时。
综上所述,就本区域而言集中制冷的经济性比较:用
户自建供冷系统<传统集中供冷系统<优化集中供冷系
统。一个3万m2的办公楼,年可节约供冷费用30万元
以上。同时,就自建供冷而言,因其投资及占地受限,无
法实现制冷设备、供电系统的充分备用,用冷的安全性、
稳定性及品质均无法与集中供冷相比。
3结论
集中供冷项目的成功应用,为国内在建的区域能源
集中供冷模式提供了借鉴,对城市能源规划提供新的
思路。(1)“大温差集中供冷”方式,降低了供冷系统的冷
损失约50%,提高了系统的供冷能力和供冷服务
范围。(2)“冷热同网”的运行方式,减少了区域管网建设投
资(约1亿元),降低了管网运行维护的工作量,提高了设
备利用率,节约了运行维护成本(约100万/年)。
参考文献
[1]华贲.区域型分布式冷热电联供能源系统的规划设计[J].中外能源,2011(3):13-20.[2]丘玉蓉.广州大学城区域供冷能源管理系统[J].制冷空调与电力机械,2008(2):63-67.
251自动化应用 创新与交流