【智电】冷热电三联供技术在酒店项目中的应用

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本文转载:建筑电气杂志(ID:jzdq1981) 本文有删减,全文载于《建筑电气》2018年第12期,详文请见杂志。 版权归《建筑电气》所有。 燃气冷热电三联供系统 燃气冷热电三联供技术是以天然气为一次能源,用燃机产生的高温段热能直接发电,回收高温烟气的余热用于供热和制冷,从而同时产生冷、热、电3种可利用能源,实现能源梯级利用的分布式供能系统(如图1所示)。电能通过

本文转载:建筑电气杂志(ID:jzdq1981)

本文有删减,全文载于《建筑电气》2018年第12期,详文请见杂志。

版权归《建筑电气》所有。


燃气冷热电三联供系统


燃气冷热电三联供技术是以天然气为一次能源,用燃机产生的高温段热能直接发电,回收高温烟气的余热用于供热和制冷,从而同时产生冷、热、电3种可利用能源,实现能源梯级利用的分布式供能系统(如图1所示)。电能通过低压配电系统送至用电设备,热能可以用于供暖、供热水,冷能可用于空调制冷


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图1  三联供系统的能源梯级利用


系统构成


三联供系统可分为:动力发电系统和余热利用系统(如图2所示)。其中,动力发电设备包括:燃气轮机、内燃机和微燃机3种;余热利用设备包括:余热锅炉、吸收式空调机组(热水 / 蒸汽型、烟气型、烟气热水型)。


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图2  燃气内燃机型冷热电三联供系统构成


系统的优点和局限性


三联供系统以其能源梯级利用和灵活的分布式设置方式,在如下几个方面存在明显优势:


a. 优化能源结构。

天然气属于清洁能源,但像北京等地区冬、夏季高峰日用气量巨大的峰谷差造成管线资源的极大浪费。利用燃气和电力季节性峰谷差互补的特点,将夏季一部分电力高峰负荷转移到燃气上来,有利于季节调峰,改善能源供给结构。


b. 降低能源费用。

在季节性用能高峰,燃气负荷与电力负荷在季节上呈现互补,双向消峰填谷,节省运行费用;冷热电能耗和设备投资可以成本互摊;减少变电设备运行时设备和电网端的损耗。


c. 可作为备用能源。

很多项目为了提高供电可靠性或按规范要求需设置备用发电系统,而备用发电系统很少有机会投入使用,设备闲置,还需定期维护。设置三联供系统后,在连续运行的方式下,可满足供电连续性要求,从而取代备用发电机系统。


d. 建设周期短,投资回收周期短。

除了上述优势,三联供系统也存在一些局限性:


a. 站房设置的面积要求更大,要求的站房层高也更高,相应的站房消防、防震、降噪等措施更复杂。


b. 对系统维护、管理以及运行数据的实时采集要求更高。


c. 系统对带载负荷的容量有一定要求,并不总是处于高效能的状态。当发电量过低时,系统能源利用效率显著下降,甚至于不得不因此而停机。


容量选型


目前,确定冷热电三联供系统容量的方法主要有3种:


a. 以电定冷热:根据项目电气负荷需求确定燃气发电设备功率。

b. 以冷热定电:根据项目冷、热负荷需求确定燃气发电设备功率。

c. 以应急负荷定电:根据项目应急电气负荷需求确定燃气发电设备功率。


应急负荷定电方式确定三联供系统容量的流程详见文献[1]。[1]李炳华,王立坤,岳云涛,等. 冷热电三联供系统在城市综合体中的应用[J].智能建筑电气技术,2012,6(4):3 - 7.


根据应急电负荷确定三联供系统容量方案中,不足的电量由市政电力补充,不足的冷量由电制冷补充,不足的热量由燃气锅炉补充。考虑到三联供系统是作为应急电源使用,从规范的角度讲,三联供系统应全年运行,采用并网不上网的运行方式。


适用范围


根据项目的市政电力和燃气条件、项目冷热电负荷的需求量、运行时间、投资经济性指标等因素,三联供系统的设备有多种配置方案。在市政电网尚未覆盖的地区或用户分散且能源连续性要求高的项目,可以考虑采用燃气三联供系统作为基本解决方案。在市政条件充足的传统写字楼或酒店项目中,可采用燃气三联供系统与传统系统配合使用,根据需要决定是否接入市电网络,运行方式可以选择连续运行或季节性运行。


三联供工程案例


项目概况


某可举办大型会议的五星级酒店,其单体用地面积约4. 8万m2,建筑面积约8. 3万m2,地上19层(含裙房2层),地下2层,建筑高度86. 8 m。


三联供能源中心设于酒店地下一层,总建筑面积1 538 m2,层高8 m。


三联供系统设计选型


a. 4台额定发电功率637 kW的燃气内燃发电机组,总计2548 kW。酒店总应急电源负荷需求约为2 100 kW,4台三联供发电机额定运行时可带载100 % 应急电源负荷。


b. 2台额定制冷量1 740 kW、额定制热量1 349kW的补燃型余热直燃机。发电机组与余热直燃机为2对1形式,即:2台发电机组配1台余热直燃机。


传统系统设计选型


a. 2台2 500 kVA干式变压器(应急负荷专用变压器)、4台1 250 kVA干式变压器,共10 000 kVA。


b. 2台燃气真空热水锅炉,单台额定供热量4. 2MW,可供应80 / 60 ℃高温水和60 / 50 ℃温水(酒店冬季空调热负荷7 128 kW,生活热水负荷4 230 kW,地板采暖热负荷500 kW,以上热负荷由2台补燃型余热直燃机和2台燃气真空热水锅炉提供)。


c. 2台燃气蒸汽锅炉,单台额定蒸发量2 t /h(酒店蒸汽负荷3. 2 t / h,分别为冬季空调加湿用蒸汽1. 2 t / h和洗衣房2 t / h)。


d. 1台400RT螺杆式冷水机组,1台1000RT离心式冷水机组(酒店夏季空调冷负荷8 289 kW)。


e. 2台自然冷却板式换热器,单台换热量为0.83MW。


f.  4台冷却塔,其中2台为电制冷机散热,2台用于冬季自然冷却冷源。

具体设备布置如图3所示。

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图3  三联供机房设备布置图


供能系统原设计情况


a. 供电系统:4台燃气内燃发电机组与市电并列运行,其中1#、2#发电机与1# 2 500 kVA变压器并网运行;3#、4#发电机与2# 2 500 kVA变压器并网运行。4台1 250 kVA变压器未与发电机连接。采用并网不上网的方式,在10 kV进线开关出线侧设有逆功率保护装置,防止向电网返送电。优先利用三联供系统供电,不足部分由市电补充。


b. 空调冷水系统空调系统为四管制,全年供应冷负荷,夏季优先利用余热直燃机制冷,不足部分由电制冷补充。冬季优先利用自然冷源,不足部分由电制冷补充。发电机检修 / 故障时,补燃型余热直燃机补燃制冷;当补燃型余热直燃机检修 / 故障时,开启电制冷系统


c. 空调温水系统:优先利用发电余热,不足部分由真空热水锅炉的温水系统补充。


d. 高温水系统:真空锅炉高温水供回水温度80/ 60 ℃,分别加热地板采暖水和生活热水


e. 蒸汽系统:蒸汽锅炉一路供应厨房、洗衣房,另一路减压后供应空调加湿蒸汽负荷。

酒店三联供系统工艺如图4所示。

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图4  酒店三联供系统工艺图

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