某研究所实验楼应用冰蓄冷空调实施效果分析

王琴明，薛琭俊

（苏州供电公司，江苏苏州 215004）

1 推广蓄冷技术的意义

1.1 江苏省的负荷分布特征

江苏省用电负荷时段性特点是：高峰时段主要集中在上午10：30、下午14：00、晚间21：30左右；其他如：上午 8：00前、中午、下午17：00～19：00、晚间22：00后等时段电网负荷较低，电网存在峰谷差，应该充分挖掘低谷时段用电。

1.2 苏州电网削峰填谷的必要性

苏州电网夏季极端天气下，空调负荷约达总用电负荷的30%～40%，用电峰谷差达30%～40%以上。这对电网安全运行与企业生产带来极大影响。如果大力推进蓄冷空调，发挥蓄冷空调20%～40%的移峰能力，移峰填谷的潜力相当可观。经测算，苏州市如转移高峰负荷300万kW，则用电负荷率可提高到95%以上。

1.3 冰蓄冷空调系统特点

冰蓄冷空调的基本工作原理是在夜间电网谷荷时段开启制冷主机，将建筑物空调所需冷量部分或全部制备好，以冰的形式储存起来。当日间电网高峰时，可融冰降温，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量，实现用电的移峰填谷，达到节约电费的目的。

冰蓄冷主机上游单级泵串联流程如图1所示。

图1 冰蓄冷主机上游单级泵串联流程图

2 典型应用案例

2.1 案例单位的负荷特性

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所地上建筑面积约40 000 m2，地下建筑面积约8 000 m2，其中一期超净实验室建筑面积约14 000 m2（24 h恒温恒湿），综合楼及办公楼建筑面积约26 000 m2（使用时间8：00～18：00）。研究所主要功能是作为科研、办公、实验以及教育培训使用，其空调用电占企业总用电量的40%左右，而且空调能耗昼夜差比较大，全年需要空调负荷对实验室进行恒温恒湿的环境保持，是电力替代中采用谷电蓄冷的典型客户。

其空调的冷负荷具有2个不均匀性。

（1）全年逐日不均匀性：即夏季每天的负荷不相同，温度最高、最低的天数占整个使用空调天数的比例很小，不到15%。

（2）全天逐时不均匀性：全天的气温每小时均不同，下午15：00～16：00气温最高，冷负荷也达到最大；而晚上空调冷负荷达到最小。尖峰冷负荷约5 000 kW。全天冷负荷约61 150 kW，峰谷负荷差4 000 kW。

图2为该研究所全天空调负荷分布图。

图2 研究所全天空调负荷分布图

2.2 综合经济数据分析比较

表1为综合经济数据比较。

表1 综合经济数据比较

按苏州现行的电价政策，采用冰蓄冷系统比常规系统增加的投资部分，预计13个月可收回。随着国家宏观的调控以及节能措施的力度加大，其峰谷电价政策也会进一步拉大，蓄能冷空调的优势将越来越显著。

2.3 冰蓄冷空调系统运行策略

主要运行原则：充分利用夜间低谷蓄冰减少运行费用。低谷电开足主机制冰，高峰电不开或者少开双工况制冷主机，并尽可能减少主机的启停次数，确保前一天的蓄冰量能够在次日白天的供冷中全部融完。主机开启时尽可能让其在高负荷率下运行，提高系统效率。表2为冰蓄冷空调运行策略。

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表2 冰蓄冷空调运行策略

根据研究，空调年运行负荷率较低，一般达到设计负荷的运行时间占全年运行时间的15%，大部分时间运行在部分负荷下。在天气发生变化、日负荷较小时，系统将依据实际的冷负荷需求，通过控制系统调节运行模式，自动调整每一时段内蓄冰装置融冰供冷及主机供冷的相对应比例，以实现分量蓄冰模式逐步向全量蓄冰模式的运行转化。从表2中可以看出，随着负荷的逐渐变小，系统中制冷主机的开启量也随之减少，系统逐渐转为全融冰过程，从而更加节约运行费用。图3为设计日100%负荷时，冰蓄冷空调逐时冷负荷分布图，峰谷负荷差849 kW。

2.4 实施效果评价

图4为2011年用电量数据汇总，图5为2011年蓄冰制冷峰谷电比例。

结论1：除7—9月冷负荷较大时，谷时电量约占40%，4—6、10—12月，谷时电量占50%，1—3月，谷时电量约占总电量的70%，可以看出冰蓄冷可合理调节高峰时段用电负荷，在电网高峰用电（高电价）时间内，可以融冰供冷，从而达到移峰填谷、避峰让电、均衡用电及降低电力设备容量的目的，能够充分利用廉价低谷电力，运行费低廉，2年左右节省的电费即可抵消初投资增加部分。2011年实施冰蓄冷效果见表3。

图3 设计日100%负荷时冰蓄冷空调逐时冷负荷分布图

图4 2011年用电量数汇总表

图5 2011年蓄冰制冷峰谷电比例

结论2：冰蓄冷空调减少了高峰负荷比例，增加了谷时用电量比例，从而实现降低总电费的目标。2011年全年总计谷时电量为215.05万kWh,按峰谷差价为0.823元/kWh-0.354元/kWh=0.469元/kWh计算，比运行常规空调节省运行电费100.86万元，节约率为28%。

2.5 直接经济效益评价

（1）享受优惠峰谷电价政策，降低空调年运行费

将白天的制冷电耗转移到了夜间低谷时段，其总电费也大大降低。采用蓄冷中央空调系统时，2年左右节省的电费即可抵消初投资增加部分，2年后运行费用的节约为纯利润。

（2）降低高峰用电负荷，让电于其他用电需要

（3）冷量全年一对一配置，冷量利用率高

冰蓄冷中央空调也满足了周末时部分会议室在不开主机的情况下也能使用中央空调的要求，可见其调节能力强，使用经济方便。

（4）具有应急冷源，空调可靠性提高

冰蓄冷系统在保证中央空调的冷量供应的同时，还具备冷量储备的特点，充分保障科研项目的正常实验。在紧急失电的情况下，仍能够向重点实验室提供足够的冷量供应。

2.6 社会效益

负荷管理的重要作用是引导用户削峰填谷，均衡用电负荷，是节约电源及电网资源的重要手段。冰蓄冷空调系统起到削峰填谷的作用，提高了电网的安全运行性能，提高发电设备和输配变电设备的效率，降低变配电损耗，从而降低发配电的运行成本，其本身的运行费用也是比较经济的。

常规空调制冷系统在白天社会用电高峰时，也达到系统用电高峰，而夜间则负荷很小。实施冰蓄冷系统后，削减了白天的系统用电负荷，减少日夜间的用电峰谷差。常规空调系统日夜最大峰谷差为4 000 kW，而冰蓄冷系统的日夜间峰谷差仅为840 kW。

从2011年运行情况来分析，系统在6月、9月、10月基本实现全量融冰运行模式，在7月、8月份由于大楼负荷较大而采取了主机供冷加融冰的模式。在夏季电网高峰运行时，上午10：30削早高峰1 493 kW，下午14：00削峰1 008 kW，晚间21：30削晚峰 1 243 kW，0：00～7：00填谷2 052 kW。

表3 蓄冷空调和常规空调经济效益对比表

根据该研究所冰蓄冷空调机房采集的用电记录，冷空调使用期为356天。全年总用电量为437万kWh，其中谷电为215万kWh，约占总电量的49%，也就是说，冰蓄冷中央空调将49%的空调用电从峰段及平段转移到了谷段，很好地实现了移峰填谷，减轻了电网负担。

2.7 效果跟踪

通过该研究所一期工程技术经济性论证，2012年将这一成果推广到该所二期工程中。一期冰蓄冷系统是按照尖峰负荷的30%配置，由于谷时低电价的优势可以进一步发挥，二期冰蓄冷系统是按照尖峰负荷的40%配置，冰蓄冷的运行费用将进一步降低，而投资额比一期仅增大20%，投资回报期将进一步缩短。

3 结束语

（1）从蓄冰空调应用实践来看，用电政策的支持对空调客户采用蓄冷空调起了很大的激励作用。在不考虑电力增容费和空调使用费及其优惠政策时，蓄冰空调的投资平均增加20%～40%，年运行费将平均降低20%～40%，投资回收期平均在2～5年。

（2）蓄冰空调适用于宾馆、商场、办公楼、医院、学校等场所，可以采用集中和分散等多种制冷方式。全自动运行能实现灵活多变的释放冷量模式，除了对多种生产、活动场合和多种时段制冷的适应性强外，同时也满足对温度要求一般的各种生产活动场所。

（3）制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。蓄冰中央空调与传统中央空调相比，空调系统装机容量平均降低20%～30%，取得明显的移峰填谷效果。

（本栏责任编辑孙 晶）