南宁电信水蓄冷系统改造工程运行策略及技术经济分析

李耀熙,黄祥式

(1.珠海城市职业技术学院,珠海519090;2.广西盛信物业管理有限公司空调分公司,南宁530012)

0 引 言

蓄能系统对改善和缓解电力供需矛盾,平抑电网峰谷差有着积极作用,社会效益和经济效益良好。目前,工程上常用的蓄能方式有冰蓄冷和水蓄冷,冰蓄冷系统具有投资大、管理难度大等缺点,相比之下,水蓄冷具有经济、简单的特点,水蓄冷是利用水的温度变化储存显热量 [4.187 kJ/(kg·K)],蓄冷温差一般采用6～10℃,蓄冷温度通常为4～6℃,它可直接与常规空调系统匹配,无需其他专门设备。水蓄能技术就是在电力负荷低的夜间,用电动制冷机制冷将冷量以冷水的形式储存起来。在电力高峰期的白天,不开或少开冷机,充分利用夜间储存的冷量进行供冷,从而达到电力移峰填谷的目的。由于电力部门实施分时电价,水蓄能空调技术的运行费用比常规空调系统运行费用低,分时电价差值越大,用户得益越多。采用蓄能空调技术最大的优点是削峰填谷,使现有发、供电设施在夜间低谷期的潜力得以充分发挥,缓解用电高峰期电力供应不足,更重要的是有利于国家电网的安全运行。本文作者对南宁电信水蓄冷系统改造工程的运行策略及技术经济进行分析,为类似工程运行实践提供参考。

1 水蓄冷系统特点

水蓄冷空调代表着当今世界中央空调的先进水平,预示着中央空调的发展方向,有如下优点:

(1)经济性。利用峰谷荷电价差,大大减少空调年运行费,削峰填谷,平衡电网压力。

(2)实用性。上班前启动时间短,只需10～15分钟即可达到所需温度,常规系统约需1小时。减少冷水机组容量,总用电负荷少,减少变压器配电容量与配电设施费。

(3)节能,使用灵活。节假日部分区域使用的空调可由蓄冷水槽直接提供,节能效果明显;可以为较小的负荷 (如只使用个别办公室)蓄冷水槽放冷定量供冷,而无需开主机。

(4)合理性。水蓄能可减小制冷设备又可减小电锅炉的装机容量和用电容量。从而减少了电力投资费用(包括电力补贴费和变压器、配电柜等电力设施);另外作为备用冷热源,增加了空调系统的可靠性,也可削峰电;其中水蓄冷还可结合低温送水和低温送风,减少设备的容量,降低设备的噪音。

(5)环保。由于白天开的冷机较少,所以噪音很小,而且清洁无污染,操作方便。

2 水蓄冷系统的改造方案

2.1 工程概况

本工程为南宁长途电信第二枢纽工程,由于包括通信机房、办公用房等,空调用冷主要是环境用冷,24小时供冷,全年供冷天数约为365天。原有制冷站配置有冷水机组2638kW(750RT)×4台、风冷冷水机组774kW(220RT)×4台、风冷冷水机组1160kW(330RT)×3台。其中四台2638kW机组在裙楼地下室,三台1160kW机组在裙楼顶,管道下到地下室机房内。另四台774kW机组放在主楼34楼,给22层以上楼层供冷,三套系统各自独立。预计设计日尖峰负荷为5276kW(1500RT),设计日冷负荷表如图1。

图1 设计日逐时冷负荷

2.2 蓄冷系统的可行性分析

此工程原中央空调系统设计属于传统常规中央空调系统设计,由以上实际的供冷能力和负荷分布的情况,以及建设布局和其管理理念得:

a、其低谷时段的制冷能力富余,有充分的能力实施低谷蓄冷;b、严格的运行成本控制措施和管理制度,使企业管理者本身具备降低中央空调系统运行成本和提高设备运行效率的内在动力。

表1 原有空调系统机房配置

2.3 蓄冷系统改造的蓄水池及其他设备

此工程水蓄冷的蓄冷水池设计在地下车库出口右边绿化带地下 (全地下埋置,不影响绿化带),有效容积为2270m3。低谷时段用一台2638kW(750RT)主机蓄冷8小时。蓄冷水池的容积按下式计算:

式中:

V—蓄冷水池容积,本项目2270m3;

Q —蓄冷量,(万kcal);

△Tz—蓄冷水池进、出水温差,本项目为8℃(4～12℃);

η—水池的容积效率,%,本项目为100%;

K —冷损失附加率;一般取1.01～1.05;

C—水的热容量,万kcal/m3℃(C=0.1)

相比原常规空调系统,水蓄冷空调系统只需增加蓄冷水泵、放冷水泵、蓄水池、板式换热器及一套控制系统,其它设备完全可以利用原常规空调系统的设备,不需另外增加。进行改造的水蓄冷空调系统要增加的设备配置见表2:

表2 水蓄冷空调系统要增加的设备配置

3 系统组成及运行模式

改建的水蓄冷空调系统基本组成如图2所示。由于每天24h均有冷负荷,故在夜间电力低谷期的冷机要供冷也要蓄冷,其蓄冷量和供冷量分配由阀门V调节。

图2 水蓄冷系统原理及组成

系统运行情况如下:

(1)供冷机单独供冷:制冷机按照原有方式运行。

(2)蓄冷槽单独供冷方式:利用夜间低谷电开启制冷机,制备冷冻水并储存在蓄冷槽中。白天开启冷冻水泵即可完成供冷。

(3)制冷机与蓄冷槽联合使用:在每年炎热的夏季,空调负荷很大时使用,白天由制冷机提供部分冷量、蓄冷槽提供部分冷量。

(4)制冷机在向蓄冷槽充冷的同时,为建筑物供冷。

表3 各供冷方式阀门、水泵运行情况

4 水蓄冷的运行策略

在不同的季节,天气发生变化,日负荷变小时,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冷装置蓄冷、供冷及主机供冷的相对比例,以实现分量蓄冷模式逐步向全量蓄冷模式的运行转化,按照蓄冷装置优先供冷的原则,最大限度地节省运行费用。图2～图6分别给出一年的水蓄冷空调系统运行策略。

4.1 7、8月份运行策略

7、8月份其最大负荷为5276kW(1500RT),这种条件下,逐时负荷以及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与放冷详见图3。

由图3可知此时采用1台2638kW(750RT)主机蓄冷8小时,可移除空调系统的全部7.4小时电力高峰。

4.2 5、6、9、10月份运行策略

图3 七、八月份水蓄冷空调运行策略

5、6、9、10月份其最大负荷为 4220kW(1200RT),这条件下,逐时负荷及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与放冷详见图4。

图4 五、六、九、十月份水蓄冷空调运行策略

由图4知此时采用1台2638kW(750RT)主机蓄冷8小时,可移除空调系统的全部8小时电力高峰和1.3小时电力平峰。

图5 四、十一、十二月份水蓄冷空调运行策略

4.3 4、11、12月份运行策略

4、11、12月份其最大负荷为 3482kW(990RT),这种条件下,逐时负荷以及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与放冷详见图5。

由图5知此时采用1台2638kW(750RT)主机蓄冷8小时,可以移除空调系统全部8小时高峰时段负荷和2.1小时电力平峰。

4.4 1、2、3月份运行策略

1、2、3月份其最大负荷为1969kW(560RT)此时750RT机组不开,这种条件下,逐时负荷以及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与放冷详见图6。

图6 一、二、三月份水蓄冷空调运行策略

由图6知此时采用1台2638kW(750RT)主机蓄冷8小时,在优先满足冷负荷要求的前提下,可以移除空调系统全部8小时高峰时段负荷和4.2小时平段负荷。

5 综合经济性分析

南宁市电力部门的有关规定及南宁电信大楼实际用电政策,常规空调其电价为:枯水期0.7813元/kWh,丰水期0.6193元/kWh。非商业性蓄冷空调电价 (高压):枯水期一般时段0.7493元/kWh、低谷0.4659元/kWh。丰水期一般时段0.5933元/kWh、低谷0.2618元/kWh。

基于保证良好的供冷温度情况下,改造后的水蓄冷系统与常规运行耗电情况对比如表4及图7。

从表4及图7可以看出在南宁长途电信第二枢纽工程建设水蓄冷系统,每年可以减少145.24万kWh的高峰用电,减少33.65万kWh平段用电量,增加160.31万kWh低谷用电量。

表4 常规系统与水蓄冷系统制冷运行耗电

图7 峰、平、谷时段耗电量分布

根据本地区用电的政策,结合以上耗电情况,改造后水蓄冷系统与改造前常规系统的运行费用如表5。

表5 水蓄冷空调和常规空调运行费用

6 结论

本文结合工程实例,利用原常规空调系统低谷时有富裕制冷能力及严格规范的控制措施和管理制度,进行水蓄冷系统改造。分析结果表明,该水蓄冷空调系统减少145.24万kWh的高峰用电,减少33.65万kWh平段用电量,全年运行费用可减少119.59万元,因而在改建项目中占有非常明显的优势。采用水蓄冷空调系统,可移峰填谷,平衡电网峰谷负荷。利用峰谷电价政策,水蓄冷空调能够更大限度地降低运行费用,给用户带来显著的经济效益。

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