虹桥商务区能源站天然气分布式供能系统运维经验

2020-01-01李鑫毅

上海节能 2019年12期

李鑫毅

上海申能能源服务有限公司

0 项目背景

虹桥商务区智慧能源项目是上海虹桥商务区智慧城市建设的重要项目，覆盖核心区3.7km2，满足区域内352栋公共建筑（建筑面积约5 500 000 m2）的冷、热、电负荷需求。项目供能以天然气分布式能源为主，辅以光伏、风电等可再生能源，并结合储能技术及装置，以大数据分析、人工智能和信息安全为技术支撑，以满足用户端需求为服务导向，可实现能源的梯级利用与动态调配，全面展现了智慧能源网的冷热电三联供、多能互补、多点储能及微电网等要素的示范应用。

项目由申能集团控股（51%）、地产集团参股（49%）共同投资建设，具体业务由申能集团主导开展。项目自2011年3月开工，于2014年5月投产，2019年进入良性运营状态，计划2025年全部建成，总投资约35亿元人民币。

1 供能系统

本项目规划建设5个能源站，目前已建成投运1号站和2号站，3号站正在筹建中。1号和2号站装机容量共11.2MW，每个站分别由4台天然气内燃发电机（英国康明斯，单机1.4MW）与4台吸收式溴化锂空调（远大）构成。供能系统通过10kV线路并入电网，采用“自发自用、余电上网”模式。

投运后1号和2号站系统运行良好，系统综合效率达到76.04%，节能率为22.9%，CO2减排率为49.5%，平均每台机器每小时节省1.03t标煤，减排CO25.58t，并于2017年底通过了上海市分布式供能后评估指标要求（全年满载运行2 000h以上，综合效率达到70%以上）。

2 商务区用能负荷分析

2.1 季节特性分析

图1和图2显示了2018年虹桥商务区1号和2号站的冷热负荷情况。

由图1和图2可见，虹桥商务区在冬、夏两季的冷、热负荷有较明显的互补特点，冬季供热、夏季供冷的需求量极大，同时伴有较小规模的反季节冷热负荷需求；在春、秋两季，系统整体负荷处于低谷，并对冷热负荷均有一定需求。

图1 2018年1号站供能情况

图22018年2号站供能情况

2.2 日特性分析

图3 以6月25日～7月1日的冷热负荷为例，显示了虹桥商务区的日间负荷需求变化情况。

图3 测量点趋势图

由图3可见，冷、热负荷每日间呈现规律性的峰谷波动，昼夜用能差距巨大。上午8:00左右负荷急剧下滑，要求供能系统具有较快的响应速度，以适应大幅度的负荷波动。

3 运行策略与运行设计

3.1 季节运行策略

根据用户负荷特性和用能规律，研究制定了3个运行模式（冬季模式、夏季模式、过渡季模式），以保证商务区的供能。

1)冬季模式

冬季的热负荷需求大于发电机的最大电制热负荷，故优先采用发电机投入制热模式，锅炉将用来填补4台发电机满载运行时出现的热负荷缺口，从而促进了经济收益与节能减排效益达到最大化。同时，利用离心机响应速度快、冬季制冷效率高、可利用管网储能的特性，将离心机作为快速反应机组进行反季节供能，根据进回水温度适时供能。

2)夏季模式

夏季的冷负荷需求大于发电机的最大制冷负荷，故优先采用发电机投入制热模式，并使用离心机协同供能。运行过程中，保证有1台发电机投入制热模式，以满足商务区的反季节用能需求，避免采用锅炉供能导致的系统综合效率下降。

3)过渡季模式

春、秋季为用能低谷，每个站采用2台发电机组投入运行，根据系统进回水温差来决定启动1台或是2台；另外2台发电机作为常备状态，在其他发电机发生故障或检修时投入运行。过渡季节合理安排检修计划，保证各台机组以最好状态进入供能高峰季节。

3.2 每日运行策略

基于季节运行策略，与每日用能特点，研究得出每日运行策略。

1）冬季期间

分布式发电机组采用烟气和发电机缸套水余热进行热交换，制热模式的响应速度较快。在用能高峰期（早6时至晚10时），使用4台发电机全部投入制热模式运行。在用能低谷期（晚10时至次日早6时），使用2台发电机投入制热模式运行，另2台发电机进入待机状态。

2）夏季期间

分布式发电机组使用溴化锂空调制冷，制冷模式的响应速度较慢（需1小时启动）。在用能高峰期（早6时至晚10时），使用3台发电机组投入制冷模式。在用能低谷期（晚10时至次日早6时），使用离心机制冷，避免频繁启停发电机造成的制冷效率降低。另1台发电机组全时间投入制热模式，根据进回水温度自动确定启停状态。

3）过渡季期间

发电机组根据系统开机逻辑自动判断启停，并保证最低开机小时数，避免频繁启停。同时，保持发电机组运行数量在1～2台，其他发电机待机或者检修。春季，可将1台发电机投入制热模式，另外1～2台发电机投入制冷模式，保证制热和制冷需求；秋季，将2台发电机投入制热模式，以备采暖需求。根据当季环境气温，灵活调度发电机运行状态，保证最大限度地使用分布式供能系统。

4 供能系统维护保养策略

分布式系统的维护保养需要结合运行策略进行安排，根据制定的季节运行策略，主导思想为：

1)分布式发电机组的维护时间需结合发电机维保手册进行日常维护，维护前需提前2h～3h停机冷却，每次维护时需进行油样采集，用以分析了解发动机状态。根据油品分析结果以及相关设备检查结果，确定新的维保计划。

2)分布式系统发电机的维护需严格按照维保手册中的相关要求开展。

3)分布式系统辅机设备需做好每日巡检，确保正常运行，并在每年过渡季进行相应的维护保养以确保供能高峰的安全运行。

4)维护保养需按照规定，完成相应的安全保护。

5 维护与保养的实施方案

维护保养与运行策略配合实施，以保证发电机组的正常运行，具体实施方案如下：

1)结合商务区用能的季节性特点，将分布式发电机组的大部分辅机设备维护安排在过渡季节。春季时，减少发电机机组的开机数量，有计划对溴化锂空调、机组应急换热模块的维护保养。秋季时，进行供热模块的清洗维护工作。

2)分布式发电机组在年初制定运行计划，并根据计划开展发电机组的维护保养。发电机组的日常维护工作（如750h，1500h等级别的维护）在1-2个工作日内即可完成，可根据生产计划安排。发电机的大修（如12 000h，24 000h等级别的维护）需根据年度计划，安排在过渡季进行。应提前半年做好维护保养的计划安排，并做好零配件的咨询与采购。由于零配件主要为进口产品，供应周期相对较长，一般应在年初或9月份制定计划并实施采购，以具备在当年秋季或次年春季进行大修维保的条件。

3)在对发电机组不同级别的维护保养中，需根据维保手册做好数据采集和记录，对每台机器的使用情况与机器状态进行分析。如1 500h维保采集的润滑油的油样进行油品分析后，可作为延长维保时间的依据。根据实际数据与厂家维护手册中的官方指导意见进行比较，适当延长或缩短大修维保周期。

4)分布式发电机组的零配件多为进口产品，需在每年年初做好采购预算和计划。根据全年的维保计划和不同维保级别所使用的备品备件，在年初进行一次性采购，并通过比价获得较为优惠的备件价格，降低维保成本。易耗易损件（如火花塞，润滑油等）由于供应商较多且备货相对充足，可根据实际使用情况，提前1至2个月进行采购。所有的零配件采购应严格遵守厂家官方出具的维保备件清单，按照其规定目录中的品牌进行备件，不得随意使用其他未经认证的品牌及供应商。

6 维护保养实际案例分析

案例1：分布式供能系统辅机设备突发性故障

2018年11月中旬，分布式供能系统中的供能模块发生故障，出现烟道漏水情况。经排查，发现烟气换热器发生烧蚀，导致水路漏水，致使烟道内大量积水，引发故障停机。在对其他机组进行排查时，发现1号、2号站有6台机组出现了不同程度的漏水。发现问题后，运营方立刻组织解决，将烟气换热器返厂维修。事后总结发现，由于烟气换热器不易出现损坏故障，安装位置距地面约5m且重量达1t，运行维保人员未将其列入过渡季节例行维保项目表，未对烟气换热器进行清洗维护，在供热季节来临之前也未对每台机器进行试运行，未做到提前维护和对发电机组的适时状态评估。

分布式发电机组应做好提前维护，对未在例行维护清单的辅机设备，也需开展例行检查，确保设备不发生渗漏等情况。并应在制冷和制热季前1个月将每台发电机投入试运行，对设备状态进行记录、评估，确保发电机组以最好状态进入供能高峰季节。

案例2：分布式供能系统发电机维护时间调整

2019年2月，对发电机组运行情况开展分析，测量了发电机组火花塞点火电极间隙、活塞连杆伸长量，对单次维保周期的润滑油进行了油品分析，并基于一系列的采集成果，对发电机组的运行状态进行评估。根据发电机组火花塞出现的失火现象，进行了跟踪测量和间隙调整，最后确定该型号火花塞无法满足在750h维保周期内的状态达标；在500h左右，火花塞间隙会过大导致机器状态下滑，应将原有火花塞品牌进行更换或者缩短维保时间。由于缩短维保时间会导致维保成本上升，在厂家提供的供应商名单中另选一家火花塞品牌，经单机试运行工况的跟踪测量，得出此品牌火花塞性价比更高，可满足750h的正常维保周期，并将此型火花塞进行推广使用。

基于对一系列基础数据及维护检查记录进行分析，对每台发电机的运行状态有了具体的了解。与设备厂家沟通研究后，将12 000h的大修维保周期提升至15 000h，进一步节省了运行维护成本。

本案例凸显了维保计划和发电机日常维护运行数据的重要性。根据这些数据进行分析，在严格按照设备厂商提供的维保手册基础上，研究制订有效的维保方案，延长了发电机组的使用时间，降低了运行维护的成本。