上海某大厦分布式能源系统方案设计研究

2020-09-06商艳飞

中国新技术新产品 2020年11期

商艳飞

摘要：分布式能源系统是能源高效利用的重要形式，其运行方式具有典型的能量梯级利用特性。该文以上海某大厦的能源使用情况为基础，设计了天然气分布式能源系统，详细介绍了分布式能源站的设备选型方式，满足了大厦的安全用电以及热负荷需求。整个系统具有明显的经济效益与社会效益。

关键词：分布式能源系统;方案设计;商业综合体

中图分类号：TU246 文献标志码：A

0 引言

分布式能源系统是以燃气及生物质能、太阳能、氢能、风力和其他清洁、可再生的能源为一次能源，在用户现场或靠近用户现场的小型或微型独立输出就地使用电、热（冷）能的系统。一次能源经过各种转换方式组合，以最经济、最高效的方式直接向用户提供所需要的电力、空调冷水、采暖热水、生活热水、蒸汽等能源产品。在当前单位GDP能耗高、环境污染严重的背景下，分布式能源系统是降低综合能耗、改善环境的重要研究方向，具有能源综合利用效率高、污染物排放低、综合用能成本省等优点[1]。1）能源综合利用效率高：通过对能量的梯级利用，系统综合能源源利用效率可达80%以上甚至更高。2）污染物排放低：一次能源采用天然气、太阳能、风能等清洁/可再生能源，降低了污染物的排放，二氧化碳排放量减少50%以上，二氧化硫及烟尘排放量基本为零。3）综合用能成本省：分布式能源站根据用户用能需求，定制化设计，一次能源转化率高，能源输送半径小，输送过程损耗低，可有效降低用户的综合用能成本，同时提高了用户能源的安全性和可靠性。

1 項目概况

1.1 概述

“上海某大厦” 位于小陆家嘴核心区，其主体建筑结构高度为580 m，总高度632 m，地上121层，地下5层，总建筑面积57.6万m2（包括地上建筑面积38万m2），绿化率33% 。该项目根据该大厦餐饮区域的冷、热负荷容量及特点，在该区域适当位置有针对性地建设天然气分布式能源中心，满足该地区冷、热负荷需求。

能源中心考虑装设内燃机、热水型溴化锂机组、烟气-热水换热器及水-水板式换热器，实现冷、热、电三联供，使得清洁能源和绿色建筑得到良好融合，不但有利于大厦能源的综合利用，这对建设绿色大厦，创新能源利用方式、优化资源利用、发展绿色经济有着积极意义。因此，能源中心工程建设对改善地区生态环境、发展低碳经济具有重大意义。

1.2 大厦用能分析

1.2.1 大厦电力负荷分析

该项目所在地在其周边规划建设110 kV大厦用户站，该站主变容量为2×40 MVA，为110 kV/10 kV的两卷变，两路电源进线分别来自于规划220 kV即墨站和220 kV连云站。该站110 kV侧采用带断路器的线路变压器组接线方式，10 kV侧采用单母线四分段接线。10 kV侧出线规模36回，如图1所示。

该项目按并网不上网的方式运行，所发电力全部用于大厦内部消耗，不足的电力由电网补充。

1.2.2 大厦冷热负荷分析

该项目冷热供能范围为大厦低区地下5层至地上7层，共12层楼，总建筑面积约为27.97万㎡，其中地下2层为能源中心，地下四层、五层为停车库。低区地上建筑总面积8.4万m2，低区地下建筑面积约19.6万m2。

根据大厦各地块用地面积、总建筑面积和使用功能、容积率、控制高度等指标，按照《公共建筑节能设计标准》（GB50189—5005）对各建筑单体的围护结构热工参数和室内空气设计参数，上海某大厦低区地下空间计算标准按空调面积占建筑面积的80%考虑，低区地上部分计算标准按空调面积占建筑面积的90%考虑，低区地下空间的冷热负荷同时使用系数取0.7，低区地上部分冷热负荷同时使用系数取0.8，分析得出该区域的空调冷负荷和空调热负荷。

设计日负荷是设备选型的依据，该报告对低区区域的设计日负荷进行了计算汇总，具体负荷数据如图2所示。

通过图2分析，可以得出以下3点结论。1）夏季设计日冷负荷的逐时变化范围较大，最大冷负荷出现在中午12点，约为19.6 MW，最小冷负荷出现在凌晨4点，约为7.6 MW。2）冬季设计日热负荷的逐时变化范围较平缓，最大热负荷出现在下午8点，约为13.4 MW，最小热负荷出现在凌晨1点，约为5.3 MW。3）全年冷、热负荷大于1 MW的时间数为7 150 h左右，冷、热负荷大于3 MW的时间数为5 050 h左右，冷、热负荷大于5 MW的时间数为3 750 h左右，冷、热负荷大于10 MW的时间数为1 350 h左右。

1.3 分布式能源系统配置方案

考虑到该工程三联供系统与大厦能源站的装机负荷匹配，该工程初步按照装机负荷满足大厦冷、热负荷基础值设计。装机2×1165 kW燃气内燃发电机组+烟气换热器+热水型溴化锂机组。主要设备参数如下。

1.3.1 内燃机

燃气内燃机发电机组：2台（1 165 kW）。

额定发电出力：1 165 kW。

机组发电效率：40.3%。

机组热效率：48.3%。

电压等级：10.5kV。

天然气气耗：288.1 Nm3/h。

排烟温度：441℃。

排气热能：649 kW。

发动机冷却：747 kW。