北京市某大厦供能系统升级方案张钧泰

北京市某大厦供能系统升级方案张钧泰

张钧泰

（大唐（北京）能源管理有限公司北京100097）

摘要：对北京市某大厦采暖系统升级方案了探讨，针对常规能源系统及天然气分布式能源进行了初步规划和比较，并对采用屋顶太阳能进行采暖水预加热的方案进行了初步规划和分析。

关键词：大厦供能系统；升级方案

一、现有设备及运行情况

北京市某大厦建筑面积20545.65平方米，地上12层，地下2侧层。大厦现有采暖锅炉57台，总装机容量1710kW。电制冷机2台，压缩机功率279kW*2；循环水泵4台，37kW*4。配电室变压器为1250kW*2，变压器一用一备。

现有57台采暖锅炉设备老化，型号老旧配件无法采购维修，其中仅有30余台可正常工作无法满足长期安全供热的需求。

其基本负荷分析如下：

（1）夏季制冷负荷：电制冷机组效率COP约为5.5，压缩机功率279kW，则机组制冷量约为1534kW，平均冷负荷指标约149W/㎡。

（2）冬季采暖负荷：采暖锅炉总装机容量1710kW，平均热负荷指标约83W/㎡。

（3）用电负荷：夏季平均电负荷723kW。其余季节平均电负荷516kW。

其中电力负荷的高峰段一般是早上9点至晚间17点，低谷段是晚间17点至次日8点。

其全年能源需求量如下：

（1）全年采暖需求

大厦年使用燃气约13万Nm3。全年采暖供热量约121万kWh。

（2）全年空调制冷需求

北京空调使用时间约7～9月，空调用电量22.2万kWh，将电制冷机组与循环水泵用电功率折算成制冷量，全年空调制冷量约96万kWh。

（3）全年用电需求

夏季空调系统运行全年用电量约245万kWh。

二、升级方案比较

常规能源方案：采用常规能源系统，电制冷机组不做改变，采用单机容量1000kW的燃气热水锅炉替代原有锅炉。锅炉主机以及循环水泵等辅助设施的采购安装。

该方案优点是：

（1）方案成熟可靠；

（2）方案投资较低。

该方案的缺点是：

（1）能源利用形式单一直接，部分能源浪费。

天然气分布式能源方案：该方案采用燃气内燃机或燃气轮机拖动发电机发电，利用其排烟余热驱动双效溴化锂吸收式热泵机组，冬季供热，夏季供冷。实现分布式能源冷、热、电三联供。其原理如下图：

图1天然气分布式能源系统原理图

根据调研，现有电/气价格下送电上网基本无收益甚至亏损。参照国内同类工程的经验，本次方案按照大厦整体制冷负荷的20%为分布式能源主机装机容量，并考虑发电机桩基小于高峰运行时段的电力平均负荷，全部供电由大厦自身全部消耗。

大厦制冷设计负荷3068kW，20%设计负荷为613kW；制热设计负荷1710kW，20%设计负荷为342kW；夏季运行时段电力平均负荷723kW，其余季节运行时段电力平均负荷526kW。根据负荷分析，本项目拟建设400kW级分布式能源冷热电三联供系统。暂按国外某品牌原装进口400kW级燃气内燃机发电机组进行分析计算，机组单台发电量400kW，本期装机1台。

根据发电机组相关参数选配1台烟气热水型溴化锂冷热水机组，每台燃气内燃机的余热以烟气及热水的形式进入与之对应的溴化锂机组。单台溴化锂机组余热供冷能力460kW，单台供热能力360kW。

以设计日最大冷热负荷作为能源站装机容量的设计依据，还需配置一定规模的电制冷机组与燃气热水锅炉机组作为调峰设备。

制冷系统调峰设备：原有电制冷系统不变，作为分布式能源站的制冷调峰设备。

制热系统调峰设备：原有57台燃气热水锅炉取消，建设2台额定制热量800kW的燃气热水锅炉，作为分布式能源站的采暖制热调峰设备。可布置在原有供暖锅炉机房内。

建设分布式能源系统主要由以下几部分组成：

（1）燃气内燃发电机组及辅助设施

（2）余热溴化锂机组及辅助设施

（3）燃气热水锅炉及辅助设施

（4）水处理系统以及系统管道

其基本配置如下表：

表3天然气分布式能源系统与常规能源系统比较

根据以上对比，本项目所采用的天然气分布式能源系统，具有能源梯级利用技术上的示范意义，但根据电/气价格，比之常规能源系统运行成本基本相同，暂无明显直接经济收益。

该方案的优点是：

（1）可以实现能源梯级利用、高效利用；

（2）所用技术成熟可靠。

根据调研北京市内已进行天然气分布式能源改造的建筑工程情况后，发现其缺点是：

（1）造价较高，经济收益较低；

（2）目前热水锅炉房面积较小（60m2），检修通道狭窄（＜1.1m），难以进行设备布置，需另觅或新建合适机房，较为困难；

据了解，天然气分布式能源适用于大型商业场所、校园、医院等较大范围冷热电联供，向外供电处于稍亏损状态，所发电量适宜全部自用，需冷热电负荷比率互相匹配才能达到收益最大化。较传统采暖供冷设备占地面积大3～4倍以上，更适用于新建建筑或新建供热站，对现有建筑进行技术改造难度较大。

多能互补供热方案：该方案采用太阳能预热锅炉供水方案，利用该大厦屋顶空间布置太阳能热水装置，供暖季节对供暖系统回水进行预加热，减少耗气量。根据《GB50495-2009太阳能供热采暖工程技术规范》：

该大厦建筑面积20545.65m2，需集热器面积约1727.5m2，可满足约45%的供暖负荷，需完全占据楼顶空间。

（按照北京市12月平均日太阳辐射（当地纬度倾角面）13.709MJ/m2日，太阳能保证率45%，集热效率75%，管路热损失10%，建筑单位热耗20w/m2计算）

该方案的优点是：

（1）布置空间灵活，不需增加或调整锅炉房位置；

（2）运行方式可靠，可随时切除；

（3）可配合常规供能方案或天然气分布式能源方案使用。

该方案的缺点是：

（1）大楼屋顶面积有限，太阳能热量不足以承担完整供热负荷；

（2）仅可用于冬季供暖及夏季生活热水，无法用于供冷，也不减少大楼电耗；

（3）运行情况受气候影响波动较大。

三、结论

根据以上分析，采用分布式能源方案改造能够实现能源的梯级利用，具有节能技术上的工程示范意义。但该技术对冷、热、电负荷的匹配性要求较高，根据现有环境，超出部分的上网发电量难以获得良好的经济性收益。该技术可有效减少外购电量，适用于较大电负荷的项目，适用于较大体量建筑群使用；对于小体量建筑，不易获得匹配设备投资的收益。

同时，可考虑利用屋顶空间布置一部分太阳能预热供水系统，对采暖供水预加热，减少燃气供热锅炉热负荷，节省天然气用量。