江水源热泵耦合三联供系统应用分析

江水源热泵耦合三联供系统应用分析

雷亦岐

中新能源服务（重庆）有限责任公司

摘要: 通过对现场勘查、调研和模拟计算、多方案对比分析研究，本项目计划采用江水源热泵耦合冷热电三联供系统建设一区域能源站为重庆市总部经济区提进行供能。该系统以其特有的技术优势，在各个方面体现出其节能环保的特点。项目的建成不仅在运营管理节约了运行费用，也可成为区域能源系统的一个示范工程，为我国能够更多、更好的使用区域能源系统提供技术指导。

1 前言

在我国城镇化建设高速发展，城市建筑面积不断增加，建筑能耗的迅速增加的背景下，建设节能、低碳、环保的绿色城市小区是城市发展的必由之路。高效、节能的区域能源站建设是打造绿色小区的重要环节。重庆市建设规划中明确了提高能源利用效率，减少建筑能耗的方针。为切合国家节能减排的主旨，将节能减排落到实处，本项目充分利用可再生的长江江水资源和丰富的天然气资源，采用以天然气为一次能源进行发电，利用发电余热制冷制热的三联供耦合江水源热泵系统，在地下建设区域分布式能源站，通过区域管网和能源换热站为累计80万平方米建筑群集中供冷供热。

2项目技术方案

2.1 负荷估算

本项目的服务区域约 80 万m2的建筑群，其功能包括：办公、酒店、公寓、会展、商业、餐饮、金融等功能。通过分析重庆市气象数据，确定空调制冷季为5 月—9 月，采暖季为12 月—2 月。综合负荷考虑各建筑同时使用系数，其中制冷负荷考虑同时使用系数0.70，采暖负荷考虑同时使用系数0.8。按此测算，项目设计总冷负荷64263kw，总热负荷33325kw。

2.2系统设备和配置

本项目供能系统设计采用冷热电三联供+江水源热泵复合系统。该系统主要由发电设备、余热利用设备及辅助冷热源设备构成。发电设备选用燃气内燃机。在余热利用设备方面，主要利用烟气热水型吸收机。系统运行时由燃气内燃机承担能源站用电，不足电量由市电补充。夏季在发电的同时回收发电机烟气废热及缸套水废热驱动溴化锂吸收机制冷，冬季利用吸收式机组回收发电机烟气热量、利用板式换热器回收发电机缸套水热量直接供暖，冷热量不足的部分由江水源热泵系统供给。分布式能源系统主要设备及配置如表1所示。

表1  分布式能源系统主要设备及配置表

2.3运行模式

三联供系统是同时提供冷、热、电的复杂能源系统，综合了发电机组、余热利用设备、调峰机组等多种设备，涉及燃气、动力、电力、暖通、工艺与控制等多种系统。为充分发挥三联供系统优势，提高供能的稳定性、经济性及能源综合利用效率。制定了以下基本运行原则：在空调季节的工作日，按照重庆地区空调通常运行时间，遵循“以热定电”的运行模式。空调季节根据冷负荷/热负荷的需求确定发电机的开启台数，冷/热量不足部分由江水源单冷机组或江水源热泵机组补充；电量不足部分由公共电网补充。

图1  分布式能源设备系统图

3、项目运行情况

3.1项目供能运行情况

能源站与2015年正式供能。目前项目已安全平稳运行8年多，累计实现总供能6967万kwh，供能量保持逐年上升（排除疫情影响）。其中供冷占比62%，供热占比38%。项目每年供能量如下图2所示。

图2  能源站年供能量

经统计，江水源热泵系统制热工况COP达到4.2，系统制冷工况COP为4.5，与传统空调相比能耗节约10%以上。除此之外，与传统分栋设置冷热源系统的空调形式相比，本项目具有明显的节能减排优势。较传统冷热源系统可以节约能耗折合标煤 656 万 kgce，预计每年运行减少CO2 排放21147 吨/年，减少SO2 排放149 吨/年，减少NOx 排放54 吨/年，减少粉尘排放 1024 吨/年，可大大改善 CBD 总部经济区内的环境质量，环境效益显著。

3.2社会经济效益

本项目采用江水源热泵和冷热电三联供复合的区域供热供冷系统，其同时使用系数比常规能源系统小，减小了冷热源设备的装机容量；江水源热泵系统的利用提高了系统能效，冷热电三联供系统的利用提高了一次能源的利用效率，从而达到节约能源的目的。

在行业促进及示范效益方面，江水水源热泵系统涉及到技术研发、设备开发与制造、设计、控制运行。而本采用江水简单物理处理后直接进空调主机的水处理方式，节约了庞大的沉砂池占地，也大大节约了投资。另外，本项目位于寸土寸金的中央商务区，但是建设在公共绿地地下，未占用建设用地，这个为类似项目提供了很好的示范。

 4、结论

（1）本项目采用江水源热泵技术耦合天然气冷热电三联供技术，为全国首创。本系统计划设置5台江水源机组，利用少量电能，将江水中的低品位能源提升为高品位能源。江河水作为可再生能源，将其有效利用将大幅提高空调系统的运行能效。同时由于系统自己发电，减少了夏季制冷的用电负荷，缩小了用电峰谷差，提高一次能源的利用效率，减少能源消耗。

（2）减轻城市中心区由于空调冷凝热而产生的热岛效应。由于采用区域供冷，取消了各建筑物内部的分散冷源，对减轻城市中心区的热岛效应将是一大贡献。同时，冷热源系统采用可再生能源中的江水源作为冷热源。在夏季作为空调冷却水，取消了传统空调中的冷却塔，不仅节约了水量，防止了由于冷却塔带来的一系列空气污染问题。也消除了由其产生的噪声，也使得建筑物结构处理及抗震处理得以简化。

（3）江水源热泵耦合三联供系统模式的能源站整体运行效率高于多个小而分散的系统，其综合能源利用效率可达84.2%。同时能源站设备集中设置，集成度高，减少占地面积，也便于集中管理和维护，从而减少了日常维护工作及维护管理人员。