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of
metroneeds,it
is
necessarytoreducethepowerconsumptionduringthepeaktimesandmakefulluseofthelowelectricitypriceduring
thelowpeak
hours.Theice—storagetechnology
cansave
peakelectricityandoperationcosts.Inthispaper,combined
withthe
requirementsofsubwayoperation,theoperation
strategy,operation
modeandcontrol
oficestoragesystem
are
introduced.
Keywordsicestorage;
operationstrategy;
operation
mode;
ice
storagesystemcontrol
Author’S
address
Chengdu
MetroCo.,Ltd.,610031,
Chengdu,China
在当前能源危机多发时期以及国家节能方针和政策下,特别在当前电力供应高峰不足而低谷过剩的矛盾突出的情况下,地铁如何节能和平衡电网负荷是迫切需要解决的实际问题。
蓄冷空调技术作为平衡电力负荷的重要手段,可以将电网低负荷时优惠电价的电能储存起来,等到电网高负荷时释放,来满足空调系统冷源需求。
蓄冷的方式包括水蓄冷和冰蓄冷两种。
其中冰蓄冷蓄冷量大、场地条件约束小,较适合地铁的高负荷空调系统和地下有限空间的应用;
且低温冰水的除湿
能力强,可以解决地铁的地下大湿度环境问题,使地下区域内相对湿度降低,具有更好的舒适性,从而提高地铁空调的品质。
冰蓄冷就其本质来说只能节省运行费用而不节能。
从能量利用角度看,该方式实际上是一种耗能系统,因此地铁冰蓄冷系统一方面要充分利用电网峰谷电价差,另一方面需要考虑冰蓄冷系统本身的节能。
节能就是要对冰蓄冷系统的运行进行有效的
控制,使蓄冰的冷量充分合理利用。
因此,对于冰蓄冷系统在地铁中的应用,需要考虑其运行模式、运行
策略及冰蓄冷系统的控制等。
1冰蓄冷系统的运行模式
冰蓄冷空调系统的运行模式是指冰蓄冷系统的运行工况,其中冰蓄冷系统的主机即冷冻机组本身为双工况(制冰和供冷)。
整个冰蓄冷系统通常由主机制冰、单主机供冷、单融冰供冷、主机与融冰同时供冷等4种模式构成。
这些运行模式可以灵活地满足地铁空调系统的负荷。
(1)主机制冰模式。
该模式通常在夜间运行,即在电网电力低谷、电价低廉时段运行,主机设定为制冰工况,所制得的冷量全部以冰储存起来,以供白天地铁运营的冷负荷高峰期使用。
(2)单主机供冷模式。
该运行模式等同于地铁
的常规冷源工况,即开启主机满足地铁全部冷负荷需求。
载冷液不再经过蓄冰装置,而直接流至负荷端,由主机维持系统的设定温度。
(3)单融冰供冷模式。
该运行模式在电网电力高峰期,主机关闭,将储冰的冷量释放满足地铁全部冷负荷需求。
回流的载冷液通过融化储存在蓄冰装置里的冰而被冷却至所需要的温度。
(4)主机与融冰同时供冷模式。
该运行模式下,
主机和蓄冰装置同时运行以满足供冷需求。
在主机上游串联系统中,回流的载冷液先经过双工况主机预
・与7・
万方数据
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鬻鞭蘸辨麟添瓣菸渤峨舔饕
冷,再流经蓄冰装置通过融冰冷却至设计温度。
对于夜问有冷负荷的情况,如果夜间所需冷量少,可采用主机制冰同时供冷模式,由蓄冰用的低温载冷液负责承担。
如果夜间所需冷量大,应通过设基载冷水机组供冷。
其原因是:
蓄冰期间制冷机需要产生用于蓄冰的0℃以下的低温水,如果同时有空调供冷要求,则需要将0℃以下载冷液经板换供出约7℃的空调冷水,制冷系统运行效率低。
2冰蓄冷系统的运行策略
地铁冰蓄冷系统应用设计中,蓄冷装置的容量大小是首要考虑的问题。
通常蓄冷装置容量越大,初投资越大,而运行费用(电费)则更节省。
冰蓄冷系统一般可分为全蓄冷与部分蓄冷两类。
全蓄冷系统将设计日(或周)非电力谷段的总冷负荷全部由蓄冷装置供应,制冷机组在此时段不运行。
该方案中蓄冷装置和制冷机组的装设容量相对其它方案是最大的,故初投资也最多,而运行费用(电费)最节省。
然而,地铁空调系统全年的满负荷时间很短,甚至都达不到设计的满负荷状态,如果采用全蓄冷策略,则投资回报效益差。
部分蓄冷系统仅将设计日非谷段的冷负荷总量转移一部分进行蓄冷,白天由制冷机组与蓄冷装置联合供应冷负荷的需要。
这种方式既降低了蓄冷系统的初投资,又节省了运行费用,因此被广泛应用,较适合于地铁冷负荷的转移应用。
部分蓄冷系统减少了蓄冷装置的容量,白天的冷负荷则需要由蓄冷装置以及制冷机组联合承担,这就涉及到运行策略。
所谓运行策略是指蓄冷系统以设计循环周期(如设计日或周等)的负荷及其特点为基础,按电费结构等条件对系统以蓄冷容量、释冷供冷或以释冷联同制冷机组共同供冷作出最优的运行安排考虑。
合理分配冷机和蓄冰槽的冷负荷,就需要采取合理的运行策略。
目前部分蓄冷系统的主要运行策略包括冷机优先运行策略、蓄冰优先运行策略、定比例运行策略和优化运行策略。
(1)冷机优先运行策略。
该运行策略尽可能地依靠冷机来满足地铁空调负荷,冷量的不足部分由蓄冰补充。
这种运行策略控制方式比较简单,易于实现,但在冷负荷较小时蓄冰装置的利用率极低,难
・
58・
以发挥夜间蓄冰供冷的优势,且运行费用偏高。
(2)蓄冰优先运行策略。
该运行策略主要依靠蓄冰来满足地铁空调负荷,当蓄冰供冷不足时再启用制冷机补充。
在地铁的低负荷季节,采用蓄冰优先时冷机可以完全不开,成为全蓄冰系统。
从理论上讲,蓄冰优先控制能充分利用电力谷段的低廉电价,使运行费用降到最低。
但由于难以确定冷负荷在冷机和蓄冰槽之间的分配比例,其控制较为复杂,常常出现蓄冰提早耗尽,造成地铁供冷不足。
目前简单的控制方式是使蓄冰量在白天空调运行时间段内平均分配。
在某种意义上,这是一种近优化的运行策略。
(3)定比例运行策略。
该运行策略使冷机和冰槽分别承担峰期各时刻一定比例的供冷负荷。
由于同时使用冷机和冰槽供冷,故比冷机优先控制更节省峰值用电量,其运行费用介于冷机优先运行策略和蓄冰优先运行策略之间,是冷机优先和蓄冰优先的折衷方法。
由于要使冷机的供冷量随时调整到所需值,且随着每天供冷负荷的波动,可能造成槽内残留余冰或蓄冰过早耗尽,因而这种运行策略实际执行起来比较困难。
(5)优化运行策略。
该运行策略是根据地铁的逐时冷负荷对冷机供冷和融冰供冷进行合理安排。
这样既能保证供冷高峰时期槽内有足够的冰,又能在供冷结束时使蓄冰槽可能提供的冷量全部释放。
优化运行策略的重要前提是对次日逐时冷负荷的准确预测。
3冰蓄冷系统的控制
根据冰蓄冷系统的工艺要求和地铁运营需求,地铁冰蓄冷系统应具有运行模式切换控制及运行策略控制等控制功能。
3.1运行模式切换控制
冰蓄冷系统是在同一管道系统上通过对水泵和阀门等设备的不同组合而得到不同的运行模式,其自身是多工况系统。
因此,冰蓄冷的控制系统属于变结构控制系统,即通过时间或事件驱动控制系统结构变化来满足地铁运营的需求。
冰蓄冷系统不同的运行模式又体现出不同的运行策略。
每一种运行模式对系统中水泵和阀门的开启和关闭都有不同的要求。
图1为串联冰蓄冷系统,其运行模式切换控制如表1所示。
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藤嚣粪惑蕊饕l添、密嘏最潮
图1串联冰蓄冷系统
表1
串联冰蓄冷系统的运行模式切换控制
换器
工况模式阀v1阀V2阀V3阀V4主机制冰关关
开开单主机供冷开开关关单融冰供冷开调节调节关主机与融冰同时供冷
开
调节
关
3.2运行策略控制
运行策略控制是为了实现运行策略,它根据合理分配在冷机和蓄冰槽之间冷负荷的运行策略设计,其中融冰速率的控制较为关键。
为了真正做到移峰填谷,蓄冰系统都追求较高的融冰速率,以期能在峰电时段内完全释放冷量。
但是,如果不对融冰速率进行控制,则蓄冰装置将以最快的速度融冰,造成冷量的浪费。
因此,需要对融冰速率进行控制,使其能跟踪负荷情况并满足系统对供冷量的要求。
供、回水的温度反应了空调系统的负荷,因此,
实际工程中可以根据供、回水温度调节进入蓄冷槽和板换载冷剂流量,从而在电力高峰时有效合理地利用蓄冰。
4逐时负荷预测及管理
为了尽量减少高价峰电的使用,冰蓄冷系统无
论采取何种运行策略,操作者都需要了解当天的逐
时负荷,从而制定出操作策略,作为运行策略的修
正,力求在峰电时段少使用冷机并尽可能使蓄冰量
在峰电时段内完全释放。
制定操作策略的依据是逐
时负荷,因此逐时负荷的预测对冰蓄冷空调降低运行成本有着重要的意义。
但是,对逐时负荷进行预测有相当的难度。
影响逐时负荷的因素较多,如逐时列车运行产热负荷、逐时人体产热负荷、逐时车站设备热负荷、活塞风引起的逐时车站空调负荷、逐时
出入口渗透换热负荷、逐时新风负荷、车站逐时空调冷负荷分析等,更主要的是对历史运行数据的要求。
目前预测逐时负荷的方法大多离不开系统运行的历史数据,因此,获得和维护一个完整的历史数据库就
成为实现逐时负荷预测的先决条件。
作为地铁运营的综合监控平台通常具有强大的
历史数据库,通过分析综合监控系统历史数据库中
的每日空调负荷数据,可为冰蓄冷系统的操作提供决策。
5结语
冰蓄冷系统在地铁中的应用,其技术和经济优
势已无可非议。
但冰蓄冷系统在地铁中的最终运行
效果,则需要结合地铁运营,采用高效的运行策略和
控制系统来保证。
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(收稿日期:
2008—09—17)
长沙投资220亿元建设城市轨道交通
新华社3月23日长沙电长沙市将打造由4条轨道交通线路构成的城市快速轨道交通网。
该项目分
两个阶段实施,2015年之前建成轨道交通1号线一期工程和2号线一期工程,总投资逾220亿元,在今年内动工建设,5年内建成。
・59・
作者:
刘启,LiuQi
作者单位:
成都地铁有限责任公司,610031刊名:
城市轨道交通研究英文刊名:
URBANMASSTRANSIT年,卷(期:
2009,12(4引用次数:
0次
参考文献(4条
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并建立了静态与动态经济分析模型,利用静态经济分析模型对工程实例进行了分析。
得出如下结论:
(1冰蓄冷空调可取与否,取决于其所增加的投资能否在较短年限内收回,一般回收期在5年之内视为经济。
若回收期较长,即使运行费用相对较少,我们也不建议采用。
(2在实际中,不同的工程有不同的影响其经济性的因素。
如若设计选型与运行策略得当,冰蓄冷空调系统的工程将会具有良好的经济效益。
设计者要根据实际情况设计出最经济的冰蓄冷空调系统,在冰蓄冷空调系统实际运行中,系统控制点多,控制系统复杂。
针对不同的工况,需要不同的运行策略,因此如果设计选型不合理,就很难达到“移峰填谷”,节约电费的目的。
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2010年3月9日
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