研究院大楼空调改成蓄冰节能项目可行性研究报告.docx
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研究院大楼空调改成蓄冰节能项目可行性研究报告
研究院大楼空调改成蓄冰节能项目
可行性研究报告
第一部分
动态流体冰浆蓄冰储能“移峰填谷”的作用对平衡电网
和节能减排的重大意义
1,电网的昼夜峰谷电差
虽然我国已经连续十几年每年新增发电机组装机容量均在1000万千瓦以上,达到了8.18千瓦时。
但远远没有解决电力的供需矛盾:
在夏季高峰时间不得不进行大范围,多次数的拉闸限电,严重影响生产和生活。
不仅如此,装机容量的剧增反而使得电厂的运行受到严重影响:
交流电无法储存,夜间发电却没人用,大大增加了电厂的成本,导致昼夜峰谷电差的不断增大。
在我国电力结构中,火力发电约占75%、水电约占20%、其它(核电、风力
等)约占5%。
但火力和水力发电机组都不能起到很好的调峰作用,原因主要是这两类发电机组起停一次消耗的能源太大:
一台12.5万千瓦的小型发电机组启停调峰一次,需消耗20T标准煤,6万度电,相当于研究院2月份整个月的用电。
而调峰的时候,特别是夏季几乎是每天都需要起停一次,大大增加了电厂的发电成本;第二调节容量有限,而且起停和调节都严重影响机组的寿命!
图1,峰谷电差
图1是2004年和2005年全国峰谷差的情况:
2004年,最大峰谷电差就达到6894万千瓦;2005年,达到8031万千瓦。
年增长16.5%。
我们深圳2006年电力峰值也达到820万千万时,而夜间(凌晨4电),电力需求才480万千万时,峰谷差达到350万千万时。
白天用电高峰为夜间谷用电量的1.7倍。
2,空调耗电产生峰谷电差与蓄冰储能平衡城市电网
图2,深圳一栋普通办公楼全年的能耗分布
空调系统占到整栋建筑能耗的56.2%。
研究院大楼2008年整栋建筑全年耗电214.8万千瓦时,空调机房(制冷主机、水泵和冷却塔)共用电101万千瓦时,占到47%,而且不包含送风机组的风机用电。
像研究院这样的传统中央空调,对电网的影响,并不是用电量大,而是用的每一度电基本都是在电网负荷高峰时刻,天气越热,发电机组效率越低,电网供应最为紧张,而恰巧在这时刻,空调用电最大。
从能源角度而言,空调提供的是最低品位的热能。
而让最低品位的热能在高峰时刻,最紧张时刻占据宝贵高品位的电能!
这是能源利用的失败!
所以,导致电网峰谷电差的最主要原因之一是建筑空调用电!
根据供电部门统计,夏季电力高峰时,用于空调的电力占到电网的30%!
就深圳而言,如果采用动态流体冰浆技术将白天使用的空调全部转移到夜间预先存储起来,将减少白天电网高峰负荷820×30%=246万千瓦时。
电网的峰谷电差就完全解决:
白天用电820-246=574万千瓦时,而夜间380+246=626万千瓦时。
也就是说深圳现阶段的电力供应已完全满足!
而且有必要说明一点的是:
夜间由于大气温度有所降低(5℃),每吨标准煤发电效率提高近10%。
(夜间每产生1KW.h电量,需消耗0.32T标准煤,而白天需要0.35T标准煤。
)
3,动态流体冰浆蓄冰储能对节能减排的意义
根据欧美和日本等发达国家储能节能的经验,蓄冰储能节能20%~40%,减少20%~40%的CO2,40%~50%的氮氧化物排放主要是:
①采用储能技术以后,可以保证不论是空调工况还是蓄冰工况,消除了传统中央空调制冷主机对空调负荷直接响应关系,制冷主机运行都处在最佳工作点高效率稳定运行;
图3,制冷主机与空调负荷关系图
②蓄冷工况夜间运行,冷凝温度低,冷凝温度每下降1℃,主机制冷量增加1.3%;以及夜间发电机组发电效率高10%;
③日常的运行控制和维护管理都由专业人员进行,最科学、合理。
4,传统静态制冰方式的不足
由于传统的储能技术采用的都是静态制冰,如盘管、冰球、片冰等。
静态制冰最大的不足是,水或者相变材料的相变(结冰)必须发生在传热面上。
首先就要求冷却介质(载冷剂,制冷剂)等温度低,一般在-5℃以下。
盘管和冰球在整个制冰过程载冷剂的平均温度在-10℃,制冷剂蒸发温度-15℃;片冰制冷剂蒸发温度在-22℃。
而动态流体冰浆技术在换热器内是液液交换,载冷剂温度为-3℃,制冷剂蒸发温度-6℃,而且整个8小时制冰时间不会波动。
按照制冷常识:
制冷剂蒸发温度每下降1℃,制冷量减少3%。
所以就制冷效率而言,动态流体冰浆技术比传统静态制冰技术至少高30%。
图4,上海某大楼BAC盘管制冰过程主机制冷效率测试
第二部分:
研究院大楼的动态流体冰浆蓄冰储能节能改造工程
一,大楼基本情况
1,制冷主机为两台约克的300RT螺杆机组,可改成蓄冰/制冷双工况。
2,大楼空调面积约为2万㎡。
改造只限空调机房,其他暂不考虑。
3,现行研究院大楼电价为深圳市特殊的优惠价格:
城乡居民生活电价:
0.68元
/KW,而深圳市商业电价:
高峰为1.18元/KW,平段为0.9044元/KW,蓄冰储能电价为0.2844元/KW。
4,2008年大楼总耗电214.8万千瓦,其中空调机房耗电102万千瓦。
5,现有主机机房已无可用的地方,须将现有机房内两间电工的办公室规划出来,
以作制冰系统设备的布置(制冰板式换热器、冷冻水板式换热器、水泵和水过滤器)。
经过实地测算,使用面积较为紧凑,根据机房周边空间情况利用现电工办公室外侧的两个停车位最为合适。
6,储冰罐完全可利用咖啡厅后面的空地。
空地就一侧是机房的走廊,另一侧是
连通大楼内大天井,后侧为墙体,前面是咖啡厅。
需要协商咖啡厅的采光问题。
7,机房管道改造,只需关断1#主机主管道上的两个手动阀门即可。
施工期
间,另一台机组正常运行;改造完成后,不论制冰系统发生任何设备故障,两台制冷主机可以和往常一样运行!
8,大楼7,8月份的设计日空调逐时冷负荷(图5)
图5,研究院大楼设计日逐时空调冷负荷
最大小时空调冷负荷2200KW(625RT),空调单位面积负荷为110W/㎡
二,动态流体冰浆蓄冰储能节能改造工程的几项原则
1,不论发生任何改造系统故障,都必须保证大楼和往年一样的正常供冷;
2,改造的目的是为了体现动态流体冰浆技术的优越性,所以保证机组在全年任何时候运行,都必须保证最佳工况,最高效率;
3,大楼属于典型的写字楼负荷类型,每周有双休日,所以在储冰槽容量设计时,要考虑到周五、周六和周日三个晚上的蓄冰量,在下一周的周一、周二甚至周三实现全蓄冷;
4,深圳市的电力高峰时段与空调供冷有关的时间为上午的9:
00~11:
30和下午的14:
00~16:
30。
在融冰时须考虑尽可能减少电力高峰时用电;
5,在考虑融冰策略时,还需考虑减少主机的起停频率,以避免启动电流对电网的冲击(主机最大电流的3陪)和保证压缩机使用寿命;
6,蓄冰罐完全可以利用咖啡厅后面的中庭院,庭院的长、宽分别是17.5米和13.5米,空地一侧是走廊,另一侧联通大楼大天井,后侧为墙体,前面是咖啡厅。
我们计划的蓄冰罐体积为400立方米,这样可以把周六、周日夜间的低谷电充分利用,实现更充分地节能。
采用水泥池建设蓄冰罐,长14米宽分别为10米,这样高度约为3米,地面以上2米,地面以下1米。
这个蓄冰罐位置隐蔽,完全不影响研究院大楼的任何办公室的采光和建筑美观;
7,施工期间应尽可能避免噪音、交通等影响到大楼内及周边人员的工作和休息。
三,动态流体冰浆蓄冰储能节能改造工程的系统设计
1,两台300RT螺杆主机,但由于现场条件的限制和全年负荷的综合考虑,只需改造其中一台,蓄冰工况制冷系数为空调工况的0.75,即225RT。
一周蓄冰时间为7×8=56小时,融冰和供冷时间为周一到周五的上午8点到下午6点共10×5=50小时。
所以在蓄冰量和融冰量的考虑上,我们每小时的蓄冰冷量=7×8×225/(5×8)=315RT,即1113KW;
2,动态流体冰浆改造系统图(见图5)
3,动态流体冰浆改造系统设备规格参数及费用一览表(见表1)
图5,动态流体冰浆改造系统图
研究院动态流体冰浆蓄冰储能机房设备及费用一览表
序号
设备名称
规格型号
数量
综合单价(万元)
单项总价
(万元)
备注
1
空调主机
制冷量:
1056KW(300RT),轴功率208KW,输入功率:
242KW,冷冻水流量:
182m3/h,压降:
60KPa,冷却水流量:
220m3/h,压降:
77KPa,
2
0
0
2
冷却塔
已有
2
0
0
3
冷却泵
已有
2
0
0
4
制冰换热器
换热量:
792KW,水侧流量:
136m3/h,压降50KPa,
乙二醇侧:
158.5m3/h,压降55KPa,换热面积:
320㎡
1
35
35
5
融冰换热器
换热量:
1056KW,水侧流量:
136m3/h,压降50KPa,
乙二醇侧:
158.5m3/h,压降55KPa,换热面积:
80㎡
1
10
10
6
乙二醇泵
BYGD125-250
(1)A,流量:
158m3/h,扬程17m,输入功率11KW
3
1
3
两用一备
7
制冰冷水泵
BYGD150-200A,流量:
136m3/h,扬程10m,输入功率7.5KW
3
2
6
两用一备
8
冰浆蓄冰槽
400m3/h,混凝土
1
35
35
9
"islurry"过滤装置
流量136m3/h,
2
3
6
10
管道及辅材
阀门,法兰等配件
1
4.60
4.60
11
控制系统
流量控制阀、传感器等
1
20
20
合计
119.8
表1,动态流体冰浆改造系统设备规格参数及费用一览表
4,各个月份空调负荷平衡表
起始时间
逐时负荷(KW)
制冰工况(KW)
空调工况(KW)
蓄冰槽(KW)
取冷率(%)
制冷量
数量
主机负载率
主机供冷量
储冰量
融冰量
23:
00
0
1113
1
0
1113
0
0.0%
0:
00
0
1113
1
0
2226
0
0.0%
1:
00
0
1113
1
0
3339
0
0.0%
2:
00
0
1113
1
0
4452
0
0.0%
3:
00
0
1113
1
0
5565
0
0.0%
4:
00
0
1113
1
0
6678
0
0.0%
5:
00
0
1113
1
0
7791
0
0.0%
6:
00
0
1113
1
0
8904
0
0.0%
7:
00
0
0
8904
0
0.0%
8:
00
1518
0.96
1018
8404
500
5.6%
9:
00
1930
0.88
930
7404
1000
11.2%
10:
00
1974
0.91
956
6386
1018
11.4%
11:
00
1865
0.91
956
5477
909
10.2%
12:
00
1865
0.91
965
4577
900
10.1%
13:
00
1930
0.98
1030
3677
900
10.1%
14:
00
2169
0.91
956
2464
1213
13.6%
15:
00
2169
0.91
956
1251
1213
13.6%
16:
00
1952
0.90
952
251
1000
11.2%
17:
00
1236
0.93
986
1
250
2.8%
18:
00
0
0.00
0
1
0
0.0%
19:
00
0
0.00
0
1
0
0.0%
20:
00
0
0.00
0
1
0
0.0%
21:
00
0
0.00
0
1
0
0.0%
22:
00
0
0
0
0
0.0%
合计
18610
9707
——
8904
100.0%
表2,研究院大楼7月份设计日负荷平衡表
图6,研究院大楼7月份设计日负荷平衡图
研究院大楼8月份设计日负荷平衡表
起始时间
逐时负荷(KW)
制冰工况(KW)
空调工况(KW)
蓄冰槽(KW)
取冷率(%)
制冷量
数量
主机负载率
主机供冷量
储冰量(KW)
融冰量(KW)
23:
00
0
1113
1
0
1113
0
0.0%
0:
00
0
1113
1
0
2226
0
0.0%
1:
00
0
1113
1
0
3339
0
0.0%
2:
00
0
1113
1
0
4452
0
0.0%
3:
00
0
1113
1
0
5565
0
0.0%
4:
00
0
1113
1
0
6678
0
0.0%
5:
00
0
1113
1
0
7791
0
0.0%
6:
00
0
1113
1
0
8904
0
0.0%
7:
00
0
0
8904
0
0.0%
8:
00
1521
0.97
1021
8404
500
5.6%
9:
00
1934
0.91
956
7426
978
11.0%
10:
00
1977
0.91
956
6405
1021
11.5%
11:
00
1869
0.91
956
5492
913
10.3%
12:
00
1869
0.91
956
4579
913
10.3%
13:
00
1934
0.91
956
3602
978
11.0%
14:
00
2173
0.91
956
2385
1217
13.7%
15:
00
2173
0.91
956
1168
1217
13.7%
16:
00
1956
0.95
1006
218
950
10.7%
17:
00
1239
1.00
1056
35
183
2.1%
18:
00
0
0.00
0
35
0
0.0%
19:
00
0
0.00
0
35
0
0.0%
20:
00
0
0.00
0
35
0
0.0%
21:
00
0
0.00
0
35
0
0.0%
22:
00
0
0
0
0
0.0%
合计
18643
8904
9775
8904
99.6%
表3,研究院大楼8月份设计日负荷平衡表
图7,研究院大楼8月份设计日负荷平衡图
研究院大楼9月份负荷平衡表
起始时间
逐时负荷(KW)
制冰工况(KW)
空调工况(KW)
蓄冰槽(KW)
取冷率(%)
制冷量
数量
主机负载率
主机供冷量
储冰量
融冰量
23:
00
0
1113
1
0
1113
0
0.0%
0:
00
0
1113
1
0
2226
0
0.0%
1:
00
0
1113
1
0
3339
0
0.0%
2:
00
0
1113
1
0
4452
0
0.0%
3:
00
0
1113
1
0
5565
0
0.0%
4:
00
0
1113
1
0
6678
0
0.0%
5:
00
0
1113
1
0
7791
0
0.0%
6:
00
0
1113
1
0
8904
0
0.0%
7:
00
0
0
8904
0
0.0%
8:
00
1445
0.00
0
7459
1445
16.2%
9:
00
1838
0.79
838
6459
1000
11.2%
10:
00
1879
0.83
879
5459
1000
11.2%
11:
00
1776
0.81
856
4539
920
10.3%
12:
00
1776
0.81
856
3619
920
10.3%
13:
00
1838
0.81
856
2638
982
11.0%
14:
00
2065
0.81
856
1429
1209
13.6%
15:
00
2065
0.81
856
220
1209
13.6%
16:
00
1858
0.79
1658
20
200
2.2%
17:
00
1177
0.56
1177
20
0
0.0%
18:
00
0
0.00
0
20
0
0.0%
19:
00
0
0.00
0
20
0
0.0%
20:
00
0
0.00
0
20
0
0.0%
21:
00
0
0.00
0
20
0
0.0%
22:
00
0
0
0
0
0.0%
合计
17715
8904
——
——
8832
——
8904
99.8%
表4,研究院大楼9月份设计日负荷平衡表
图8,研究院大楼9月份设计日负荷平衡图
研究院大楼10月份负荷平衡表
起始时间
逐时负荷(KW)
制冰工况(KW)
空调工况(KW)
蓄冰槽(KW)
取冷率(%)
制冷量
数量
主机负载率
主机供冷量
储冰量
融冰量
23:
00
0
1113
1
0
1113
0
0.0%
0:
00
0
1113
1
0
2226
0
0.0%
1:
00
0
1113
1
0
3339
0
0.0%
2:
00
0
1113
1
0
4452
0
0.0%
3:
00
0
1113
1
0
5565
0
0.0%
4:
00
0
1113
1
0
6678
0
0.0%
5:
00
0
1113
1
0
7791
0
0.0%
6:
00
0
1113
1
0
8904
0
0.0%
7:
00
0
0
8904
0
0.0%
8:
00
853
0.00
0
8051
853
9.6%
9:
00
1084
0.00
0
6968
1084
12.2%
10:
00
1108
0.00
0
5859
1108
12.4%
11:
00
1047
0.00
0
4812
1047
11.8%
12:
00
1047
0.00
0
3764
1047
11.8%
13:
00
1084
0.00
0
2680
1084
12.2%
14:
00
1218
0.00
0
1463
1218
13.7%
15:
00
1218
0.00
0
245
1218
13.7%
16:
00
1096
0.85
896
45
200
2.2%
17:
00
694
0.66
694
45
0
0.0%
18:
00
0
0.00
0
45
0
0.0%
19:
00
0
0.00
0
45
0
0.0%
20:
00
0
0.00
0
45
0
0.0%
21:
00
0
0.00
0
45
0
0.0%
22:
00
0
0
0
0
0.0%
合计
10450
1590
8904.0
99.5%
表4,研究院大楼10月份设计日负荷平衡表
图9,研究院大楼10月份设计日负荷平衡图
研究院大楼6月份负荷平衡表
起始时间
逐时负荷(KW)
制冰工况(KW)
空调工况(KW)
蓄冰槽(KW)
取冷率(%)
制冷量
数量
主机负载率
主机供冷
储冰量
融冰量
23:
00
0
1113
1
0
1113
0
0.0%
0:
00
0
1113
1
0
2226
0
0.0%
1:
00
0
1113
1
0
3339
0
0.0%
2:
00
0
1113
1
0
4452
0
0.0%
3:
00
0
1113
1
0
5565
0
0.0%
4:
00
0
1113
1
0
6678
0
0.0%
5:
00
0
1113
1
0
7791
0
0.0%
6:
00
0
1113
1
0
8904
0
0.0%
7:
00
0
0
8904
0
0.0%
8:
00
979
0.00
0
7925
979
11.0%
9:
00
1244
0.00
0
6681
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- 研究院 大楼 空调 改成 节能 项目 可行性研究 报告