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盧軍:燃氣分布式能源站蓄冷調控策略分析

2023-12-26 14:45:46 中國能源網
編者按:“雙碳”背景下,隨著科技水平不斷進步和能源行業快速發展,分布式能源已成為引領能源領域發展的重要趨勢之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開,本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯合主辦。會上,

重慶大學土木工程學院的盧軍教授做了主題為《燃氣分布式能源站蓄冷調控策略分析》的報告。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

盧軍:各位專家、各位同行,大家下午好!下面給大家匯報一下我們做的項目,建筑群方面蓄冷蓄熱的項目。

氣候變化我就不多說了,很多專家也都談到,包括上午的主題報告都說到城市氣候的影響,導致了整個城市能耗的增加,氣候的變化也導致環境影響,造成一系列惡劣的影響。今天上午會長也說了要加速,我們國家也要進行加速,要實現“碳中和”。

燃氣的分布式能源站在近期是一個很重要的措施,但從清華大學江億院士,因為我們經常也在討論問題,到底燃氣怎么發展,從燃氣的使用率來看,未來的發展從量上還是增長的,只是要建大量的燃氣分布式能源站,就像重慶建的華南大型能源站,要保證當地能源的需求,比如重慶華南能源站就是為了保證云計算園區的能與需求,所以燃氣分布式能源站可以實現供冷、供暖、供熱水、供電,把能源的高效綜合的利用,能效高,在低碳能源體系當中占有非常重要的地位,也不說現在提高全面電氣化,重慶是煤電特別多,基本能源比例是煤電,大家想象在三峽是水電,并不是水電為主,我們的水電資源哪里去了?下游去了,到上海、華東、湖北,在重慶水電很少的比例,當時市長是沒怎么要水電的。

去年的熱浪,重慶和四川在熱浪影響下面,電力急劇的稀缺,今年重慶這邊有大量的企業上燃氣分布式能源,包含四川那邊,西安的熱供所,還有西南電力院做了燃氣峰值能源,做都做不贏,到他們單位考察的時候,他們都說項目非常的多,這也是市場行情的需求。團隊也做了重慶的燃氣分布式能源檢測,包括明年大家要去參觀的永川兒童醫院,以及我們做了一個江水源熱泵結合燃氣分布式能源的負荷能源系統,另外是重慶燃氣大廈,現在是華潤燃氣,已經是控住了。

我們對燃氣大廈的項目,實際使用的效果,PCTP建筑分布式能源項目進行的性能測試,項目完全實現了發電,像前面做的CPD能源分布式系統的項目,電力上網還存在一定的難度,這塊如何實現燃氣發電熱能綜合利用,能夠供冷、供熱水這一塊也是影響了發電的效力,發電很正常,但是燃氣大廈的項目基本上還是比較好的能夠上網發電。

項目總體是四萬七千多平方的面積,以辦公為主,負荷特性如圖上所示。項目用的是四百千瓦曼海姆內燃機,這是綜合能源站,總的未來要做到80萬平方,現在只做了20萬平方,現在使用的大一點,重慶有很多的區域能源站,都考慮綜合能源系統,負荷熱能源系統,并不是單一的用某一種能源系統形式,因為負荷式的實際上更加穩定,有些專家評審的時候也經常遇到,他說系統做的太復雜了,系統太多,實際上我們在運行的時候一鍵控制,都可以自動化運行,不存在感覺功能管理其他很復雜,現在都已經AI了,控制都是非常成熟,怎么樣實現能源、經濟、環境、社會綜合效益最大化,而不是單一的考慮簡單,制冷就是制冷機,制熱就用鍋爐,傳統的設計理念應該要進行變化,吸收機帶補燃的方式,現在很多都采用這一塊的機組聯合功能。項目嚴格的進行測試,這是他的項目現場情況,離我們這個地方也比較近。

整個系統根據測試負荷的變化情況,系統性能曲線是變化的,負荷率都有相應的變化,可以看出來排煙溫度和負荷率的管理,排煙溫度、流量對它的余熱發電有相應的影響,另外高溫缸套水這一塊相應的關系也進行了詳細的測試,對后面的效率分析,應該從夏季的,一般來說設備和室外的溫度、關系也有影響,負荷率的增加對缸套水的余熱增加的效果也做了詳盡的測試。

總體來看整個內燃機發電的效率,在夏季可以實現總效率在72.58%,電效率在35.51%,一般內燃機發電效率通常在40%以下,這點我們要盡量發揮在高效區運行,有些項目發電效率比較低,跟系統的控制邏輯有相應的管理。冬季實現發電效率35.71%,熱效率在35.16%,實現一個總效率70.86%,這都是具有CMA檢測資質的第三方檢測機構對項目進行的檢測。

另外我們也通過對系統分析之后,根據全年負荷特性,對項目進行了優化的控制,在軟件上面進行了模擬,進行優化之后,燃氣分布式能源系統實現優化可以提升系統的效率,能源利用率增加5.35%,節能率可以提高4.23%,優化和綜合利用效率提升到百分之73點幾,節能率也可以提升百分之22點幾,這樣可以實現能源的減排、運行費用,也得以節約,運行的節約率可以節省百分之16點幾。

這是我們對項目的測試,另外再講一下對重慶未來生態城,下面整個紅色區域是悅來國際展覽中心,重慶智博會在這個地方召開,最下面區塊300萬平方是悅來生態城,整個上面一共有18.67平方公里,整個區域都做了集中的區域供冷、供熱,實際上重慶的區域能源項目還比較多,包括未來的茶園重慶東站、江北嘴,全國做區域供冷的項目在重慶還是比較集中的,都是要打造成智慧加可再生能源,加靈活分布式能源的示范項目。

這里做了一個四號地塊,實際上是138.57萬平方米,這個項目利用多種技術形式,用蓄冷技術,前天上午也說了,大量的微電網源網荷儲,實際上在國外來看用空調蓄冷,同樣也能夠很好的,占的比例還高一些,因為傳統的蓄冷電站還有一些風險,蓄冷的效率更高,而且投資也比較小,性價比非常高。

這塊做了蓄冷,再加上水源熱泵,用的是熱源塔熱泵,再加上燃氣內燃機,做的是兩千千瓦的內燃機兩臺,再加上吸收機,實際上實現的是負荷功能系統,負荷就比較大了,希望整個區域達到106.9兆瓦,整個有商業、有住宅,整個系統的負荷比例關系。

這是冬季在46.61兆瓦,對區域的能源系統里面功能,我們團隊也做了多個去能源可研項目。

電價政策都在執行尖峰平谷的分段電價表,電價表實際上變化很大,而且有些單位沒注意,我都知道一個項目,單位電價在定的時候很倉促,就造成電價整個一年算下來多交一千萬的電費,數據還是比較驚人,因為對一個項目來說,一千萬就是一個純利潤,現在是有電力機構,有國網直售,有售電機構代售,電價是變化的,怎么樣實現最優的效益,需要公司結合項目的配置,設備的性能情況中來選擇最好的電價政策。我們到新加坡能源參觀的時候,他們直接是電腦隨時在這,哪個地方的電價最便宜,實現了虛擬電廠隨時找最便宜的電價隨時切換,根據電價實現控制策略,也實現的虛擬電廠,負荷調峰。

電價實際上也在變化,重慶市商業的峰谷電價也不一樣,現在光伏電比較多,有把商業的峰谷電價,有時候白天太陽光最強的時候,那時候不是峰值,變成了谷值,所以有時候甚至可以實現負電價。

項目優先采用的是水源熱泵、燃氣、分布式能源、熱源塔熱泵調峰,采用負荷式的能源系統。負荷式能源系統采用蓄冰的策略,蓄冰槽,傳統的采用的都是一些盤管蓄冰,是一種靜態蓄冰的策略,我們這里采用的是動態制冰漿的方式,過冷水制冰漿,這樣溫度更高,效率更好,蓄冰槽是空的,平常夏季蓄冷,冬季蓄熱綜合利用,在傳統的盤管蓄冰,只能夠實現什么?夏季蓄冷,冬季是不能夠蓄熱的,因為一蓄熱溫差過大,會導致管道應力過大,造成管道破損,實際上很多盤管蓄冰池里邊我也盤道很多,包括在西部制冰展的時候看,把水一放空之后,整個蓄冰盤管、鋼制盤管銹蝕斑斑,看起來非常恐怖的場面。

他用的防凍劑,前面議事會上專家說了,防凍劑是普通的防凍劑,會造成你的盤管銹蝕,防腐的防凍劑價格會增加一倍到兩倍,這個也有關系。冬季利用蓄熱槽進行蓄熱,同樣一個池子進行蓄冷、蓄熱,特別個夏熱東冷地區,長江經濟這一帶,都是夏天要制冷,冬天要制熱,而且冬天有時候制熱的負荷比較高,我們正在做悅來生態城冷熱機架的調研,現在節能企業、運行企業中節能就說,冬天的濾芯負荷太高了,為什么?大家開門、開窗,熱氣都往外跑,關不住,夏天制冷了還好一點,冷氣是往下沉的,理論上計算起來應該是夏季負荷比較大,但實際運行下來冬季的跑熱非常大,如果不控制,20塊錢一平方實際上是控制不下來的。

采用蓄冷蓄熱分析了不同策略下,因為區里面來看,肯定是分期分批實施,像有些能源站一下上滿,造成入住率比較低,這時候經濟性就很差,類似于機房上架率非常低,實際上POE值非常高,達不到建設的要求,對他的項目、運行情況在軟件上面進行了模擬,分析各種運行策略下面使用費用25%典型工況,負荷率50%、75%、100%下面的使用情況,從策略看出來價格差異還是比較大的。

因為我是多種技術負荷應用,有熱泵、有三聯供、有蓄冷,在蓄冷優先的情況下,熱泵優勢比較明顯,但是隨著電價和負荷率的增高,三聯供的優勢就逐漸比較明顯,在峰谷平電價的情況下面,熱泵、三聯供的交叉可以進行優化,可以看出他在什么情況下面用什么樣的技術,哪一個優先都可以做。

整個策略下來可以看出來,通過軟件對控制邏輯進行優化,能耗費節省率最佳策略可以實現節能率25.57%,功能自己在那開,憑感覺是肯定不行的,從節能率上面可以看出能源價格不一樣,因為現在很多運營說哪里不冷不熱就多開泵,他覺得先開泵再開主機,覺得是流量偏小,但是這種一復雜,有成套的程序,通過對氣溫,對負荷進行預測,牽制、控制、反饋,結合來控制。

冬季情況下一樣,能耗費節省可以實現22.06%的節約,在蓄冷的模式,剛開始蓄冷池也可以一起修,但是我在前期入住率比較少的時候,因為是分期開發,開發規模從3%、4%、5%、6%的開發規模,就像前面說的現在總的開發規模是80萬平方,現在就值20萬,只有20%,而且入住率還存在一個問題,所以把它在不同的情況下面,前面做冰蓄冷的要投入冰蓄冷的機組,制冰機,相應的乙二醇都要買。

如果做成水蓄冷,前期的投資成本更低,比如分析了冷水蓄冷,蓄冷量多到兩萬多千瓦時,做4度蓄冷做了兩萬四,如果做了冰蓄冷,到21萬多千瓦時的蓄冷量,發揮蓄冷池的蓄冷效果,在入住率低的時候,開發規模小的時候,先期采用水蓄冷的方式,實際上水蓄冷現在全國很多項目大量在推水蓄冷,消防水池蓄冷,或者用邊角余料進行蓄冷,都有很多項目,都能取得很好的效果。

我們團隊正在編制中國電子節能技術協會的高效集團的團標,國內有兩個標準,一個是中國節能院的標準,一個是中國電子節能技術協會的標準,電子節能技術協會對制冷機房的,普通電子冷機組的已經有了,剛才雙良也講了項目,現在我們也已經在做蓄冷項目的高效機房的評價標準,這個馬上也要進行頒布了。

可以看出來不同的策略下面,移峰電量率做蓄冷,一定要考慮移峰制冷率、蓄冷率快速的響應,這樣才能和虛擬電廠進行匹配,相應的升級這一塊,可以看出來谷電利用率會做到53.27%,充分的利用谷電,單位電耗的費用,可以把電價,正常峰值電價跑到一塊多了,平均算下來電費只有五毛二、四毛八,通過蓄冷實現用電價非常平,如果運行策略三隨便去運行,電價跑多少錢?折下來是七毛九,電價就非常高了,電價不節能。

節能率可以實現百分之十幾的節能,能耗費用節省率也是會達到25.57%,這是夏季情況。

冬季同樣可以實現蓄熱,冬季冰蓄冷,所以蓄冷效果比較好,在冬季可以通過水蓄熱把谷電的利用,可以用30%到50%,電費的成本最低可以做到運行策略一,可以做到0.51,如果按照夏季策略來運行,就跑到五毛八去了,同樣運行策略三運行需要七毛六,這就可以坎得到實實在在的,理論的策略不一樣,運行費用就有很大的差別,這是可以產生經濟效益比較明顯的。

五、系統能效級評價,對高效機房的初步評價,沒有針對蓄冷系統的高效機房的評價,可以看出來電制冷系統的評價14.1,最佳策略可以實現4.46,對三聯供系統,年平均綜合能源利用效率可以實現80%,最佳策略可以實現83.46%,剛才前面實測下來看的只有73%,國家的評價限制在80%,節能率可以實現20.24%,三聯供系統的最大利用實現可以實現1900多小時,保證三聯供設備的使用有效的實現,很多項目有效的使用時間非常少,也沒有充分發揮設備的投資效益、投資收益回收期太長,但我們這里是接近兩千,是根據項目的情況。

對蓄能子系統,設計工況能效13.2,評選優先可以做到4.16,對系統年均能效比做到3.78,這是對子系統的評價。對機組不細說了,同樣對制冷機組、雙控機組、離心機組、熱泵機組、吸收機機組系統評價相應的給出了限制,離心機組可以做到6.25。

對速配系統,水泵、冷凍泵、冷卻泵,同樣對速配系數,標準的限制34.5,這里做到36點幾,冷卻水做到45,對冷速配系統的評價同樣可以做,這是從設計的評價可研階段,在實際項目里面必須要通過安裝傳感器,精度要嚴格滿足我們的標準要求,因為精度要求是比較高的,否則精度差異過大會造成誤差過大。

對它進行了經濟性的評價,利用動態的評價對它的利潤、增值稅進行了評價,一百多個平方做個能源站,3.7個億,這一塊也進行了分析,能源站的項目只要立了項,誰都愿意來投,這個不缺投資,在重慶這一塊能源站的項目,很多央企、國電投、中節能、華電都在重新投資,項目的經濟性比我們投一些其他的項目經濟性是比較好的,因為這是它實際的賣冷賣熱的投資,還有工程的效益都有,對內部收益率、凈現值、投資回收期一般在11點多,經濟效益一般可以過了,這個項目在會展中心那邊正在施工,正在做機房的土建施工,機房也修在邊坡外面,土建施工有點難度,這塊正在做。整個的盈虧平衡點也是百分之39點幾,整個項目經濟可行,投資回收期比較短,也分析靜態指標的敏感性分析,對利潤和相應的不確定性因素變化,收費價格、冷價正在論證,另外一個項目論證,生態成本的冷價收費,運行成本的變化,水電氣價格,功能的規模、投資的影響都做了經濟性動態的分析,有個平衡點。

保持在建筑規模60%以下就可以實現盈虧平衡,對區域能源項目采用燃氣分布式能源的負荷系統,實現了綜合的最佳策略運行,基礎策略是夏季采用冰蓄冷,冬季采用水蓄熱的方式,把蓄冷蓄熱技術相結合,蓄冷蓄熱池,本身在修建機房的時候,如果是土建比較好,特別像重慶,因為地下都是巖石,地基基礎比較好,修水池成本是比較低的。上個月到廣州南沙,剛好是在地基不太好,要加固樁表深,可能修水池的成本比較高,這也和土建相應的合理考慮。

最佳運營策略下面比機載機組優先運營模式下面可以實現節能,運費費用降低24.21%,耗電也降低百分之10點幾,耗氣也降低了。蓄意蓄冷蓄熱模式情況下面,移峰填谷作用明顯,所以我們對國家的貢獻,對電網的安全運行是非常重要的。去年國網也在重慶這邊,對很多商場降低空調運營時間,把供足率提高,運行的時間也把它控制,降低人們一定的舒適性來移峰填谷。我們做冰蓄冷、水蓄熱,還是保證你的舒適性不變,利用電價的政策來實現主動的移峰填谷,這個情況比較好。

開發規模小的時候,前期先做水蓄冷,這個是沒有問題,適度水蓄冷在國內有很多項目都已經做過,沒有問題,用現有的電子冷機就可以實現適度水蓄冷,還可以先不上機組。

把項目的情況簡單給大家做一個介紹,謝謝大家。




責任編輯: 張磊

標簽:燃氣分布式能源站