南寧電信水蓄冷系統改造工程運行策略及技術經濟分析

李耀熙,黃祥式

(1.珠海城市職業技術學院,珠海519090;2.廣西盛信物業管理有限公司空調分公司,南寧530012)

0 引 言

蓄能系統對改善和緩解電力供需矛盾,平抑電網峰谷差有著積極作用,社會效益和經濟效益良好。目前,工程上常用的蓄能方式有冰蓄冷和水蓄冷,冰蓄冷系統具有投資大、管理難度大等缺點,相比之下,水蓄冷具有經濟、簡單的特點,水蓄冷是利用水的溫度變化儲存顯熱量 [4.187 kJ/(kg·K)],蓄冷溫差一般采用6～10℃,蓄冷溫度通常為4～6℃,它可直接與常規空調系統匹配,無需其他專門設備。水蓄能技術就是在電力負荷低的夜間,用電動制冷機制冷將冷量以冷水的形式儲存起來。在電力高峰期的白天,不開或少開冷機,充分利用夜間儲存的冷量進行供冷,從而達到電力移峰填谷的目的。由于電力部門實施分時電價,水蓄能空調技術的運行費用比常規空調系統運行費用低,分時電價差值越大,用戶得益越多。采用蓄能空調技術最大的優點是削峰填谷,使現有發、供電設施在夜間低谷期的潛力得以充分發揮,緩解用電高峰期電力供應不足,更重要的是有利于國家電網的安全運行。本文作者對南寧電信水蓄冷系統改造工程的運行策略及技術經濟進行分析,為類似工程運行實踐提供參考。

1 水蓄冷系統特點

水蓄冷空調代表著當今世界中央空調的先進水平,預示著中央空調的發展方向,有如下優點:

(1)經濟性。利用峰谷荷電價差,大大減少空調年運行費,削峰填谷,平衡電網壓力。

(2)實用性。上班前啟動時間短,只需10～15分鐘即可達到所需溫度,常規系統約需1小時。減少冷水機組容量,總用電負荷少,減少變壓器配電容量與配電設施費。

(3)節能,使用靈活。節假日部分區域使用的空調可由蓄冷水槽直接提供,節能效果明顯;可以為較小的負荷 (如只使用個別辦公室)蓄冷水槽放冷定量供冷,而無需開主機。

(4)合理性。水蓄能可減小制冷設備又可減小電鍋爐的裝機容量和用電容量。從而減少了電力投資費用(包括電力補貼費和變壓器、配電柜等電力設施);另外作為備用冷熱源,增加了空調系統的可靠性,也可削峰電;其中水蓄冷還可結合低溫送水和低溫送風,減少設備的容量,降低設備的噪音。

(5)環保。由于白天開的冷機較少,所以噪音很小,而且清潔無污染,操作方便。

2 水蓄冷系統的改造方案

2.1 工程概況

本工程為南寧長途電信第二樞紐工程,由于包括通信機房、辦公用房等,空調用冷主要是環境用冷,24小時供冷,全年供冷天數約為365天。原有制冷站配置有冷水機組2638kW(750RT)×4臺、風冷冷水機組774kW(220RT)×4臺、風冷冷水機組1160kW(330RT)×3臺。其中四臺2638kW機組在裙樓地下室,三臺1160kW機組在裙樓頂,管道下到地下室機房內。另四臺774kW機組放在主樓34樓,給22層以上樓層供冷,三套系統各自獨立。預計設計日尖峰負荷為5276kW(1500RT),設計日冷負荷表如圖1。

圖1 設計日逐時冷負荷

2.2 蓄冷系統的可行性分析

此工程原中央空調系統設計屬于傳統常規中央空調系統設計,由以上實際的供冷能力和負荷分布的情況,以及建設布局和其管理理念得:

a、其低谷時段的制冷能力富余,有充分的能力實施低谷蓄冷;b、嚴格的運行成本控制措施和管理制度,使企業管理者本身具備降低中央空調系統運行成本和提高設備運行效率的內在動力。

表1 原有空調系統機房配置

2.3 蓄冷系統改造的蓄水池及其他設備

此工程水蓄冷的蓄冷水池設計在地下車庫出口右邊綠化帶地下 (全地下埋置,不影響綠化帶),有效容積為2270m3。低谷時段用一臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時。蓄冷水池的容積按下式計算:

式中:

V—蓄冷水池容積,本項目2270m3;

Q —蓄冷量,(萬kcal);

△Tz—蓄冷水池進、出水溫差,本項目為8℃(4～12℃);

η—水池的容積效率,%,本項目為100%;

K —冷損失附加率;一般取1.01～1.05;

C—水的熱容量,萬kcal/m3℃(C=0.1)

相比原常規空調系統,水蓄冷空調系統只需增加蓄冷水泵、放冷水泵、蓄水池、板式換熱器及一套控制系統,其它設備完全可以利用原常規空調系統的設備,不需另外增加。進行改造的水蓄冷空調系統要增加的設備配置見表2:

表2 水蓄冷空調系統要增加的設備配置

3 系統組成及運行模式

改建的水蓄冷空調系統基本組成如圖2所示。由于每天24h均有冷負荷,故在夜間電力低谷期的冷機要供冷也要蓄冷,其蓄冷量和供冷量分配由閥門V調節。

圖2 水蓄冷系統原理及組成

系統運行情況如下:

(1)供冷機單獨供冷:制冷機按照原有方式運行。

(2)蓄冷槽單獨供冷方式:利用夜間低谷電開啟制冷機,制備冷凍水并儲存在蓄冷槽中。白天開啟冷凍水泵即可完成供冷。

(3)制冷機與蓄冷槽聯合使用:在每年炎熱的夏季,空調負荷很大時使用,白天由制冷機提供部分冷量、蓄冷槽提供部分冷量。

(4)制冷機在向蓄冷槽充冷的同時,為建筑物供冷。

表3 各供冷方式閥門、水泵運行情況

4 水蓄冷的運行策略

在不同的季節,天氣發生變化,日負荷變小時,系統將依據實際的冷負荷需求,通過控制系統調節運行模式,自動調整每一時段內蓄冷裝置蓄冷、供冷及主機供冷的相對比例,以實現分量蓄冷模式逐步向全量蓄冷模式的運行轉化,按照蓄冷裝置優先供冷的原則,最大限度地節省運行費用。圖2～圖6分別給出一年的水蓄冷空調系統運行策略。

4.1 7、8月份運行策略

7、8月份其最大負荷為5276kW(1500RT),這種條件下,逐時負荷以及制冷設備供冷、蓄冷水池蓄冷與放冷詳見圖3。

由圖3可知此時采用1臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時,可移除空調系統的全部7.4小時電力高峰。

4.2 5、6、9、10月份運行策略

圖3 七、八月份水蓄冷空調運行策略

5、6、9、10月份其最大負荷為 4220kW(1200RT),這條件下,逐時負荷及制冷設備供冷、蓄冷水池蓄冷與放冷詳見圖4。

圖4 五、六、九、十月份水蓄冷空調運行策略

由圖4知此時采用1臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時,可移除空調系統的全部8小時電力高峰和1.3小時電力平峰。

圖5 四、十一、十二月份水蓄冷空調運行策略

4.3 4、11、12月份運行策略

4、11、12月份其最大負荷為 3482kW(990RT),這種條件下,逐時負荷以及制冷設備供冷、蓄冷水池蓄冷與放冷詳見圖5。

由圖5知此時采用1臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時,可以移除空調系統全部8小時高峰時段負荷和2.1小時電力平峰。

4.4 1、2、3月份運行策略

1、2、3月份其最大負荷為1969kW(560RT)此時750RT機組不開,這種條件下,逐時負荷以及制冷設備供冷、蓄冷水池蓄冷與放冷詳見圖6。

圖6 一、二、三月份水蓄冷空調運行策略

由圖6知此時采用1臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時,在優先滿足冷負荷要求的前提下,可以移除空調系統全部8小時高峰時段負荷和4.2小時平段負荷。

5 綜合經濟性分析

南寧市電力部門的有關規定及南寧電信大樓實際用電政策,常規空調其電價為:枯水期0.7813元/kWh,豐水期0.6193元/kWh。非商業性蓄冷空調電價 (高壓):枯水期一般時段0.7493元/kWh、低谷0.4659元/kWh。豐水期一般時段0.5933元/kWh、低谷0.2618元/kWh。

基于保證良好的供冷溫度情況下,改造后的水蓄冷系統與常規運行耗電情況對比如表4及圖7。

從表4及圖7可以看出在南寧長途電信第二樞紐工程建設水蓄冷系統,每年可以減少145.24萬kWh的高峰用電,減少33.65萬kWh平段用電量,增加160.31萬kWh低谷用電量。

表4 常規系統與水蓄冷系統制冷運行耗電

圖7 峰、平、谷時段耗電量分布

根據本地區用電的政策,結合以上耗電情況,改造后水蓄冷系統與改造前常規系統的運行費用如表5。

表5 水蓄冷空調和常規空調運行費用

6 結論

本文結合工程實例,利用原常規空調系統低谷時有富裕制冷能力及嚴格規范的控制措施和管理制度,進行水蓄冷系統改造。分析結果表明,該水蓄冷空調系統減少145.24萬kWh的高峰用電,減少33.65萬kWh平段用電量,全年運行費用可減少119.59萬元,因而在改建項目中占有非常明顯的優勢。采用水蓄冷空調系統,可移峰填谷,平衡電網峰谷負荷。利用峰谷電價政策,水蓄冷空調能夠更大限度地降低運行費用,給用戶帶來顯著的經濟效益。

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