虹橋商務區(qū)能源站天然氣分布式供能系統(tǒng)運維經(jīng)驗

李鑫毅

上海申能能源服務有限公司

0 項目背景

虹橋商務區(qū)智慧能源項目是上海虹橋商務區(qū)智慧城市建設的重要項目，覆蓋核心區(qū)3.7km2，滿足區(qū)域內352棟公共建筑（建筑面積約5 500 000 m2）的冷、熱、電負荷需求。項目供能以天然氣分布式能源為主，輔以光伏、風電等可再生能源，并結合儲能技術及裝置，以大數(shù)據(jù)分析、人工智能和信息安全為技術支撐，以滿足用戶端需求為服務導向，可實現(xiàn)能源的梯級利用與動態(tài)調配，全面展現(xiàn)了智慧能源網(wǎng)的冷熱電三聯(lián)供、多能互補、多點儲能及微電網(wǎng)等要素的示范應用。

項目由申能集團控股（51%）、地產(chǎn)集團參股（49%）共同投資建設，具體業(yè)務由申能集團主導開展。項目自2011年3月開工，于2014年5月投產(chǎn)，2019年進入良性運營狀態(tài)，計劃2025年全部建成，總投資約35億元人民幣。

1 供能系統(tǒng)

本項目規(guī)劃建設5個能源站，目前已建成投運1號站和2號站，3號站正在籌建中。1號和2號站裝機容量共11.2MW，每個站分別由4臺天然氣內燃發(fā)電機（英國康明斯，單機1.4MW）與4臺吸收式溴化鋰空調（遠大）構成。供能系統(tǒng)通過10kV線路并入電網(wǎng)，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式。

投運后1號和2號站系統(tǒng)運行良好，系統(tǒng)綜合效率達到76.04%，節(jié)能率為22.9%，CO2減排率為49.5%，平均每臺機器每小時節(jié)省1.03t標煤，減排CO25.58t，并于2017年底通過了上海市分布式供能后評估指標要求（全年滿載運行2 000h以上，綜合效率達到70%以上）。

2 商務區(qū)用能負荷分析

2.1 季節(jié)特性分析

圖1和圖2顯示了2018年虹橋商務區(qū)1號和2號站的冷熱負荷情況。

由圖1和圖2可見，虹橋商務區(qū)在冬、夏兩季的冷、熱負荷有較明顯的互補特點，冬季供熱、夏季供冷的需求量極大，同時伴有較小規(guī)模的反季節(jié)冷熱負荷需求；在春、秋兩季，系統(tǒng)整體負荷處于低谷，并對冷熱負荷均有一定需求。

圖1 2018年1號站供能情況

圖22018年2號站供能情況

2.2 日特性分析

圖3 以6月25日～7月1日的冷熱負荷為例，顯示了虹橋商務區(qū)的日間負荷需求變化情況。

圖3 測量點趨勢圖

由圖3可見，冷、熱負荷每日間呈現(xiàn)規(guī)律性的峰谷波動，晝夜用能差距巨大。上午8:00左右負荷急劇下滑，要求供能系統(tǒng)具有較快的響應速度，以適應大幅度的負荷波動。

3 運行策略與運行設計

3.1 季節(jié)運行策略

根據(jù)用戶負荷特性和用能規(guī)律，研究制定了3個運行模式（冬季模式、夏季模式、過渡季模式），以保證商務區(qū)的供能。

1)冬季模式

冬季的熱負荷需求大于發(fā)電機的最大電制熱負荷，故優(yōu)先采用發(fā)電機投入制熱模式，鍋爐將用來填補4臺發(fā)電機滿載運行時出現(xiàn)的熱負荷缺口，從而促進了經(jīng)濟收益與節(jié)能減排效益達到最大化。同時，利用離心機響應速度快、冬季制冷效率高、可利用管網(wǎng)儲能的特性，將離心機作為快速反應機組進行反季節(jié)供能，根據(jù)進回水溫度適時供能。

2)夏季模式

夏季的冷負荷需求大于發(fā)電機的最大制冷負荷，故優(yōu)先采用發(fā)電機投入制熱模式，并使用離心機協(xié)同供能。運行過程中，保證有1臺發(fā)電機投入制熱模式，以滿足商務區(qū)的反季節(jié)用能需求，避免采用鍋爐供能導致的系統(tǒng)綜合效率下降。

3)過渡季模式

春、秋季為用能低谷，每個站采用2臺發(fā)電機組投入運行，根據(jù)系統(tǒng)進回水溫差來決定啟動1臺或是2臺；另外2臺發(fā)電機作為常備狀態(tài)，在其他發(fā)電機發(fā)生故障或檢修時投入運行。過渡季節(jié)合理安排檢修計劃，保證各臺機組以最好狀態(tài)進入供能高峰季節(jié)。

3.2 每日運行策略

基于季節(jié)運行策略，與每日用能特點，研究得出每日運行策略。

1）冬季期間

分布式發(fā)電機組采用煙氣和發(fā)電機缸套水余熱進行熱交換，制熱模式的響應速度較快。在用能高峰期（早6時至晚10時），使用4臺發(fā)電機全部投入制熱模式運行。在用能低谷期（晚10時至次日早6時），使用2臺發(fā)電機投入制熱模式運行，另2臺發(fā)電機進入待機狀態(tài)。

2）夏季期間

分布式發(fā)電機組使用溴化鋰空調制冷，制冷模式的響應速度較慢（需1小時啟動）。在用能高峰期（早6時至晚10時），使用3臺發(fā)電機組投入制冷模式。在用能低谷期（晚10時至次日早6時），使用離心機制冷，避免頻繁啟停發(fā)電機造成的制冷效率降低。另1臺發(fā)電機組全時間投入制熱模式，根據(jù)進回水溫度自動確定啟停狀態(tài)。

3）過渡季期間

發(fā)電機組根據(jù)系統(tǒng)開機邏輯自動判斷啟停，并保證最低開機小時數(shù)，避免頻繁啟停。同時，保持發(fā)電機組運行數(shù)量在1～2臺，其他發(fā)電機待機或者檢修。春季，可將1臺發(fā)電機投入制熱模式，另外1～2臺發(fā)電機投入制冷模式，保證制熱和制冷需求；秋季，將2臺發(fā)電機投入制熱模式，以備采暖需求。根據(jù)當季環(huán)境氣溫，靈活調度發(fā)電機運行狀態(tài)，保證最大限度地使用分布式供能系統(tǒng)。

4 供能系統(tǒng)維護保養(yǎng)策略

分布式系統(tǒng)的維護保養(yǎng)需要結合運行策略進行安排，根據(jù)制定的季節(jié)運行策略，主導思想為：

1)分布式發(fā)電機組的維護時間需結合發(fā)電機維保手冊進行日常維護，維護前需提前2h～3h停機冷卻，每次維護時需進行油樣采集，用以分析了解發(fā)動機狀態(tài)。根據(jù)油品分析結果以及相關設備檢查結果，確定新的維保計劃。

2)分布式系統(tǒng)發(fā)電機的維護需嚴格按照維保手冊中的相關要求開展。

3)分布式系統(tǒng)輔機設備需做好每日巡檢，確保正常運行，并在每年過渡季進行相應的維護保養(yǎng)以確保供能高峰的安全運行。

4)維護保養(yǎng)需按照規(guī)定，完成相應的安全保護。

5 維護與保養(yǎng)的實施方案

維護保養(yǎng)與運行策略配合實施，以保證發(fā)電機組的正常運行，具體實施方案如下：

1)結合商務區(qū)用能的季節(jié)性特點，將分布式發(fā)電機組的大部分輔機設備維護安排在過渡季節(jié)。春季時，減少發(fā)電機機組的開機數(shù)量，有計劃對溴化鋰空調、機組應急換熱模塊的維護保養(yǎng)。秋季時，進行供熱模塊的清洗維護工作。

2)分布式發(fā)電機組在年初制定運行計劃，并根據(jù)計劃開展發(fā)電機組的維護保養(yǎng)。發(fā)電機組的日常維護工作（如750h，1500h等級別的維護）在1-2個工作日內即可完成，可根據(jù)生產(chǎn)計劃安排。發(fā)電機的大修（如12 000h，24 000h等級別的維護）需根據(jù)年度計劃，安排在過渡季進行。應提前半年做好維護保養(yǎng)的計劃安排，并做好零配件的咨詢與采購。由于零配件主要為進口產(chǎn)品，供應周期相對較長，一般應在年初或9月份制定計劃并實施采購，以具備在當年秋季或次年春季進行大修維保的條件。

3)在對發(fā)電機組不同級別的維護保養(yǎng)中，需根據(jù)維保手冊做好數(shù)據(jù)采集和記錄，對每臺機器的使用情況與機器狀態(tài)進行分析。如1 500h維保采集的潤滑油的油樣進行油品分析后，可作為延長維保時間的依據(jù)。根據(jù)實際數(shù)據(jù)與廠家維護手冊中的官方指導意見進行比較，適當延長或縮短大修維保周期。

4)分布式發(fā)電機組的零配件多為進口產(chǎn)品，需在每年年初做好采購預算和計劃。根據(jù)全年的維保計劃和不同維保級別所使用的備品備件，在年初進行一次性采購，并通過比價獲得較為優(yōu)惠的備件價格，降低維保成本。易耗易損件（如火花塞，潤滑油等）由于供應商較多且備貨相對充足，可根據(jù)實際使用情況，提前1至2個月進行采購。所有的零配件采購應嚴格遵守廠家官方出具的維保備件清單，按照其規(guī)定目錄中的品牌進行備件，不得隨意使用其他未經(jīng)認證的品牌及供應商。

6 維護保養(yǎng)實際案例分析

案例1：分布式供能系統(tǒng)輔機設備突發(fā)性故障

2018年11月中旬，分布式供能系統(tǒng)中的供能模塊發(fā)生故障，出現(xiàn)煙道漏水情況。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)煙氣換熱器發(fā)生燒蝕，導致水路漏水，致使煙道內大量積水，引發(fā)故障停機。在對其他機組進行排查時，發(fā)現(xiàn)1號、2號站有6臺機組出現(xiàn)了不同程度的漏水。發(fā)現(xiàn)問題后，運營方立刻組織解決，將煙氣換熱器返廠維修。事后總結發(fā)現(xiàn)，由于煙氣換熱器不易出現(xiàn)損壞故障，安裝位置距地面約5m且重量達1t，運行維保人員未將其列入過渡季節(jié)例行維保項目表，未對煙氣換熱器進行清洗維護，在供熱季節(jié)來臨之前也未對每臺機器進行試運行，未做到提前維護和對發(fā)電機組的適時狀態(tài)評估。

分布式發(fā)電機組應做好提前維護，對未在例行維護清單的輔機設備，也需開展例行檢查，確保設備不發(fā)生滲漏等情況。并應在制冷和制熱季前1個月將每臺發(fā)電機投入試運行，對設備狀態(tài)進行記錄、評估，確保發(fā)電機組以最好狀態(tài)進入供能高峰季節(jié)。

案例2：分布式供能系統(tǒng)發(fā)電機維護時間調整

2019年2月，對發(fā)電機組運行情況開展分析，測量了發(fā)電機組火花塞點火電極間隙、活塞連桿伸長量，對單次維保周期的潤滑油進行了油品分析，并基于一系列的采集成果，對發(fā)電機組的運行狀態(tài)進行評估。根據(jù)發(fā)電機組火花塞出現(xiàn)的失火現(xiàn)象，進行了跟蹤測量和間隙調整，最后確定該型號火花塞無法滿足在750h維保周期內的狀態(tài)達標；在500h左右，火花塞間隙會過大導致機器狀態(tài)下滑，應將原有火花塞品牌進行更換或者縮短維保時間。由于縮短維保時間會導致維保成本上升，在廠家提供的供應商名單中另選一家火花塞品牌，經(jīng)單機試運行工況的跟蹤測量，得出此品牌火花塞性價比更高，可滿足750h的正常維保周期，并將此型火花塞進行推廣使用。

基于對一系列基礎數(shù)據(jù)及維護檢查記錄進行分析，對每臺發(fā)電機的運行狀態(tài)有了具體的了解。與設備廠家溝通研究后，將12 000h的大修維保周期提升至15 000h，進一步節(jié)省了運行維護成本。

本案例凸顯了維保計劃和發(fā)電機日常維護運行數(shù)據(jù)的重要性。根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行分析，在嚴格按照設備廠商提供的維保手冊基礎上，研究制訂有效的維保方案，延長了發(fā)電機組的使用時間，降低了運行維護的成本。

7 保障作業(yè)安全

1)安全風險分析

在進行維保前需進行安全風險分析，針對安全風險，作業(yè)前安全措施到位，并做好應急預案，防患于未然。

2)人員培訓并持證上崗

強化作業(yè)人員的安全培訓和技能培訓，熟悉機組運行維保操作手冊和維修作業(yè)規(guī)程，熟悉維修作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。作業(yè)人員獲得相關授權并持證上崗。

3)個人防護措施到位

作業(yè)人員進入作業(yè)場嚴格執(zhí)行安全防護措施，如穿戴工作服、安全帽等，所有作業(yè)人員都應熟悉現(xiàn)場逃生路線。

4)嚴格遵守安全規(guī)程作業(yè)

日常運行維護中，必須嚴格遵守相關安全生產(chǎn)規(guī)章制度。將運行與維保的安全放在第一位。維保和運行人員必須遵守公司安全生產(chǎn)部門編制的相關安全生產(chǎn)條例，爭取做到安全生產(chǎn)零事故。

8 經(jīng)驗總結

1）分布式供能系統(tǒng)需結合用戶的用能特點、供能配置等制定運行策略。年初需做好運行、維保計劃，并參照計劃做好全年維保費用預算。應盡量將能源站內制冷機組、鍋爐和分布式發(fā)電機組的大修維保安排在供能壓力較小的春季和秋季。

2）注重發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)的分析，研究用戶的用能規(guī)律，有針對性地制定維護檢修策略。

3）基于對機組運行狀態(tài)規(guī)律研究和大數(shù)據(jù)分析，可探索適當延長維保周期及實施狀態(tài)維修的可行性。