冰蓄冷空調系統在樓宇型能源站的應用

廖文高

摘要：天然氣分布式能源系統具有清潔、高效、安全、環保的特點，近年來被大力推廣示范。樓宇型分布式能源站因其負荷波動大，需采用蓄能系統進行削峰填谷、平衡負荷。本文探討了冰蓄冷技術的工作原理及工作流程，以及冰蓄冷空調系統在樓宇型分布式能源站中的應用。以南方某樓宇型能源站為研究對象，基于冷負荷對冰蓄冷系統進行了配置、并分析了系統運行策略和經濟性。通過分析可知，冰蓄冷系統運行工況多，需要對各種工況下的運行策略進行優化控制;冰蓄冷空調系統充分利用當地分時電價，與常規空調系統相比，具有較好的經濟性。

Abstract： Natural gas distributed energy systems are clean， efficient， safe， and environmentally friendly. They have been vigorously promoted and demonstrated in recent years. Building-type distributed energy stations need to use energy storage systems to cut peaks， fill valleys， and balance loads due to their large load fluctuations. This paper discusses the working principle and working process of ice storage technology， as well as the application of ice storage air conditioning system in building-type distributed energy stations. Taking a southern building energy station as the research object， the ice storage system was configured based on the cold load， and the system operation strategy and economy were analyzed. Through analysis， it can be seen that the ice storage system has many operating conditions， and it is necessary to optimize the operation strategy under various conditions. The ice storage air conditioning system makes full use of the local time-of-use electricity price.

關鍵詞：天然氣分布式能源;冰蓄冷;經濟性分析

Key words： natural gas distributed energy;ice storage;economic analysis

中圖分類號：TU831? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0249-02

0? 引言

分布式能源是一種建在用戶端的能源供應方式，以分散式、規模小為主要特征，系統容量的確定方式主要基于資源、環境效益最大化，通過整合優化用戶能源需求及資源配置狀況，提高系統能源利用效率，是相對于集中供能的分散式供能方式[1]。按供能范圍的不同，分布式能源系統分為區域型和樓宇型。

樓宇型分布式能源站的負荷往往隨著不同時段或不同季節而波動，能源站生產負荷往往和用戶需求不能完全匹配[2-3]。為保證能源站對負荷的適應性，負荷常由基本負荷和尖峰負荷組成。為減少樓宇型分布式能源站設備初投資，提高系統經濟性，通常配備蓄能裝置，利用夜間谷電制冰或制熱，白天峰電時段將熱釋放出來，降低供能成本。冰蓄冷技術是常用的蓄能技術之一[4-5]。

1? 冰蓄冷技術在樓宇型能源站的應用

1.1 樓宇型能源站概況

以南方地區建筑功能為甲級寫字樓的某樓宇型建筑為例。其總建筑面積為12000平方米。經計算其最大冷負荷2400kW，考慮同時使用系數0.7，計算基本冷負荷為1680kW，夏季典型日空調逐時冷負荷曲線圖如圖1所示。

該能源站設計冷負荷由煙氣熱水型溴化鋰機組和冰蓄冷空調系統共同承擔。根據電力負荷選擇1臺600kW的燃氣內燃發電機組，配套1臺580kW的煙氣熱水型溴化鋰機組，1臺1458kW的雙工況電制冷機組及冰蓄冷裝置，蓄冷量7040kW（2000RT）。

1.2 冷負荷平衡

從圖1可以看出，該建筑樓宇的冷負荷主要集中在7：00～19：00之間，且波動范圍較大。能源站供冷方式多樣，有余熱供冷、電制冷機供冷及融冰供冷，根據夏季典型設計日逐時冷負荷曲線，平衡各供冷裝置的運行時段，得到冷負荷平衡圖如圖2所示。

白天7：00～12：00冷負荷主要由溴化鋰機組和雙工況電制冷機組供應，該時段為用電平段，電制冷運行成本相對較低;14：00～17：00主要由溴化鋰機組和冰蓄冷裝置融冰供應，該時段為用電高峰期，電制冷運行成本高，融冰供冷可有效降低電力消耗;23：00～6：00由冰蓄冷裝置蓄冷，利用該時段的電力谷價，降低蓄冷成本，蓄冷能力880kWh，總蓄冷量7040kW（2000RT）。

1.3 運行策略

從冷負荷平衡圖可以看出，冷負荷的平衡需要能源站在多種工況下運行，其中冰蓄冷裝置要承擔雙工況主機供冷、融冰供冷、蓄冰、雙工況主機和融冰聯合供冷等四種工況。結合該樓宇型冷負荷特點，設計冰蓄冷裝置的運行流程圖如圖3所示。

從圖3可以看出，冰蓄冷裝置在不同工況下的運行主要由V1～V4四個電動閥進行控制調節。冰蓄冷系統的運行策略與冷負荷平衡圖一一對應。冰蓄冷系統通過將供冷負荷轉移到用電省或電費低的時間段，來減少供冷費用，因此必須合理規劃各種工況以便既滿足建筑物的供冷需求又節省運行費用，需要對各種工況下運行時間做規劃，做好運行策略的優化控制。運行策略的優化控制一般根據項目的峰谷電價情況結合冷負荷做出一張運行策略表，并根據實際運行情況進行調整，以使能源站供冷成本達到最低。

1.4 經濟性分析

冰蓄冷空調系統需要增加蓄冰槽、板換、乙二醇泵、管路等設施，相比常規電制冷空調系統，其初投資相對要高。對采用冰蓄冷空調系統和常規空調系統兩種方案，以該能源站為基礎，進行配置和經濟性比較，詳見表1。

從表2可知，冰蓄冷空調系統初投資高出常規電制冷系統30萬元。但冰蓄冷系統利用夜間谷電期間進行蓄冷，白天融冰供冷，可有效減少峰時耗電，較常規電制冷系統年節約成本13.8萬元，2.2年即可收回增量初投資。由此可知，對于樓宇型能源站所在地區存在峰谷電價差時，采用冰蓄冷系統較常規電制冷系統，具有較好的經濟性。

2? 結論

本文基于南方某樓宇型分布式能源站，簡要介紹了冰蓄冷技術及其應用，并從系統配置、運行策略及經濟性等角度進行了分析。樓宇型分布式能源站負荷隨季節、晝夜的波動很大，因此，由必要配置蓄能裝置，以提高能源系統經濟性。有冰蓄冷系統供冷的能源站，其運行控制相對較復雜，需要對運行策略進行優化控制，以進一步降低運行成本。當能源站所在地區有峰谷電價差時，冰蓄冷系統較常規電制冷系統經濟性更好。

參考文獻：

[1]康英姿，華賁.區域供冷系統與燃氣分布式能源系統的結合[J].煤氣與熱力，2007，27（2）：62-66.

[2]秦淵，陳昕，王華超.冰蓄冷空調系統在樓宇型分布式能源站的應用[J].煤氣與熱力，2014，34（5）：21-24.

[3]金文，逮紅杰.制冷技術[M].北京：機械工業出版社，2009.

[4]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊（下冊）[M].二版.北京：中國建筑工業出版社，2007：2114-2175.

[5]任秀宏，楊歷，王麗娜.冰蓄冷空調系統與常規空調系統的經濟比較[J].煤氣與熱力，2006，26（10）：65-66.