北京某购物中心项目热电冷联产 能源岛技术解决方案Word下载.docx

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所以建设能源中心将可以一揽子解决该工程的所有能源需求，并有效降低工程中能源系统建设的综合投入，真正实现即节能又省钱。

此外，购物中心的能源使用结构比较简单，电力、采暖、制冷、新风系统基本同步，需求相对比较匹配，系统的调节因素不复杂，自主保障困难不大。

因此，我们建议采用：

能源岛设计方案，即自己解决全部能源供应，除天然气和水利管网外不与外部能源设施联系，自给自足。

由于本项目工程浩大，可以采用多机组方案，且可以使用天然气/柴油双燃料的燃气轮机技术，所以完全可以实现能源供应的自保和安全。

在北京发展分布式能源项目中，最大阻力是电力部门，因此采用能源岛技术解决方案可以不依靠电力系统，不用与电力公司周旋，自己掌握主动。

三、工程设想：

利用现有天然气中压管道气源条件，首先购置3台1000kW级燃气内燃机发电机组，解决工程建设的电力供应，并负担建设期临时建筑物的采暖供应。

在主体工程东南角地下室建设一热电冷能源综合供应中心，主设备采用两台调节灵活，运行可靠的5500千瓦等级燃气轮机发电机组，并利用其余热驱动两台28吨级补燃/余热锅炉，冬季利用余热产生24吨蒸汽支持供热系统运行；

夏季将系统总量最大补燃到52吨蒸汽以支持制冷运行；

过度期提供20吨蒸汽以支持热水和除湿系统的运行。

采用8公斤180℃过热蒸汽，在主体工程外建设一条热力环网蒸汽管线，输送蒸汽支撑4个角中的东北、西北和西南三个热力--制冷站。

每站安装1台2500冷吨蒸汽溴化锂制冷机组，4000kW板式（汽-水）换热器，以及蒸汽除湿机组和一个用于供应卫生热水的蓄热式（水-，水）换热器。

而能源中心自身除1台2500冷吨蒸汽溴化锂制冷机组，4000kW板式（汽-水）换热器和一个卫生热水（水-水）蓄热式换热器外，除湿将利用锅炉排出的150℃烟气，同时还要回收内燃机的余热参加系统运行。

在冬季，由于燃气轮机热电系统主要在9-22点使用，23-8点需要采用蓄热技术解决采暖保温问题，所以必须建设一些蓄热水池，将白天用不完的热量储存起来，在夜间使用。

电力系统采用6600V电压输出，支持系统内6kV环网，利用燃气轮机的灵活调节性能，直接支持购物中心总用电系统的安全运行，两套5.5MW燃气轮机作为系统基本负荷和细部电力调节系统。

3台1MW燃气内燃机担任梯级调节和燃气轮机停机后的系统电力供应，以保障酒店式公寓和购物中心内外区域的基本照明需求。

一台燃气轮机采用双燃料保障系统，在天然气供应中断供气时作为应急电源使用。

四、项目条件：

1、北京地区基本环境条件：

海拔高度：

48M，平均温度14℃，相对湿度60%。

由于购物中心

主要利用时间为上午9点至晚上10点，所以本方案主要参考日间平均温度。

北京季节平均温度趋势图

2、天然气：

低热值（LHV）8400kCal/M3，价格1.4元/M3

陕甘宁天然气成分

项目组成单位数值

甲烷CH4%95.9494

乙烷C2H6%0.9075

丙烷C3H8%0.1367

硫化氢H2S%0.0002

二氧化碳CO2%3

水H2O%0.0062

高位热值HHVMJ/Nm339.0051 

kCal/Nm39316.21

低位热值LHVMJ/Nm335.1597

kCal/Nm38397.75

密度Kg/Nm30.7616

比重0.589

动力粘度U×

10-40.1056

运行粘度V×

10-40.1385

爆炸上限%5.1

爆炸下限%15.36

3、北京经济技术开发区实行两部制电价为：

北京经济技术开发区已经实行两部制电价，容量电价为30元/月；

电量电价为：

高峰0.4703元/kWh，平峰0.3643元/kWh，低谷0.2733元/kh。

北京经济技术开发区电价

用户类别两部制电价单一制电价

容量电价元/月/千伏安

电量电价（元/千瓦时）高峰平段低谷 

电量电

价元/千瓦时

工业用电电价

其中：

100KW及以上300.4310.3350.252

100KW及以下200.7250.4880.272

商业用电电价300.4690.3630.2720.8

其他用电电价280.495.3760.2720.7

居民生活用电电价0.44

燃气轮机应用电价

时段容量电价电价利用时间

单位元/kW/月元/kWhhrs

高峰平峰平均300.47037

0.36437

0.417314

应用电价0.4856

#1号内燃机应用电价

高峰平峰低谷平均30

0.47038

0.36438

0.27338

0.369324

应用电价0.4104

#2#3号内燃机应用电价

高峰平峰平均30

0.47036

0.36433

0.43509

应用电价0.5446

4、热价：

北京市规定采暖锅炉的天然气价格为1.8元/M3，按照锅炉实际供热效率85%计算，热价为0.2168元/kWh。

5、冷价：

北京市为鼓励夏季利用天然气，对制冷用气实现优惠气价，价格为1.7元/M3，按照有效制冷COP1计算，冷价为0.174元/kWh。

6、设备利用时间：

购物中心每日8∶30至22∶30营业，年利用时间5270小时。

燃气轮机系统利用时间季节天数日运行小时季运行时间

供暖季151142114

供冷季174142436

过渡季4014720

总和3655270

燃气内燃机其中1台终年运行，另2台每日调峰运行，每日平均运行9小时，也为14小时，年利用5270小时。

五、主要设备：

1、燃气轮机：

燃机前置循环（也称：

单循环）热电联产是一种技术先进、高效率、低污染的清洁燃烧热电生产工艺，它先通过燃气轮机的压缩机将空气压缩十几倍注入燃烧室与燃料混烧，温度超过1，000℃，使压缩空气热膨胀推动叶片带动燃气轮机发电进行首次能源利用；

功后热烟气温度一般还有500℃，将其排入余热锅炉转换蒸汽，加以利用。

本项目建议采用2台美国索拉公司金牛座（TAURUS）60燃气轮机发电机组。

系统示意图由于工艺决定，燃气轮机热电联产具有许多优势。

首先是维护率低：

燃气轮机是一种连续运行的发电技术，不同于内燃机需要不断点火和更换机油，基本不需要太大的维护工作量。

由于维护率低，设备可利用率非常高，天然气为燃料的内燃机组平均可利用时间小于7000小时，而燃气轮机平均超过8000小时。

索拉燃气轮机的大修周期为30000小时，检修时可以预先租用一台机组，一般在48小时内可以完成更换，如果需求稳定，年设备利用小时能够达到8500小时以上。

由此进一步带来的效益是发电运行成本低，燃气内燃机的运行成本为0.1-0.13元/kWh，燃气轮机为0.03-0.055元/kWh。

索拉公司是位于美国加州圣地亚哥市的专业燃气轮机制造厂家，属于世界500强企业卡特彼勒公司的子公司。

该公司生产的小型燃气轮机在世界同类产品市场上的占有率超过70%，截止到去年，已经生产从700～15000kW各类燃气轮机超过11566台，累计运行时间11.08亿小时。

索拉业绩

ExperiencebyPackageUnitsSoldEst.Hours（000'

s）

CompressorSets3.325475.390

MechanicalDrives2.254287.730

GeneratorSets5.169299.000

PackagerAssociates81845.930

Total11,5661,108,050

索拉公司在中国已经销售了98套机组，主要在油田和海上平台，以及大量热电联产项目上，是中国使用最多的小型燃气轮机。

该公司已经在天津港保税区建立的备品备件仓库，备有各种型号机组的大量备件、部件、易损消耗件和备用机组。

在北京还有多名售后服务和技术支援专家，能够提供及时而又廉价的现场技术服务。

金牛座（Taurus）60技术参数（ISO工况）：

发电出力：

5500kW

发电热耗：

11840JG/kWh

发电效率：

30.4%

烟气流量：

23240kg/hr

排烟温度：

510℃

燃气进气压力：

17.24Bar

机组长度：

8800mm

机组宽度：

2500mm

机组高度：

2600mm

机组重量：

29478kg

2、余热锅炉：

是用于回收燃气轮机余热烟气，将其转换为工业蒸汽的主要设备。

余热锅炉可以采用国内一些专业厂家的产品，主要厂家有：

（1）杭州锅炉厂：

该厂是国内专门从事余热锅炉制造的厂家，是国内燃气轮机电厂余热锅炉的主要生产厂家。

但该厂比较偏重于较大的余热锅炉；

（2）舰船工业总公司703所：

该所是我国舰船动力的主要设计机构，专门设计制造船用和陆用动力设备的作热回收锅炉，也曾为国内许多燃气轮机电厂配套锅炉；

（3）机械工业部成套所：

不仅在国内设计和组织制造了大量燃气轮机和燃气内燃机余热锅炉，还在国外援建项目中大量供应余热锅炉。

若从用金牛座60机组，应采用2套燃气轮机各拖带1台补燃余热锅炉，这样系统比较安全可靠。

余热锅炉生产的蒸汽可以采用8kg180℃低压供热方式为标准，直接用于供应工业蒸汽。

采用低压蒸汽供热系统，综合控制系统和化学水系统等都比较简单，工程造价低廉，同时也更加节能。

采用蒸汽系统的另一好处是，在夏季气温比较高时，可以使用溴化锂吸收式制冷机组给燃气轮机进气进行预冷，降低空气温度能达到增加发电机组出力和提高发电效率的效果。

建议采用2台补燃锅炉的温度应达到925℃的余热锅炉，每台锅炉每小时可以产生27吨8Bar180℃蒸汽，总供54吨蒸汽，最大制冷能量为12555.26冷吨，折合44194.5kW，超过预计需求16.4%。

如果考虑内燃机可利用的热量制冷，将达到48166.5kW，超过预计需求的26.87%，为设计指标的98.4%。

3、制冷机组：

利用蒸汽的溴化锂吸收式制冷机组，建议采用2500冷吨超大型机组，使用大型机组占地省，维护成本低，单位投资也比较低。

2500冷吨冷水机组技术参数：

制冷能力：

2500USRT8793kW

冷水出口温度：

7℃

冷水进口温度：

13℃

冷水流量：

1260t/h

冷却水流量：

2267t/h

冷却水进口温度：

30℃

冷却水出口温度：

36℃

蒸汽耗量：

10750kg/h

蒸汽温度：

170℃

蒸汽压力：

8Bar

蒸汽单位耗量：

4.3kg/USRT

蒸汽凝水回水温度：

90℃

耗电量：

66kWh

9499mm

3594mm

4700mm

4、燃气内燃机：

使用天然气为燃料的内燃机，推荐使用美国卡特彼勒3516LE型1011kW发电机组或奥地利颜巴赫JMS320GS-N.L型973kW发电机组。

卡特机组35该系列机组性能稳定，坚固可靠，在全世界和中国都大量使用。

颜巴赫是专门制造燃气内燃机的公司，具有发电效率高，系统集成化高等优势。

颜巴赫JMS320GS-N.L型机组数据：

发电机出力：

973kW

38%

供热出力：

1324kW

供热效率：

52%

综合效率：

90%

供热水温：

回水温度：

70

汽缸数量：

20缸

5200mm

1900mm

2300mm

11400

余热回收装置长度：

4650mm

余热回收装置宽度：

1550mm

余热回收装置高度：

3560mm

5、除湿机组：

（暂空）

六、需求分析：

1、建筑面积与用途特征：

本项目总建筑面积37.3万平方米，其中需要采暖制冷的建筑面积为25.883万平方米，69.4%，除4万平方米酒店式公寓外，基本都是对电力、空调需求极大的商业性建筑物，包括净高极大的电影院等设施。

该建筑属于对能源需求较大的建筑，建议业主注意建筑的节能性。

建筑面积与用途

名称面积m2冷热负荷要求备注

北京某购物中心项目

购物中心地下二层48，475元

地下一层99，715部分有空调、采暖面积40020m2

首层65，320有

二层55，630有

三层57，820有

酒店式公寓

地下二层3，000无

地下一层3，000无

1-14层40，040有468套公寓

总计373，000

其中需空调、采暖面积（商业区）258，830

其中不需空调、采暖面积114，170

2、建筑能源设计指标：

根据恩耐特公司方案，建筑设计指标如下：

项目建筑设计指标

项目单位需空调、采暖区域其它区域

商业区酒店式公寓车库、库房等合计

建筑面积m221879040040114170373000

空调供冷概算指标w/m2210750

冷综合需求kW45，945.903，003.0048，948.90

采暖供热概算指标w/m275700

热综合需求kW16，409.252，802.8019，212.05

电负荷指标w/m21208020

电综合需求kW26，254.803，203.202，283.4031，741.40

3、建议应用指标：

根据设计规范设定的用能指标往往大大超过实际需求，原因主要的根据特定环境下的极端温度条件下，且不考虑节能因素。

根据中国建筑科学研究院暖通空调所李先瑞研究员的研究，制冷需求在商场项目中，未采用节能空调系统时，为209-244w/M2；

若商场采用了节能空调系统，为175-198w/M2。

商场的照明主要是照明，如果不使用节能灯具，每平方米照度达80-110w，不仅耗电，还产生大量热能需要增加空调负荷的浪费。

而利用节能达到同样照度，仅需要22w/M2，而且减少空调的能耗。

如果本项目注意采用自然通风和将制冷与除湿分离，将可以大大降低用能指标。

建议采用的节能指标

空调供冷概算指标w/m2120400

冷综合需求kW26，254.801，601.6027，856.40

新风除湿指标w/m260300

除湿综合需求kW13，127.401，201.2014，328.60

空调综合指标w/m2180700

空调系统综合需求kW39，382.202，802.8042，185.00

采暖供热概算指标w/m265500

热综合需求kW14，221.352，002.0016，223.35

电负荷指标w/m2603510

电综合需求kW13，127.401，401.401，141.7015，670.50

4、同步系数：

存在两层问题：

（1）电力、热力、制冷之间的同步问题；

（2）用户同时使用能源的同步问题。

任何建筑的电力、热力和制冷，都不可能同时达到最大需求，因此存在一个“同步系数”问题。

例如制冷，夏季下午是日照最强的时间，制冷需求最高，但购物中心中的人流不是最大峰值，如果能够自然采光，电力需求比较低；

而人流最大峰值出现在下班以后的7点钟左右，这时日照因素基本没有了，制冷已经不是峰值，但电力进入峰值时段，除湿系统也已经达到最大值。

另外，对于采暖，人流大对于热的需求低，人流小反而对于热的需求大。

这些因素需要系统有比较大的调节灵活性，才能有效保证需求的变化。

购物中心是一种店铺林立的商业形式，是由一家一家独立的商业店铺分别租用或购买其中的面积经营。

每个用户经营商品和营业性质不同于对电力、热力和制冷的使用方式也有所不同。

例如：

商品销售、餐饮、娱乐项目和购物中心内公共设施的人流高峰时间不同，能源需求的高峰也不相同，这其中存在相当大的互补性。

实际上，国外大型购物中心中，总有相当一部分面积处于改造、装修、维护和停业之中。

所以，同步系数也是必须考虑的一个问题。

综合同步系数与预计实际需求

项目单位电力热力制冷

需求容量kW15，670.5016，223.3542，185.00

综合同步系数%90%95%90%

预计实际需求kW14，103.4515，412.1837，966.50

七、容量确定：

对于分布式能源的技术解决方案，容量的可增减性--柔性因素非常关键，由于用户的用能方式在建设初期难以确定，特别对于热电冷都要自己解决的能源岛方案。

为防止投资的浪费，应该采用比较谨慎的选择，“从小到大”，选择比较低的指标来确定机组，但要留出扩建的余地和设备空间。

如果由燃气轮机承担系统全部供热和制冷，将采用冬季直接供热，夏季余热锅炉补燃运行，预计夏季最炎热的6、7、8三个月，锅炉补燃温度将达到88℃以上。

由于没有SolarT605500kW机组的计算软件，本方案按照5200kW机组测算。

环境温度影响与容量匹配关系

月份月123456789101112平均值

平均温度℃1411212731313026209317.83

单机出力kW5550544651934826460844604460449846544863526654814911

双机出力kW111001089210386965292168920892089969290972610532109629883

单机热量kg/h12045120011186511613215632322123221228002165211640119081201616295

双机热量kg/h24090240022373023226431264644246442456004330423280238162403232591

锅炉温度℃484485488.4493750814814800750492.4487.4485612

单机燃耗GJ64.9364.1262.1859.3579.45782.05482.05481.40379.87859.6362.7464.3970.18

双机燃耗GJ129.86128.24124.36118.7158.914164.108164.108162.806159.756119.26126.48128.78140.36

容量与需求指标关系

项目单位电热冷

使用面积m2373，000258，830258，830

设计需求量kW31，741.4019，212.0548，948.90

平均指标w/m285.1074.23189.12

节能需求量kW15，670.5016，223.3542，185.00

平均指标w/m242.0162.68162.98

预计实际需求量kW14，103.4515，412.1837，966.50

平均指标w/m237.8159.55146.69