办公大楼项目天然气冷热电三联供分布式能源站项目建议书

办公大楼项目天然气冷热电三联供分布式能源站项1总论 1 1 2 3 4 5 6 8 3.2装机规模原则 3.3.2溴化锂冷(温)水机 办公大楼天然气冷热电三联供分布式能源站项目建议书1总论1.1项目介绍天然气冷热电三联供式分布式能源站，是相对于传统的集中式供电方式而言的。它是指：根据开发或建设项目的用途功能，规模大小，以天燃气为动能，独立建设的集发供电，供热气和热水的能源开发项目。具有能源利用效率高，环境影晌影响小，能源供应可靠性高，经济效益好等特点，是未来世界能源技术的重要发展方向。其基本原理是“温度对口、梯级利用”。首先，洁净的天然气在燃气发电设备内燃烧产生高温高压的气体用于发电做功，产出高品位的电能；然后发电做功后的中温段气体通过余热回收装置回收利用，用于供蒸汽、供冷/热水；最后低温段的烟气或其它形式余热可以通过再次换热提供生活热水后排放。天然气冷热电三联系统通过对天然气这种优质高品味能源的充分梯级利用，可同时为一个片区或独幢建筑提供电力、蒸汽、空调用冷/热水，解决区域能源需求，并将综合能源利用率从常规的传统发电系统余热锅炉中品质余热低品质余热各类换热器余热锅炉中品质余热低品质余热各类换热器电力天然气电力天然气燃气透平发电机高品质余热蒸汽蒸汽空调冷/热水卫生热水环境友好排放的40%左右提高到80%左右。系统流程图如上所示，图1-1典型天然气冷热电三联供系统分布式能源纳入战略性新兴产业，大力支持。近期国家能源局发布《2016年能源工作指导意见》,意见明确支持积极发展分布式能源，并放开用户侧分布式电源建设，同时促进将天然气消费比重提高到6.3%左右，力求以发展质量和效益为中心，以推进供给侧结构性改革为主线，办公大楼位于XXX市经济技术开发区XXXX号地块，总建设用地面积：14642.22m²,总建筑面积：11190.79m²。其中大楼总建筑面积：7665m²。一层为XXX中心；二~三层为图1-2大楼完成情况 办公大楼天然气冷热电三联供分布式能源站项目建议书受XXX意向性设计委托，在X年X月X日收到贵公司提供的部分XXX完成的相关专业施工图文件等资料后，会同相关专业工程师对其各项数据及设计进行整理分析，于X年X月X日提交项目设想装机方案及初步经济性分析，并在后期就该系统方案、设备选型、项目概算以及投资回报周期预测等数据对XXX相关工作人员进行了及时的阐述与答疑。施工现场进行实地踏勘，并与XXX进行的意见交换，在充分了解业主方的对本项目的期望以及各项需求后，本着“专业服务、及时响应”的咨询设计态度，对本项目方案进行了相应调整以及优化，最终完成本报告，现将该系统流程概念展示如下：图1-3大楼天然气冷热电三联供系统流程概念图1-3大楼天然气冷热电三联供系统流程概念天然气 低温烟气外供电力调度中心大楼市政供气高温烟气高温热水本系统由原动机-天然气内燃发电机、余热利用设备-烟气热水补燃型溴化锂机组两大核心供能设备构成。设计理念是针对大楼用能类型,负荷大小及特征进行科学合理的设备类型配置，尽量减少能源转换环节带来的损失，从而提高能源转换效率，降低项目总投资、增强项目经济性。本报告以下章节部分将对该系统的构成及设计依据进行进一步阐述)表2-1大楼电负荷统计序号数据序号数据潜污泵及风机公共普通照明生活水泵光彩照明消防水泵6~9层照明消防电梯1~5层照明设备房1~9层空调内机弱电机房7～9层空调外机消防控制室4~6层空调外机公共应急照明1~3层空调外机大楼低压配电系统分为A、B、C共计3段，其中：(01)A段母线包括第01项~第12项电源回路及4处备用回路，该段电源由XXX变电(02)B段母线包括第13项~第16项电源回路及2处备用回路，该段电源由XXX变电(03)C段为第01项~第09项电源回路、相关重要电负荷及1处备用回路的备用电源，4/29办公大楼天然气冷热电三联供分布式能源站项目建议书基于工作日早上8点至下午5点时间段内，对上列电负荷统计表格分析：①表2-1中第01项~第09项各电负荷共计240kW,但由于耗电设备种类多样，且运行情况较为复杂，电负荷同时率按照0.1~0.3取值，预测此类基础电负荷约24kW~72kW。②表2-1中大楼第10项~第13项“1F~9F照明(含插座)及1~9层空调内机”电负荷共计270kW。该类型电负荷特征预测与办公楼工作时间一致，为工作日上午8点开始并逐渐增大、于下午5点后逐渐减小。电负荷同时率按照最大0.8取值，约244.8kW。③若采用天然气冷热电三联供系统对大楼供能，表2-1中第14项~第16项“各层空语外机”电负荷将取消。综上所述，基于工作日早上8点至下午5点时间段为预测范围，初步计算得知中心楼基础电负荷应为268.8kW~316.8kW。XXX地处四川省东部，属于亚热带湿润季风气候区，四季分明，灾害天气多，属伏旱重灾区，年平均气温15.8-17.7℃,年平均降水量1000-1500毫米，全年无霜期310-324天，具有冬温夏热、冬春雨少、夏雨集中、秋雨连绵和风力小等特点。由于暂缺乏广安市详细气象资料，本方案采用中国西部典型其它城市全年气温分布图，以及XXX市XXX气象台站数据进行项目空调冷热负荷分析预测。(01)中国西部典型城市全年气温分布图干球温度(℃)干球温度(℃)各天干球温度统计各天干球温度统计0——日平均温度(℃)——日最高温度(℃)——日最低温度(℃)No.项目名称计算参数当地海拔高度冬季室外平均风速及风向0.8m/s(NNE夏季室外平均风速及风向冬季采暖室外计算干球温度冬季通风室外计算干球温度冬季空调室外计算干球温度冬季空调室外计算相对湿度夏季空调室外计算干球温度极端最高气温41.2℃极端最低气温-3.4℃2.2.1空调负荷统计表2-2大楼空调冷/热负荷统计序号空调计算负荷计算结果1层空调计算冷负荷空调计算热负荷空调计算冷负荷空调计算热负荷9层空调计算冷负荷空调计算热负荷大楼空调设计总冷负荷1007.6kW,总热负荷309.4kW,总冷指标177kW/m2,总热指办公大楼天然气冷热电三联供分布式能源站项目建议书(01)经我院根据大楼建筑、暖通设计图纸进行核算后，认为前期空调设计总冷负荷可能在计算过程中考虑了部分富余量，结果偏大。且本方案为天然气冷热电三联供系统，不同于原设计的分层设置风冷热泵多联机空调系统,本方案中余热利用空调部分的设备选型配置应根据中央空调类型中的水系统特点进行指导设计。(02)本着客观、节能的设计理念，此阶段依照面积指标法，按照办公楼空调冷负荷指标110/m²,空调热指标65W/m²,建筑面积7665m²初步估算，大楼夏季空调总冷负荷约843kW,冬季空调总热负荷495kW。(02)根据以上论述及参考资料，以及结合典型办公楼空调设备运行经验，预测中心大楼空调特征如下：空调负荷百分比BA空调日时刻图2-2大楼夏季典型日空调负荷变化曲线图查看上图中负荷波动曲线范围内阴影区A与阴影区B的面积大致相等，故可判断典型日中心大楼平均空调冷负荷率可按75%计算。而冬季供暖情况下，空调热负荷曲线变化趋势更为平缓，理论上来看，平均空调热负荷率应大于75%,但根据广安市入冬较为缓慢，气候温暖的特点，为了消除冬季过渡季节供暖期的低负荷情况造成的统计偏差，我院认为冬季平均空调热负荷率予以适当降低，按照取75%统计也是合理的。①供冷期为每年6月、7月、8月，每天上午8点开启，下午5点停止，全天运行10小时。典型供冷日平均负荷率约75%。②供暖期为每年11月、12月、1月，每天上午8点开启，下午5点停止，全天运行10系统运行天数约190天，其中供冷天数约110天，供暖天数约80天。通过整理查看XXX完成的施工图设计资料，以及XXX的意见，在项目该阶段，暂按照大但为了提高三联供系统整体能源综合利用效率,提升公司员工以及客户在大楼的体验舒适3工程设想建于场地北侧，位于库房后，紧邻XXX变压站。相对位置示意图如下所示(具体位置根据下一步正式设计阶段公司以及政府相关部门批复意见而确定):图3-1能源站拟建位置示意图图3-2能源站拟建位置现场图片根据现场踏勘，拟建场地条件较好，距离大楼约100m,预测建设输送冷热水管道、电缆长度约130m,满足供能半径范围要求。3.3.1燃气发电机组参数类型微型燃气轮机发电机组小型燃气轮机发电机组燃气内燃机发电机组发电容量30kW~1000kW610kW~19100kW5kW~18320kW发电效率29%～48%可利用余热形式中温烟气高温烟气高温烟气+热水烟气温度240℃~309℃369℃~555℃356℃~618℃高温缸套冷却水温度//70℃~84℃/85℃~98℃燃气进气压力噪音70dB(A)~130dB(A)NOx排放国内外代表性生产厂家Capstone,TurbecFlexenergyRolls-RoyceMITSUBISHICaterpillar,JenbacherMITSUBISHI,MAN,MTU,玉柴，潍柴办公大楼天然气冷热电三联供分布式能源站项目建议书由于微型燃气轮机发电机组发电效率偏低，发电效率变化窄，不利于本项目冷(热)电负荷波动随单日/季节变化范围大的需求，虽可通过安装多台机组，以调节启停运行模块数的组合控制方案，应对冷(热)电负荷环境变化，但由于单位千瓦时造价高，约16000元/kWh~24000元/kWh。并目本项目预测三联供系统运行时间较短，若采用该种发电机组类型，无疑会大大降低项目经济性要求。该机型目前仅适用于军事及其它特种车辆,地质勘探野外作业、微小型船舶，有富余沼气农业场所，天然气输送管线沿途站房，运输条件差或安装空间有限的建筑。所以在本方案中，不将微型燃气轮机发电机组纳入对比范围之内。(02)燃气轮机发电机组与燃气内燃机发电机组在本项目的适应性比较本项目就燃气轮机发电机组与燃气内燃机发电机组进行对比，下图是两种机型在不同负荷率情况下的机组热效率和发电效率的变化特性。112×34负荷率递增效率递增1-燃气轮机发电机组热效率2-燃气内燃机发电机组热效率3-燃气内燃机发电机组发电效率4-燃气轮机发电机组发电效率图3-3不同负荷率下发电效率和机组热效率的比较由上图可知，就发电效率而言，燃气轮机发电机组虽然相对燃气内燃机发电机组较低，但是该类型机组热效率明显较高，且在负荷率变化的情况下，波动较小且能稳定维持在较高效率值范围，故该类型机组适合在食品加工、制药、纺织、烟草等对蒸汽需求量大的工业企业，或城市工业园区集中供热，城市集中供冷暖、大型商业建筑类项目。而就热效率而言,燃气内燃机发电机组较燃气轮机发电机组较低,但是随着负荷率的降低，然气冷热电三联供技术中实现商业化，目前国内市场上主流的供应商有：①美国卡特彼勒Caterpillar,②美国通用颜巴赫GE-Jenbacher,③美国通用瓦克夏GE-Waukesha,④美国康明斯Cummins,⑤德国曼MAN,⑥德国戴姆勒奔驰MTU,⑦日本三菱MITSUBISHI,⑧3.3.2溴化锂冷(温)水机本项目余热利用系统所涉及的溴化锂机组，属于热力制冷主机类型，于上世纪40年代在美国研制成功，并先后迅速发展出了单效型，双效型，直燃性，太阳能型机组。上世纪60年我国的溴化锂机组起步于上世纪60年代，主要应用与蒸汽、热水余热量较大的纺织厂，目前我国市场上溴化锂冷(温)水机组的主流生产厂家有：美国开利，日本药原，长沙远购价格基本遵循“国内：进口=1:1.3“比例。冷热电三联供系统中的流程环节及运行特点后综合考虑，我方推荐本项目：3.4设计方案(01)系统方案简述能源站供能系统采用1台357kW合资品牌燃气内燃发电机组作为动力装置,并选配1台额定工况下容量为850kW国产品牌烟气热水补燃型溴化锂机组，同时还配有1台空调用冷却塔，1台内燃发电机应急散热用冷却塔，多台输配系统用水泵以及工艺用其它辅助设备、如补办公大楼天然气冷热电三联供分布式能源站项目建议书利用，当空调回水温度升高至设定值后溴化锂机组开启补燃模式，最终制得7℃空调冷水通过冷(温)水泵供至大楼。冬季供热工况时，系统通过切换阀门转换流程，空调55℃回水先经过内燃机高温缸套冷却水进行一次换热升高温度至57℃,然后内燃机高温烟气进入溴化锂机组进行制热模式，将57℃的空调回水继续加热至60℃后，通过冷(温)水泵供至大楼。 空气过滤器燃发电机组 图3-4大楼天然气冷热电三联供系统流程图相应冷冻/却水泵，冷却塔及能源站建筑面积，且设备耗电量相对于发电机装机容量而言较大，利用率极低，从而增加系统总造价而导致经济性下(02)主要设备选理数据发电机持续输出功率燃气消耗(9.425KW/m3)发电机输出热529KW(可回收)+42KW(辐射热烟气回收余热(120℃)发动机缸套水余热缸套水进出水温度滑油冷却器余热包含在缸套水余热内发电机总回收余热发电效率回收余热效率总能源效率机组外型尺寸4500mm×1750mm×2150mm机组运行荷载②烟气热水补燃型溴化锂吸收式机组(1台)数值数值额定制冷量额定制热量冷(热)水流量冷却水流量冷水温度热水温度冷却水温度配电功率压力损失烟气接口高温水接口燃气接口燃料耗量(补燃)燃料耗量(完全)机组外型(长)机组外型(宽)机组外型(长)机组荷载(运行)③空调用冷却塔(1台)机组型号开式冷却塔数量1台流量250m3/h④应急散热冷却塔(1台)机组型号闭式冷却塔数量1台换热能力(KW)序号设备名称型号数量备注冷却水泵Q=250m3/h,H=252台一用一备冷冻水泵Q=180m3/h,H=2C2台一用一备应急散热水泵Q=45m3/h,H=302台一用一备补水定压装置O=20m3/h,H=201台/自动水处理器WC-NDY型1台/(03)主要设备布置能源站主要设备布置如下图所示： 办公大楼天然气冷热电三联供分布式能源站项目建议书本项目电气主接线采用发电机母线段接线方式。发电机母线电源直接入大楼低压配电柜。能源站内所有配套设备由发电机母线段供电，电气系统如下示意图所示：重专非开关月发电状题重专非开关月在并非地电游输入开类重电栽期图3-6发电机与电网并网示意图发电机组所发电力由发电机母线段通过专线由系统自带并网柜以并网不上网的方式接至大楼低压配电柜，与市政电网组成并联关系。发出的电力全部用于大楼内部消耗，不足的电力由电网补充。市电正常供应时，经过预润滑阶段，内燃机点火启动，但不带负载；直到同步装置检测到内燃机所发电力与市电的频率、相位一致时，并网开关合闸，根据用户负载调整燃气内燃机发电机组发电量至最佳水平。同时可对内燃机发电功率进行预设定。在市电出现欠压欠频或失电情况下，并网开关断开，机组停机。通过人工操作负荷开关或者机组自动转为“孤岛”运行模式，单独给保护负载供电，前提要求保护负载的功率必须保证小于内燃机的输出功率。发电机组按预先设定的△N>A方式运行，运行中实时监测△N值，当△N>A时，发电机组按100%工况运行，当△N<A时，发电机组即通过控制调节系统自动降低负荷，以部分工况方式运行，直至最后自动停机，以确保机组输出的电力不向电网倒送电。式中：△N一实测的电网输入电力与实际用电负载的差值(kW)本方案选配内燃发电机组额定天然气消耗量为104.72Nm3/h。溴化锂制冷机组按系统设计供冷容量的补燃工况下，额定耗气量为15Nm3/h,机组完全直燃供冷/暖工况下，最大天然气耗气量为46Nm³/h(低位热值为33930kJ/Nm³),设备运行所需天然气压力为3.4.5能源站建筑用房能源站用房地上部分采用钢混结构形式,由于缺乏地勘资料,暂定基础形式为独立柱基础。设备室、燃气计量间等成产办公区域。其中工艺设备区域建筑面积192m2,层高7m;生产办公区域建筑面积49.5m²,层高3.5m。能源站用房总占地面积约258m²。(01)夏季供冷期(02)冬季供暖期(04)其它工况◆烟气热水补燃型溴化锂机组事故停机：系统无供大楼用空调冷(热)水能力，燃气内燃发电机由应急闭式冷却塔保证内燃发电机散热,烟气则由安装于烟道上的三通插板切换后直确定由溴化锂机组补燃模式保证100%空调热负荷(燃烧器按100%选型),或开启三联供系3.5.2风险分析根据以上对系统在其它各种工况下的供能能力以及应对措施分析，有如下结论：4数据统计及经济性初步分析根据本文第2.2节空调负荷统计及分析，结合第4.1节工艺系统的各设备选型，预测系统燃气内燃机发电机组及烟气热水补燃型溴化锂机组满负荷运行小时数约1440h。其中溴化锂机组补燃小时数约450h。表4-1主要经济技术指标表序号单位数据发电装机规模年发电量年供电量年供冷(热)量年耗气量(发电+补燃)万Nm3/a厂用电率%能源综合利用率%表4-2项目造价估算表主要设备规模型号价格(元)备注内燃发电机1台，为保证机组稳定运行并具备较高热效率，建议采用合资品牌。空调系统1台，多热源带补燃型，补燃能力按100%设计供冷量考虑，国内一线品牌。换热系统1台冷却系统2台输配系统6台工艺辅助系统多种定压、水处理等其它工艺系统辅助设备其它附件多种能存在的蓄能设备电/控设备多种各种配电、屏、台及电缆等设计及建安其它费用其它