北京首都国际机场扩建工程T3航站楼冷热电联供方案.

北京首都国际机场扩建工程 T3航站楼分布式能源站 燃气 蒸汽联合循环热电冷联产系统综合技术解决方案 年 月 日 1 综述 2000年由国家发展计划委员会 国家经济贸易委员会 建设部和国家环保总局联合 下发了计基础 2000 1268号 关于发展热电联产的规定 这是贯彻 中华人民共和 国节能法 第39条 国家鼓励发展 热电冷联产技术 的法律 实施可持续发展战略 落实环保基本国策和提高资源综合利用效率的重要行政规章 规定 再次申明了国家鼓励发展热电联产的政策 支持发展以天然气为燃料的燃 气蒸汽联合循环热电联产项目 特别强调了国家积极支持发展小型燃气机组组成 的热电联冷产全能量系统 2004年4月8日18时50分 北京孙河变电站至北寺变电站之间的220kVa掉闸 0 5秒 后自动恢复 由于掉闸产生电压波动 至少首都机场内部电网掉闸 造成局部断电 致使机场部分系统陷入瘫痪 直到19时18分才恢复正常 但是 断电造成机场17 个航班的延误和短暂的 秩序拥挤 尽管机场都是各地电力系统重点保证的用户 但是机场发生断电事故在我国也是 时有发生 2004年2月21日13时 由于输电线路结冰和大风 使线路短路 导致沈阳 市大面积停电 仙桃机场全场停电被迫关闭 直到22日凌晨2时才恢复供电 致使1 5个航班被取消 40个航班延误 1570名旅客耽误了行程 造成侯机大厅内 乱成一 片 实际上沈阳仙桃机场2001年2月21日5时30分 就因大雾导致电源导线和电磁 瓶结冰短路造成机场停电 尽管启动了应急电源 但导航仪器和电脑系统无法正常 运行 机场被迫关闭到9时左右 13个航班延误 2001年2月15日 武汉天河机场停 电造成管制雷达系统中断 航空管制人员无法在屏幕上找到飞机的位置 致使一些 已经起飞的航班不得不在空中盘旋 最后有至少4个航班备降在湖南长沙的黄花机 场 机场发生停电危机空中航班安全的问题不仅仅在中国存在 在世界许多国家都 是一个安全隐患 美国洛杉矶国际机场4月12日上午9时40分突然发生大面积停电 事故 尽管机场当局迅速反应 备用的发电设备在1分钟内开始工作 从而恢复了 主要供电 但是仍然导致约100个飞往洛杉矶的航班被延误 2003年北美地区 澳大利亚 英国和欧洲大陆相继发生的多次大停电事故 均说明 大电厂 大电网 超高压的传统金字塔式的供电系统存在难以解决的重大技术隐患 其抵御事故和防范恐怖袭击的能力非常薄弱 对于重要用户难以保证供电系统的 高度安全可靠性的要求 美加大停电 使北美东部各主要城市的机场 航管中心不 能正常运行 导致数以千计的航班受到影响 纽约地区除装备分布式能源的肯尼迪 机场外的另三个主要机场全部关闭 北京正在筹办2008年奥运会 首都国际机场是 世界各国友人迎来送往主要门户 担负着极其重要安全责任 2000年澳大利亚悉尼 世纪奥运会期间 曾经发生过悉尼机场停电事故 尽管很快启动了备用柴油机 但 是由于大量导航通讯系统是高精密度的微电子设备 柴油机的电流品质无法迅速 满足要求 致使机场系统10分钟后才恢复正常运行 事故直接危机到空中100多个 航班的飞行安全 2002年美国盐湖城奥运会 也曾经发生变电站造破坏的恐怖 袭击 导致一些运动场馆断电事故 目前 国际恐怖活动猖獗 通过破坏电力系统 瘫痪公共设施的方式也时有发生 我们必须引起警惕 采取必要措施确保奥运会的 安全进行 北京的电力供应主要依赖山西 内蒙和河北等地的远程输送 预计2005年外埠供电 将达到66 2008年将可能超过70 远远超越了国际公认的外埠供电不应超过1 3 的安全警戒线 况且 这些用于保证北京供电的50万超高压输电线路 每路供电达 100万千瓦 只要倒一个塔 若处理不及时 就足以对北京电网造成严重后果 这些 线路几乎并驾齐驱地跨越了同一组地震断裂带 同一个气候区域 一旦出事 对于 北京市内的任何区域或建筑 即使是多路供电 也是难以确保用电安全 根据北京电力公司提出的问题 2000年数据显示 巴黎 香港 北京的供电可靠性 分别是99 997 99 999 和99 974 对应的用户平均停电时间分别是13 7分钟 5 25分钟和136 6分钟 要想把奥运会办成 人文奥运 绿色奥运 科技奥运 北京 目前在电网安全性 供电质量可靠性等方面的差距是不小的 尤其是区外受电比例 过高 主网的稳定水平和受端电网的电压稳定问题将非常突出 目前北京电网供电 即使是三路供电也不可能超过99 99 但是按照国际通行的安全标准 一些直接 关系到人身安全的重要公共设施 例如 机场 医院 通讯设施 防务机构等需要保 证99 9999 的供电可靠性 通常的技术即便是三路供电再安装备用发电机组 也 只能达到99 999 达到6个9 只有在采用大型UPS或者分布式能源 而UPS受到使 用时间的制约 而且成本高昂 而采用分布式能源不仅更加可靠 而且使用成本低 廉 较比采用传统的能源供应方式更加高效和节约 因此 9 11 之后 特别是美加 大停电之后 世界各国更加重视分布式能源的建设和普及 所谓分布式能源 主要指安装在用户端的能源梯级利用设施 能够根据用户对电力 热力 制冷和生活热水 以及安全保障电源等不同的特定需求进行综合能源补给 目前 国际流行的观点是将分布式能源设施与电网和天然气管网整合 在信息系统 的优化控制下 不仅提高用户自身的安全性和经济性 也改善和强化电网和天然气 管网的安全性和经济性 实现综合协同优化 是多方均能受益 在首都国际机场扩建中 采用分布式能源技术 并且在电网的安全构架之下 不仅 可以提高供需双侧的安全性 而且也可以减少双方的配套投资 还能提高能效综合 利用率 减少环境污染排放 如果再能吸收电力系统来参与投资 建设 运营 还可 以增加双方的经济收益 建设热电冷联产分布式能源站系统 无论在供电安全上 还是社会经济效益上 无疑都是最佳选择 2 项目名称 国际上通常将小区域的热电冷联产系统称为 DCHP District Combine Heating Power 但是目前世界更流行的叫法是将此类项目统称为分布式能源 DE District Energy DE系统是通过一个能源中心根据用户的需求特性 采用相匹配的技术和设备组合 向周遍供应暖 冷 热水和电力 本项目主要保证T3航站楼的能源需求 同时兼 顾附近区域 的需求 根据国际和国内的惯例 以及首都机场的位置和建设规划 建议称之为 首都机场分布式能源站 以下简称 能源站 该站将包含两个主要部分 动力系统和制冷蓄冷系统 反主页 3 项目依据 根据首都机场的要求和所提供的实测与分析数据 在我们已经掌握的有关首都机 场的有限技术资料 以及各种相关设备的技术参数 通过组织有关专家进行详细的 分析整理 并进一步收集了外部数据为依据 特研究 编制了如下方案 首都国际 机场扩建工程T3航站楼 燃气 蒸汽联合循环热电冷联产系统综合技术解决方案 方案编制参考北京市电力公司提出的 在北京电网中适度发展分布式能源 在适 当的地点 以适当的容量 采用适当的方式接入电网 并能够接受电网的安全管 理和指令调度的思路和要求 建议项目的实施在电网安全的构架下展开 不论对业 主和电网都会更加有利 4 项目概况 首都国际机场是北京 以至中国对外开放的最重要的门户 是中国国内 国际航空 运输的中枢 每年担负着国内外大量旅客和货物的周转 随着中国经济的发展和国 际地位的提高 首都机场将必然成为亚洲 乃至世界的最重要的航空运输中枢之一 根据国务院的批示 首都机场扩建工程已于2004年3月28日正式启动 本期扩建工 程以满足2015年需求为设计目标 满足年旅客吞吐量6 000万人次 年货运吞吐量1 80万吨 年飞行架次50万架次的要求 扩建工程主要项目和规模如下 1 在距现有东跑道以东1525米 新建第三跑道 滑行道系统 站坪及联络道系统以及 助航灯光系统 跑道长度3800m 飞行区技术标准为F类 2 现有东跑道和第三跑道之间 新建T3航站楼以及停车楼 T3航站楼建筑面积49万 平方米 3 在新建航站楼区北侧 新建机场货运区以及中航集团相关业务配套设施 拟建设有 T3D服务区30万平方米 国航办公及其配套设施40万平方米 新华航空办公及其配 套设施23万平方米 4 在新建航站楼区南侧 新建机场宾馆以及商业服务区 具体有办公建筑17万平方米 宾馆14万平方米 商业建筑14万平方米 5 北京市配套建设直通新航站的三条高速公路和一条高速轨道交通线也将启动前期 工程 扩建工程于2004年3月28日正式启动 于2007年12月31日全部竣工 预计总建筑面 积187万平方米 见表4 1 表4 1 首都机场现有与扩建建筑面积统计 节能环保的能源系统 无论对于机场的安全与经济性 还是对于北京市的可持续发 展都具有重要的意义 5 设计原则 分布式能源是在一个相对比较狭小的环境空间内进行系统组织和优化 正确的设 计原则的确立是项目成败的关键 经对项目的认真研究 建议根据以下原则进行设 计和工程实施 1 根据国家四委部局1268号 发展热电联产的规定 文件要求 按照热电联产设计 规范实施 2 采用国家鼓励的世界上最先进的燃气 蒸汽联合循环热电 冷 联产技术 配合高效补燃技术与先进的吸收式制冷 高效电 力离心机制冷 以及冰蓄冷技术混合系统集成 并进一步考虑采用超低温供冷 2 2 和燃气轮机进气预冷 冰电池 系统 3 在优化自身系统同时 兼顾优化电力和燃气系统 系统采用油 气双燃料设计和系统黑启动设计 此外 系统将具备同时供热 供冷和供应卫生热 水的能力 并能够独立保证首都机场关键用电设施的电力供应 4 电力系统并网不售电 5 系统将积极采用节能 节水和低排放技术 6 系统设计满足建筑规范能源需求标准 增加系统弹性能力 适应各种需求特性 变化 并具备足够的冗余空间 6 设计指标 1 暖通指标 本工程的电 热 冷负荷将根据北京市规范的数据指标为极限值 以北京地区的实 际运行情况为建议值 见表6 1 同时增加系统弹性适应能力和安全保证系数 表6 1 设计与预计应用指标 2 环境指标 环境对于所采用的动力技术影响甚大 本方案将采用根据各个月份的实际温度标 准进行动态设计研究 表6 2 北京地区环境温度变化数据表 温度变化趋势图 由于没有首都机场场址位置的实际标高 所以本方案将根据北京地区平均标高48 米进行计算 相对湿度采用60 3 运行时间 机场的工作时间较长 平均日工作时间将超过普通办公建筑的平均10小时 扩建后 的首都机场将会全日开放 预计有效运行不少于18小时 而且无节假日休息 表6 3 预计设备利用时间 1 电价 4 电价 热价 冷价与天然气价格的确定 分布式能源站是以节约购入外部电力取得经济效益的 所以电价主要依据外部购 电电价 据北京非居民峰谷差电价规定 高峰为0 842元 kWh 平峰为0 509元 kWh 低谷为0 197元 kWh 已经考虑国家计划增加的0 007元 kWh 而商业用电的电价 更高 预计工作时间为 每天有8小时在高峰时段用电 8小时在平峰时段用电 2小 时低谷时段用电 设计应用电价0 6214元 kWh 见表6 4 表6 4 电价计算表 2 热价 首都机场现采用蒸汽采暖 蒸汽的成本为160元 吨 以T3航站楼的建筑面积估计 年蒸汽用量为221 693吨 表6 5 现行热费 3 冷价 由于冷价因素比较复杂 主要比较单位制冷的燃料 天然气 电 蒸汽 的成本 根 据比较 选择最低的一组数值作为三联产系统蒸汽的成本价格 表6 6 直燃机制冷燃料单位成本 表6 7 电制冷电费单位成本 表6 8 制冷蒸汽单位成本 根据上述计算 建议采用蒸汽价格为130元 吨 蒸汽标准为9公斤饱和蒸汽供应蒸 气溴化锂制冷和板式换热器 见表6 9 表6 9 建议采用的制冷 采暖 蒸汽单位成本 5热值与单价 天然气低位发热值 35159 7kJ Nm3 8397 75 kcal Nm3 陕甘宁天然气成分及特性具体成分如下 见表6 10 表6 10 燃气储份分析表 1亿立方米的大用户 天然气单价为 1 4元 Nm3 首都机场扩建之后 分布式能源 站和原用气量结合 再考虑部分建筑还需要自己解决采暖制冷问题 所以总用气量 可以达到1亿立方米 7 需求侧分析 1 电力负荷分析 根据首都机场提供的资料 机场现状如下 1 机场供电现状 首都机场现有区域的供电主要由110kV总降压站和35kV总降压站提供 110kV总降压站三路110kV电源进线分别来自孙河110kV变电站 后沙峪220kV变 电站 孙河 后沙峪的T接线 目前总变压器安装容量为3台20MVa 计划将改造为3台31 5MVa 35kV总降压站两路35kV进线分别来自天竺和李桥变电站 变压器安装容量 为2台10MVa 从110kV变电站低压侧有两路10kV联络线 接至35kV变电站的10kV母线 所带负 荷容量约为5MVa 构成机场地区两个相对独立又相互关联的供电网络 互相补充 应急 2 现有区域用电量 2001年首都机场总用电量19064万kWh 其中110kV站总用电量17117万kWh 35K V站总用电量1947万kWh 根据对现有110kV站的各时段用电统计 峰电时段用电占37 平电时段用电占36 37 谷电时段占26 27 3 负荷趋势分析 根据首都机场提供的典型日数据 绘制的机场用电负荷现状曲线图如下 表7 1 110变电站2003 7 15 负荷 表7 2 110变电站2003 8 2负荷 表7 3 110变电站2003 9 15 负荷 表7 4 110变电站2003 10 15 负荷 表7 5 110变电站2003 11 9至11 11三日负荷变化 表7 6 110变电站负荷分布 表 7 7 扩建区域用电负荷分布预测 根据以上各表分析 可以的出结论 目前机场的电力基本负荷为15MW 高峰负荷 在25MW左右 由于扩建之后的首都机场建筑面积将从现在的110万平方米增加到 297万平方米 净增加187万平方米建筑面积 面积增加1 7倍 对应电力负荷关系 预计将增加到 25 MW 基本 45MW 高峰 机场能源部门预测扩建之后的最高电力负荷为60MW 基本负荷为 11MW 见上图 如果新建建筑不采用蒸汽吸收式制冷而广泛采用电制冷 预计电 力高峰负荷增加幅度将高达65 80MW 实际上 在新建系统中将不可避免地采用一些廉价灵活的电力制冷技术 特别是冰蓄冷技术 并以此达到电力系统的综合平衡和优化 因此 建议考虑采用以下两个系统解决方案 a 能源站采用总容量30MW的联合循环系统 并保证有25 30MW的电力可以在夏季用电高峰时段输出 接入110kVa变电站外侧 与市网系统 连接 项目简称 T130方案 b 能源站采用总容量20MW的联合循环系统 并保证有16 20MW的电力可以在夏季用电高峰时段输出 接入110kVa变电站内侧 与机场内部 系统连接 项目简称 T70方案 2 冷负荷分析 首都机场提供的资料中 对T3航站楼的供冷负荷分析采用了2号航站楼的实际调研 分析为基础 根据2号航站楼的供冷数据来自集中制冷站的运行记录 最大空调负荷32 6MW 合计125W m2 冷源总用能量为15 1 104GJ 折合到建筑 面积为0 583GJ m2 2 航站楼空调负荷特征如下图 表7 8 2号航站楼实际冷负荷曲线 表7 9 2 号航站楼实际冷负荷延时曲线 首都机场能源部门认为 T3航站楼承担着繁重的国际航班业务 其运行方式将有 别于目前T2航站楼 最终的负荷预计应当根据更为详细的模拟分析结果确定 他 们预计T3航站楼的供冷负荷为 最大负荷60MW 合计125W m2 冷源总用能量为2 7 9 104GJ 折合到建筑面积为0 583GJ m2 表7 10 T3航站楼预计冷负荷分布预测 根据首都机场能源部门的分析和2号航站楼的实际运行数据分析 能源站应采纳上 述指标 同时建议采取复合技术多层调节 将余热蒸汽制冷作为基本负荷 冰蓄冷 作为中级腰荷 电力制冷作为高段腰荷 余热锅炉补燃作为尖峰负荷 以满足调节 弹性能力的特殊要求 特推荐使用5台6980kW蒸汽吸收式制冷机组和5台3868kW 电力双工况制冷机组 以及一个座25000冷吨蓄冰槽组成一个混合制冷系统 3 热负荷分析 首都机场能源部门认为 扩建区域的供热 将主要依赖于天然气 大规模的集中供 热将会因为输送中的损失导致较高的能耗 因此集中供热仅考察对安全性要求高 并考虑景观影响的T3航站楼和楼前的商服区 T3航站楼建筑面积为49万平方米 T3航站楼前商服区所包括的17万平方米办公建 筑 14万平方米宾馆 14万平方米商业建筑 合计总面积94万平方米 表7 11 能源站集中供暖面积 由于源部门提供了T2航站楼的实际调研数据 供分析其供热负荷特性 对T2航站楼2003年12月8日 12月11日的供热负荷调研结果如下图 表7 12 2号航站楼实际数据 首都机场能源部门提供的资料表明 T2航站楼的供热负荷需求为 最大采暖负荷14 5MW 合计44 5W m2 采暖总用能量为12 2 104GJ 折合到建筑面积为0 375GJ m 2 依据T2航站楼的供热负荷推算T3航站楼的预计需求 如果T3航站楼采暖季节的室 内环境温度达到与T2航站楼一致时 最大负荷需求21 8MW 首都机场推算包括T3 航站楼和楼前的商服区的总供热负荷为 最大负荷为43MW 合计45 8W m2 供热 总用能量为25 2 104GJ 折合到建筑面积为0 271GJ m2 分布如下图 表7 13 T3航站楼采暖负荷预测 为满足机场扩建的采暖需求 分布式能源站的余热锅炉需要采用补燃技术 在余热锅炉490 的烟气中注入天然气再燃 提高炉内温度 增加蒸汽供应量 由 于机场能源部门提出的单位采暖指标45 8W m2 高于建设部第二阶段建筑节能标 准对办公建筑和宾馆的要求 所以能源站必须保持比较大的设计弹性 实施上 机 场宾馆具有昼夜负荷变化大的特性 完全可以与T3航站楼和办公设施的冷 热负 荷进行融错 所以系统实际使用指标必然小于45 8W m2的标准 4 卫生热水负荷分析 T3航站楼的热水负荷主要是洗手间的洗手水 实际用量会非常少 根据有关规范 为每建筑平方米3w计算 每小时需求42吨45度的洗手水 表7 14 卫生热水负荷预测 8 根据首都机场需求特性研究 建议采用国家鼓励的燃气 蒸汽联合循环 补燃 热电冷联产系统与电制冷 蓄冰系统组合 将天然气先进入燃气轮机燃烧发电 利用燃气轮机500 的高温烟气通过余热锅炉 回收成为中温中压蒸汽 再次推动蒸汽轮机发电 最后将发电后的乏汽抽出供热或 制冷 同时 将蒸汽轮机冷凝水余热供应航站楼卫生热水 余热锅炉采用补燃技术 在炉内加入天然气再燃烧 以增加蒸汽供应量 提高系统制冷 供热能力 方案 a T130方案 系统组成将由2套13500kW燃气轮机组成 每套机组带有独立的挡板和 三通 各拖带1台安装补燃系统的30t h 35kg 450 余热 补燃锅炉 余热锅炉产生蒸汽推动1台6000kW单抽蒸汽轮机 蒸汽轮机 抽出9kg cm过热蒸汽驱动蒸汽吸收式溴化锂机组产生7 冷水 同时再由电力离心 式双工况制冷机组提供冷水补充 再由电力离心式双工况制冷机组在夜间利用低 谷电力蓄冰作为白天的调节手段 方案 b T70方案 系统组成将由2套7500kW燃气轮机组成 每套机组带有独立的挡板和三 通 各拖带1台安装补燃系统的30t h 35kg 450 余热 补燃锅炉 余热锅炉产生蒸汽推动1台6000kW单抽蒸汽轮机 蒸汽轮机 抽出9kg cm过热蒸汽驱动蒸汽吸收式溴化锂机组产生7 冷水 同时再由电力离心 式双工况制冷机组提供冷水补充 再由电力离心式双工况制冷机组在夜间利用低 谷电力蓄冰作为白天的调节手段 低谷电力蓄冰还可以作为燃气轮机进气冷却 以提高机组在白天用电高峰时段的 顶峰调节手段 预计可以增加22 2 的系统出力 表8 1 主要设备表 1T130方案 采用2套13500kW燃气轮机 烟气余热温度495 建议采用美国索拉 公司生产的大力神130机组 该机组中国石油等公司已经进口使用了近30台 运行 情况良好 T70方案 采用2套7500kW燃气轮机 烟气余热温度489 建议采用美国 索拉公司生产的金牛座70机组 索拉公司在天津港保税区有备件支援仓库 并备有设备总成 两种设备发电效率33 35 氮氧化物排放标准为25ppm 设备大修周期3 4万小时 系统需要1台300 500千瓦柴油发电机组作为黑启动机组使用 负责在无外部供电条件下启动燃气轮 机 并可以作为内系统尖峰调峰负荷使用 2 余热锅炉系统 采用2台安装补燃系统的30t h余热锅炉 锅炉采用35kg cm 450 中温中压参数 以便推动蒸汽轮机发电 补燃温度不超过927 补燃燃料只考虑天然气 锅炉系 统应该安装旁路烟道 并配备挡板和消音器 3 蒸汽轮机 采用6000kW中温中压单抽蒸汽轮发电机组 进汽压力35 kg cm 进汽温度435 抽汽压力9 kg cm 建议采用杭州汽轮发电机公司引进西门子技术的T9002机组 4 燃气增压系统 T130燃气轮机燃气进气压力为26 kg cm 考虑到稳压和管道损失 增压应该达到28 kg cm 可以采用涡轮增压机或者螺杆增压机 压气容量为9300m3 h T70燃气轮机燃气进气压力为26 kg cm 考虑到稳压和管道损失 增压应该达到28 kg cm 可以采用涡轮增压机或者螺杆增压机 压气容量为9300m3 h 5 电器系统 T130方案考虑到能源站需要与110kV并网 3台发电设备可以考虑共同使用1个或2 个110kV升压主变压器 T70方案接入内部系统10kV低压电网 每台机组采用10 5k V独立并网 6 制冷系统 能源站制冷系统按照满足T3航站楼要求设计 需要如下容量的机组组成制冷系统 并配置1座25000冷吨蓄冰设施 该系统可以保持T3航站楼整座建筑全部满负荷 以每平方米125w的冷需求持续供应13小时 如果考虑使用时段的融错因素 该系 统可以进一步维持14万平方米宾馆的制冷负荷要求 表8 2 能源站制冷系统 7能源站系统将采用蒸汽供暖 直接将蒸汽送往各个用户 如果必要 该能源站可 以支撑全部新建面积的采暖需求 卫生热水可以利用蒸汽轮机冷凝水和余热锅炉排污水免费供应 由于目前锅炉排 烟设计温度比较高 可以在余热锅炉内增加一组换热面增加咿呀一压低压蒸汽的 供应量 以满足锅炉除氧和卫生热水供应的需要 能源站有各种余热 废热可以利 用 不仅可以满足T3航站楼的卫生热水需要 也可以满足T3航站楼前其他配套建 筑的全部卫生热水需要 主要需求是卫生热水 主要用途为生活热水或洗澡水 基本使用温度为30 42 主要热源为蒸汽轮机冷凝水余热 表8 3 卫生热水供应能力 8由于该系统冷凝器最大冷凝量为45吨蒸汽 但是不会出现最大凝汽发电和最大 制冷同时发生的状态 在最大制冷状态下 蒸汽轮机只有15吨蒸汽进入冷凝器的低 压饱和蒸汽 而且这些余热还要供应生活热水 最大凝汽发电是在春秋季出现 界 时可以与制冷机组共用冷却塔 此外 还有5台蒸汽吸收式制冷机组和5台电制冷机组需要冷却 表8 4 制冷燃料 电 成本比较 9 系统工艺说明 热 电 冷三联产系统在夏季供冷期以冷 电联产 冰蓄冷的方式运行 在冬季供暖 期以热 电联产的方式运行 工艺系统可以满足同时供冷 供暖和供应生活热水运 行 在夏季供冷期 余热锅炉利用燃气轮机排出的470 510 的废气来生产蒸汽 中温 中压蒸汽推动蒸汽轮机发电 从蒸汽轮机抽取一部分低压蒸汽做为蒸汽型溴化锂 制冷机制冷用的蒸汽 溴化锂制冷机提供整个制冷系统的基本负荷 随着负荷的增 加 当溴化锂制冷机的供冷能力不足的时候 蓄冰装置开始工作 通过融化夜间低 谷用电时的蓄冰来补充系统的供冷能力 当溴化锂制冷机和蓄冰装置两套装置的 供冷能力仍不能满足时 根据电价时段的峰谷价格采用逐台开启双工况电制冷机 组 机组在空调工况下运行 补充系统的供冷能力 或者将燃气轮机的余热锅炉开 启补燃系统 增加制冷蒸汽的供应量以确保T3航站楼的基本需求 夜间低谷用电时 也是空调系统的负荷较低的时候 这时五台双工况制冷机组将全 部开启 在制冰工况下运行 利用夜间0 20元 度的低谷电制冰蓄冷 在冬季供暖期 余热锅炉利用燃气轮机排出的450 510 的废气来生产蒸汽 中温 中压蒸汽推动蒸汽轮机发电 从蒸汽轮机抽取一部分低压蒸汽作为供暖用的蒸汽 热电联产的效率可达62 如果采暖需求增加 燃气轮机的余热锅炉可以启动补 燃系统增加蒸汽轮机的抽汽量 以增加系统供暖能力 燃气轮机和蒸汽轮机的发电出力可以根据负荷需求变化进行调节 该系统可以从5 MW至35MW之间进行调节 如果考虑到制冷机组 水泵和冷却系统需要消耗约50 00kW电力 实际有效输出能力在30MW左右 整个系统有以下几个优点 1 实现了能源的梯级利用 天然气先利用燃气轮机发电 然后利用高温废气在余热锅 炉中生产中温中压蒸汽 蒸汽又推动蒸汽轮机发电 在总发电效率可达38 52 时 还能大量供应蒸汽 在夏季从蒸汽轮机内抽取0 9kg cm的低压蒸汽做为蒸汽型溴 化锂吸收式制冷机制冷用蒸汽 制取空调系统用的冷水 在冬季这部分蒸汽直接用 来供热 并可利用蒸汽轮机凝结水余热和余热锅炉排污水余热供应生活热水 这样 可以在白天用电高峰期减少从电网的购电量 减少业主的电费支出 而且可以帮助 电网减少空调负荷压力 提高电网的安全性 2 采用冰蓄冷装置提高经济效益 冰蓄冷装置一方面可以利用夏季夜间低谷用电时 期的低价电 0 20元 度 增加业主的经济效益 另一方面可以帮助电网解决峰谷差 差距过大的问题 采用这种技术可以同时提高发电企业 电网公司和业主三方面的 经济收益 冰蓄冷技术可以保证系统一年四季供冷 提高航站楼内区的空调温度调 节能力 提高舒适程度 该技术可以作为提高燃气轮机发电出力的一项技术手段 在高峰时段增加系统供电能力 提高经济效益 3 提高了系统的运行灵活性 在过度季节 本系统可以为业主提供灵活的选择 如果 完全不需要空调负荷 燃气轮机依然可以凝汽发电运行 发电效率达到45 并同 时供应卫生热水 4 满足环保要求 燃气轮机采用低氮燃烧技术 氮氧化物的排放 25ppm 减少了大气 的污染 可满足北京2008绿色奥运会对排放物的严格要求 5 可以利用蒸汽轮机凝汽部分的废热生产生活用45 的卫生热水 进一步提高能源 利用率 6 减少机场扩建的电力接入投资 T3航站楼的备用柴油发电机将不用再投资 尽管 电力设备的投入减少 但供电系统安全却从根本上得以改变 机场主要设施的电力 安全保证系数均可达到6个9 系统图 10 系统能力评估 能源站是不能满足整个首都机场区域热 电 冷需求的供应 不足电力 需要从电 网购买 不足热 冷和蒸汽 需要通过锅炉补燃和冰蓄冷装置提供 1 电力负荷 扩建后的首都机场地区的总电力负荷为60MW左右 燃气 蒸汽联合循环所能提供其中的1 3 1 2电力 不足部分需要由电网补充 表10 1 T130联合循环凝汽发电供热效率估算 表10 2 T70联合循环凝汽发电供热效率估算 夏季建筑的冷负荷指标以125w m2计算 溴化锂机组所能提供的制冷量为45 32 w m2 还差79 68 w m2 见表10 3 通过对余热锅炉进行补燃 可以提高蒸汽抽汽量 进而提高溴化 锂机组的制冷量到68 08 w m2 还有56 92 w m2的制冷量无法提供 见表10 4 不足部分 56 92 w m2由离心式冷水机组和冰蓄冷装置提供 离心式冷水机组可提供37 00 w m2的制冷量 见表10 5 冰蓄冷装置可提供其余的不足部分19 92 w m2 见表10 6 各种技术累计制冷量 见表10 7和表10 8 吸收式制冷机和双工况冷水 机组的参数 见表10 9 表10 3 余热锅炉依靠余热抽汽 蒸汽吸收制冷 表10 4 余热锅炉依靠补燃抽汽 蒸汽吸收制冷 表10 5 电力离心机制冷 表10 6 蓄冰制冷 表10 7 制冷系统综合指标 T130 表10 8 制冷系统综合指标 T70 表10 9 制冷机组配置 3 冬季供暖 冬季供暖指标为45 w m2 以 9 为设计温度 对于T3航站楼 蒸汽轮机的抽汽供热能力为38 28 w m2 见表8 7 不足部分通过锅炉补燃提高蒸汽产量进而提高蒸汽轮机的抽汽能 力 提供不足的供热能力6 72 w m2 见表10 10和10 11 如果考虑T3航站楼前的45万平方米商业建筑 总供暖能力需要满足总共94万 平方米的采暖需求 见表8 9 本系统满负荷抽汽时基本可以满足94万平方米建筑 的全部热需求 见表10 12 表10 10 蒸汽轮机抽汽供暖能力 表10 11 余热锅炉补燃后抽汽供暖能力 业配套设施的45万平方米建筑 见下表 总计94万平方米建筑的采暖需求 表10 12 能源站集中供暖面积 的融错互补关系 特别是机场宾馆客人入住时间集中在夜间 使用中央空调采暖的 高峰时间与办公室和商业建筑的空调采暖高峰 以及航站楼都没有重叠关系 而航 站楼与办公室 商场的采暖负荷曲线也不一样 也就是说 我们没有必要机械地将 各个建筑的负荷简单叠加来组织系统 这不仅会造成投资上的浪费 也会在使用中 降低能源利用效率 增加能源费用支出 根据分析 建议上述建筑的负荷融错系数取值为0 8较为适合 这样完全可以满足 上述94万平方米建筑的采暖需求 表10 13 余热锅炉补燃后最大抽汽供暖能力 措施为将余热锅炉生产的60 吨 时全部中温中压蒸汽直接减温减压供热 可以获得55 MW的热量 支撑123 6万 150万 按照0 8的需求融错系数考虑 建筑平方米的采暖需求 当然 系统设计能够满足规范指标要求与实际运行完全不是一个含义 我们设计的 系统具备这一能够满足建筑设计部门和验收的要求 但是 未来运营者必须根据实 际需求进行合理运行和经济运行 表10 12 余热锅炉补燃后直接减温减压供暖能力 4本系统可以通过利用汽轮机的凝汽余热全年提供生活用热水 见表10 13 表10 13 能源站卫生热水供应能力 11 小型燃气轮机机组天然气耗量计算结果列表如下 使用2台索拉T70或T130燃气轮机的供热和供冷能力均不可以满足T3航站楼和T3 航站楼前商业建筑群的实际需求 必须为余热锅炉进行补燃 全年运行时间内燃气 轮机的燃料消耗量和燃机效率见后表 机场地区天然气来自北京市天然气管网 设有超高压站一座 为双路供应 一路来自华北油田天然气 管径DN300 压力0 6 0 8Mpa 供气能力可达26000m3 h 另一路来自陕甘宁气田天然气 管径DN500 压力1 0 1 6Mpa 供气能力可达m3 h 超高压站目前出口压力为0 2MPa 机场地区目前民用用气负荷为5000m3 h 公福用户用气负荷为3000m3 h 高峰月 用气量900万m3左右 年用气量4200万m3左右 集中供热站专线在相对压力0 2MPa的情况下 供气能力可达16000m3 h 集中供热 站单台锅炉额定供气量为5773m3 h 目前集中供热站天然气专线的供气能力可供3 台锅炉全负荷运行 能源站采用T130方案预计年用气量5542 55万立方米 年 平均每小时8527立方米 采用T70方案用气4021万立方米 年 平均小时6750立方米 表11 1 天然气负荷分析 12 环境 资源效益 首都机场是2008年奥运会工程 保护环境至关重要 采用燃气轮机热冷电联产具有 极大的环境 资源效益 能够将各种污染物的排放降至最低点 将资源的综合利用 效益提升至 最高的水平 1 排放 1 气体 由于天然气含硫极低 燃烧天然气的主要有害气体排放污染物是氮氧化物 NOx 未能燃尽的一氧化碳和甲烷 以及二氧化碳 燃气轮机采用低氮燃烧技术 氮氧化物排放浓度可以控制在25ppm 远远低于直燃机 燃气锅炉等传统能源设 施的排放浓度 燃气轮机对一氧化碳和甲烷气体的燃烧更加充分 就人类目