某医院分布式能源系统的方案设计

1、某医院分布式能源系统的方案设计上海航天能源股份有限公司张杰郭甲生张丹徐振华李巡案摘要：以某医院现有供能方式作为设计基础，详细介绍了分布式能源系统发电机组选择、系统发电容量和余热回收的设计，满足了医院的安全电源和热水负荷需求。整个分布式能源系统灵活、可靠，具有明 显的经济效益和社会效益。关键词：分布式能源系统；医院；可行性；An Project Design of DistributedEnergy Supply System Applied to A HospitalZhang Jie，Guo Jiasheng，Zhang Dan，Xu Zhenhua，Li Xun anAbstract: T

2、he choice of distributed energy system power generation units, system capacity and the design of waste heat recovery were introduced in this paper. The design of the system was based on the existing power mode of a hospital in shanghai, and the safety source and hot water load were meet the needs of

3、 the hospital. The distributed energy system was flexible, reliable and the economic benefits and social benefits was obvious.Keywords:distributed energy supply system, hospital, feasibilityDOI:10.13770/ki.issn2095-705x.2014.09.014据统计，医院建筑空调系统的年一次能耗一般是办公建筑的 1.6-2.0 倍。在国家建筑节能减排 的大环境下，在保证医院正常发展、满足人们需求

4、 及提高医疗质量的前提下，降低医院建筑造价、减 少医院建筑能耗及运行费用中的不合理部分已成 为医院建筑建设的重要课题。以微型燃气轮机和 吸收式制冷等设备组成的分布式能源系统，具有效 率高、占地小、保护环境、可减少供电线损和应急突 发事件等综合功能，在有条件的医院逐步推广。本文结合某医院的实际用能情况，详细地设计 了该医院的分布式能源系统，总结了相关经验。该医院属于重点用电园区，供电系统为 10kV进线，配有 4 台 1600kVA 的变压器，用电负荷较 大且用电负荷波动较小。医院空调系统配置一台螺杆式制冷机组，两台 直燃型溴化锂冷温水机组和一台烟气补燃型溴化 锂冷温水机组，3 台溴化锂冷温水机

5、组额定参数相 同，额定制冷量 1436kW（冷水温度：7/13），额定 采暖量 2163kW（热水温度：65/80）。当直燃型 溴化锂冷温水机组供能不足时烟气补燃型溴化锂 冷温水开启。一台蒸汽锅炉制取 184的过热蒸 汽，满足医院杀菌、消毒的蒸汽负荷。医 院 现 有 床 位 600 张 ，计 划 再 增 设 床 位 300 张 。 以 现 有 床 位 数 计 算 ，热 水 定 额 取 100L（/ 床. 日），则平均小时热水需求量为：2.5t/h。1 医院实际情况1.1 医院用能分析【作者简介】 张杰，（1988- ），男，硕士，工程师。从事分布式能源系统的设计与优化应用研究。上海节能SHAN

6、GHAI ENERGY CONSERVATION2014 年第 9 期36Shanghai Energy Conservation节 能工程上 海 节 能医院供能和采暖流程为：夏季制冷时，直燃型溴化锂冷温水机组开启，供应冷水，冷水汇集到冷 水分水器，然后供应医院各个分区。取热水/生活热水时，高温发生器流出的 80 热水，分为 2 个支路，一路流经热水分水器，一路流 经生活热水分水器，然后供应医院各区热水/生活 热水负荷需求。1.2 发电机房尺寸 医院配有一发电机房，已设置发电机组烟气余热管道，整个发电机房实测尺寸：8.75.84m， 发电机房位于控制室和锅炉房（包含制冷设备）之 间，距离 1

7、号和 3 号变压器约 30m。（3）维护方便选择同一品牌的微型燃气轮机不仅有利于系 统的运行、监控和维护，而且有利于减少分布式能 源系统的维护费用。综合考虑产品的发电量、尺寸 和发电机组机房空间，选择 2 台 100kW 微型燃气 轮机。2.3 余热回收设计（1）单位制冷、采暖和生活热水成本 分析医院现有的直燃型溴化锂冷温水机组供应 1kW 的冷水、热水和生活热水负荷所需天然气 见表 1。表 1 制冷、采暖和生活热水负荷所需天然气2 分布式供能站系统设计2.1 系统发电机组的选择 目前天然气分布式能源站中应用较多的发电机形式以燃气轮机、燃气内燃机和微燃机为主。由 于受发电机房空间、医院低噪音、

8、低排放以及现有 设备供能网络改造限制，本方案选择微型燃气轮机 作为发电设备，力求机房布置简单紧凑，节省面积， 在满足高效运行的前提下实现低噪音、低排放、运 行维护方便等优点。2.2 系统发电容量设计（1）技术规范 根据分布式供能系统工程技术规程，分布式能量容量的选择应根据宜热（冷）定电，热（冷）电平 衡的原则，并根据电、热（冷）负荷的特性和大小合 理确定。机组的发电量宜自发、自用、自平衡。并 入电网的分布式供能系统的总装机容量应不大于 相应电力系统接入点上级变电站容量的 30%，该 医院单台变压器容量为 1250kVA，因此分布式供 能系统的总装机容量不应超过 300kW。（2）场地实际情况

9、通过现场测量，发电机房实际尺寸约为 8.75.84m，考虑发电机组辅助设备和实际的安装维 护，查阅相关发电机组样本，能满足场地要求的发 电机组发电量300kW。注 1：表中热水/生活热水仅考虑从高发流出的 80的高温热水，未考虑实际热水和生活热水温度。从表 1 中可以看出，供应单位热水和单位生活热水所需天然气消耗量最大，供应单位制冷天然气 消耗量最小。即供应热水/生活热水的成本较高。 因此优先满足医院热水负荷和生活热水负荷，分布 式能源系统经济性更好。（2）能源利用率 采用微型燃气轮机烟气通往烟气补燃型冷温水机组制取生活热水时排烟温度约为 120，而微 型燃气轮机烟气通过板换制取生活热水时排烟

10、温 度约为 70，因此，如本分布式能源系统采用微型 燃气轮机通过板换制取生活热水效果更好。但是 由于受现有设备能源供应网络改造限制，而且采用 烟气/热水换热制取热水增加初始投资，经综合考 虑，本系统采用微型燃气轮机尾气通往烟气补燃型 溴化锂冷温水机组制取热水。本分布式能源系统主要利用烟气余热，通往烟 气补燃型溴化锂冷温水机组直接供应生活热水，在 保证全院热水负荷需求后，多余的余热供应冷水/ 热水。上海节能SHANGHAI ENERGY CONSERVATION2014 年第 9 期37参数数值单位冷水耗气量（Nm3/h）0.07448单位热水/生活热水耗气量（Nm3/h）0.112Shangh

11、ai Energy Conservation节 能工 程上 海 节 能过渡季节没有冷热负荷需求，机 组 设 备 只 运 行 一 台 ，每 天 运 行14h。4 效益分析与节能减排分析设计该系统全年运行 350d，其 中 夏 季 运 行 120d，24h/d 运 行 ；冬 季 运 行 150d，每 天 运 行 24h/d，过 渡季节 80d，单台机组运行 14h/d。（1）经济效益分析 目前，按照分布式能源系统的优惠气价 2.83 元/Nm3，系统经济性图 1 分布式能源系统流程示意图3 系统运行模式分布式能源系统运行时，医院的电力、生活热 水和空调负荷均优先由分布式能源系统供应。系 统流程示意

12、图如图 1 所示。（1）发电模式 两台微燃机的电力分别接入离发电机组房较近的 1 号和 3 号变压器低压端（400V）。分布式能 源系统电力接入区域电网（市电），与大电网构成电 力补充，按照并网不上网的原则，功率跟踪和智能 调度。（2）冷水供应模式 制冷时，烟气从烟气补燃型溴化锂冷温水机组排出温度和补燃烟气温度约 170，烟气余热量较 大，采用烟气/热水换热器，加热热水集水器回水， 为充分回收烟气余热，提高能源利用率。医院空调系统除分布式能源系统供应外，还有 直燃型溴化锂冷温水机组，螺杆式制冷机组，整个 机组的冷水供应管网连为一体：夏季制冷，优先采 用分布式能源系统供冷，不足通过开启医院现有螺

13、 杆式制冷机组制冷，仍不足，开启直燃型溴化锂冷 温水机组制冷。（3）热水和生活热水供应模式过 渡 季 节 和 冬 季 采 暖 时 ，排 烟 温 度 约 为120，同样也采用通过烟气/热水换热器，加热集 水器回水，提高能源利用率。分析见表 2。表 2 分布式能源系统经济性分析可以看出分布式能源系统提供的电能、冷水、热水和生活热水与现有分产（市电+直燃型冷温水 机组）相比，本分布式能源系统年节省运行费用约56 万元。（2）年平均能源综合利用率分析 天然气分布式能源全年综合利用效率应根据 燃 气 冷 热 电 三 联 供 工 程 技 术 规 程 （CJJ145-2010）3.3.5 公式进行计算：上海

14、节能SHANGHAI ENERGY CONSERVATION2014 年第 9 期38参数数值系统全年发电量（kWh）1408000机组自耗电（kWh）70400机组耗气量（单台）（Nm3/h）33.77全年冷水所需热量（kWh）497664烟气余热加热集水器热量（kWh）193536全年生活热水所需热量（kWh）642816全年热水所需热量（kWh）622080全年发电收益（万元）134.56分布式能源系统全年耗气量（Nm3）475468年耗天然气费用(万元)148.82采用现有直燃型溴化锂冷温水机组供应空调全年天然气消耗量（Nm3）178123直燃机组天然气价格（元/Nm3）4.5年耗天然

15、气费用（万元）80.16分布式能源系统年节省运行费用（万元）56Shanghai Energy Conservation节能工 程上 海 节 能v = 3.6W + Q1 + Q2 100%于 2000h 的要求。（4）节能减排量分析按照 2013 年中国医院所属区域电网基准线排 放 因 子 - 该 地 区 的 碳 排 放 因 子 0.7125kg/kWh 和 IPCC 联合国政府间气候变化专门委员会的天然气 数据折算其排放系数 1.9916kg/m3，计算分布式能B QL式中：v 年平均能源综合利用率（%）；W 年净输出电量（kWh）；Q1 年有效余热供热总量（MJ）； Q2 年有效余热供冷

16、总量（MJ）； B 年燃气总耗量（m3）；源系统年 CO 减排量约为 411t。2QL 燃气低位发热量（MJ/m ）。3根据表 2 中所示的分布式能源系统运行数据，计算该系统年平均能源利用率，得到系统年平均能 源综合利用率为 71.75%，符合国家天然气分布式 能源全年综合利用效率高于 70%的要求。（3）年利用小时数分析 分布式供能系统年利用小时数计算公式为：5 结语（1）分布式能源系统中的各个发电机组可起 到互为补充、互为备用的作用，以提高整体系统的 灵活性和安全性。（2）分布式能源系统在医院的应用时必须根 据实际情况，综合考虑各方面因素来确定分布式能 源系统的配置，特别是医院改造项目。（

17、3）在医院中应用分布式能源系统具有明显 的经济效益和社会效益。（4）微型燃气轮机可以作为医院的备用电源， 替代传统的柴油发电机和蓄电池 UPS，间接降低 系统的总投资，提高投资回报率。（5）本系统约在明年投入运行。Wh =KW式中：h -年利用小时数(h)；W -年联供系统净输出电量（kWh）；KW -发电机组额度装机容量（kW）。本 分 布 式 能 源 系 统 年 利 用 小 时 数 为 ：1408000/200=7040h符合国家天然气分布式能源年利用小时数高（上接第 35 页）后台运维管理系统主要包含数据运维管理和设备运维管理。数据运维系统可实时监测数据采 集传输情况，断点报警，并根据历史数据模型以及 预设模型对数据进行后台匹配和规整。（3）能效监控平台运行状况 平台已于 2011 年 7 月正式投入运营，截至目前接入的楼宇达到了 153 幢，每年可参与管理数亿度电 能消费。通过能效监控平台可以实现包括：为楼宇 业主及管理者提供能耗诊断和节能运行管理指导 为业主、合