动态冰蓄冷方案及设备变频方案节能减排可行性研究分析报告.docx
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动态冰蓄冷方案及设备变频方案节能减排可行性研究分析报告
深圳市紫麓科技公司
动态冰蓄冷方案
及设备变频方案
本方案技术采用——
✧国家863计划重点项目技术
✧国家自然科学基金资助项目技术
✧广东省科技厅科技计划项目技术
目录
摘要3
一、项目概况4
1.1设计内容4
1.2设计依据4
1.3电价政策5
二、运行策略分析5
三、负荷热平衡分析7
四、蓄冷空调系统设计方案8
4.1系统冷负荷分布8
4.2蓄冷容量及蓄冷水槽容积8
4.3变频改造部分的造价8
4.4投资对照9
五、运行经济性分析9
5.1深圳市电力现状9
5.2深圳市蓄冰空调节能政策10
5.3经济性分析10
5.4动态冰蓄冷系统改造投资概算11
5.5结论13
六、合同能源管理（EMC）介绍14
6.1合同能管理（EMC）的定义14
6.2合同能源管理（EMC）的市场化运作特点14
6.3本公司提供的合同能管理（EMC）业务程序15
6.4合同能管理（EMC）业务的实施步骤15
七、动态冰蓄冷系统介绍16
7.1动态冰蓄冷系统简介16
7.2蓄冷介质及性能说明17
7.3蓄冷系统的种类19
7.4蓄冷系统发展历程19
7.5动态冰蓄冷系统主要特点介绍20
八、变频调速技术介绍23
8.1变频调速方法23
8.2变频调速节能的原理24
摘要
本方案的技术概况
（1）夏季设计日尖峰负荷约为65RT（229KW），夜间也有负荷，设计日全天总负荷约为1430RT·h（5029KW.h）。
（2）深圳市现时实行的峰谷分时电价政策如下表所示：
本项目的峰谷分时电价
单位：
（元/kW·h）
电力时段分类
实施时段
电价
峰段
09:
00-11:
30
14:
00-16:
30
19:
00-21:
00
1.0844
平段
07:
00-09:
00
11:
30-14:
00
16:
30-19:
00
21:
00-23:
00
0.7044
谷段
23:
00-07:
00
0.3694
0.2884（蓄冷系统电价）
（3）本项目采用冰蓄冷蓄冷、变频联合节能系统设计。
Ø冰浆蓄冷系统设计：
◆原理：
冰蓄冷技术是利用夜间电网低谷时间，利用低价（0.2884元/度）电制冰蓄冷将冷量储存起来，白天用电高峰时溶水，与冷冻机组共同供冷，而在白天空调高峰负荷时，将所蓄冰冷量释放满足空调高峰负荷需要的冷量。
◆本系统设计：
新购一台127RT双工况主机，同时新建蓄冷槽（有效容积55立方），在夜间电力低谷时段运行8小时，并通过制冰机组制取冰浆来蓄冷，总蓄冷量为762RT.H（2680kW·h）。
Ø变频系统设计：
本方案的变频部分涉及空压机和光盘注塑机。
◆设计原理：
空压机变频设计原理：
通过调整空压机转速，来调节气体流量和气压，使空压机的输出功率与实际流量需求成正比，保持空压机高效工作，使电能转换效率大幅提高，并且可提高电机的功率因素以及减少无功损耗，从而大幅节省用电量达50%左右。
注塑机变频设计原理：
基于高性能矢量控制技术的变频器，通过调节注塑机油泵电机的转速，使注塑机的供油量达到充分满足注塑机在合模、开模、射胶、保压、冷却等阶段所需要的压力和流量的同时，将油泵电机的输出功率控制在最优水平，从而在保证产量和效率的同时，大幅节省注塑机的用电达40%以上。
（4）蓄冷空调系统根据用冷需要可实现以下三种智能优化控制运行模式：
Ø蓄冷主机满负荷制冷并蓄冷，其余主机直接供冷运行（夜间谷段）；
Ø蓄冷槽单独融冰释冷运行，主机、冷却泵、冷却塔停止运行；
Ø主机和蓄冷槽联合供冷运行。
（5）蓄冷系统增加的主要设备有冰浆生成机组、低温溶液泵、蓄冷水槽、板式换热器、蓄冷控制系统（硬件和软件）等。
项目经济性
本项目经济性分析总表
运行费用（万元）
改造主要设备投资（万元）
投资静态回收期（年）
现有空调系统
蓄冷系统
运行费用节省
81.30
28.41
52.89
188
2.93
注塑机和空压机未改造前耗电
注塑机和空压机改造后耗电
运行费用节省
38.59
21.23
17.36
18
注：
详细经济分析参见内页说明部分
项目投资方式
本系统可选择以下两种投资方式：
（1）工程付款（贷款）方式:
●预付款+进度款+尾款（深圳市政府补贴贷款利息2年）
（2）合同能源管理（EMC）方式:
●业主部份投资或无需业主投资，节省的电费按双方约定年限分成，如：
厂方20%，投资方80%，分成年限8年，8年后设备归厂方。
一、项目概况
项目名称：
深圳市紫麓科技有限公司中央空调系统节能改造项目
1.1设计内容
根据本公司的原始资料及深圳地区的气象资料，深圳地区的空调季节较长，本公司一年十二个月都有空调负荷，其中五月份到十一月份之间空调负荷较大，空调负荷基本上都在达到尖峰负荷或尖峰负荷的百分之九十五左右，十二月份到四月份的空调负荷基本上都在尖峰负荷的百分之八十或尖峰负荷的百分之八十五左右。
本节能系统白天峰值电费时段的负荷都由融冰释冷来满足，主机不需要运行，原来空调机组只在节能系统供冷不足时开机供冷，充分利用深圳地区的电价政策节约运行费用。
充分利用对蓄冰的优惠电价政策，降低用户的运行费用。
并根据本公司的原始资料数据和本地的实际情况设计蓄冰方案并作经济分析。
（1）本项目功能主要用于生产车间，按舒适性空调要求设计。
设计中空调系统的夏季设计日尖峰负荷约为65RT，全年绝大多数时间需供冷，24小时均有负荷。
（2）需新建一个蓄冰水池的容积约为55m3。
1.2设计依据
本方案设计依据如下：
Ø本公司原始的设计资料
Ø《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）（2005年版）
Ø《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）
Ø《蓄冷空调工程技术规程》（JGJ158-2008）
Ø《建筑给水排水和采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）
Ø《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50242002）
1.3电价政策
深圳市现时实行的峰谷分时电价政策如下表所示：
单位：
（元/kW·h）
电力时段分类
实施时段
电价
峰段
09:
00-11:
30
14:
00-16:
30
19:
00-21:
00
1.0844
平段
07:
00-09:
00
11:
30-14:
00
16:
30-19:
00
21:
00-23:
00
0.7044
谷段
23:
00-07:
00
0.3694
0.2884（蓄冷系统电价）
二、运行策略分析
全量蓄冷策略
将整个高峰期的空调负荷转移至非高峰期的运行策略。
冷水机组仅在非高峰期（低谷段和平段）全负荷运行，制得系统全天电力高峰时段所需要的全部供冷量；空调机组在白天用电高峰期时不运行，冷负荷所需冷量完全由储存的蓄冷量供应，此时段仅有一些附属的输送设备使用高峰电。
分量蓄冷策略
仅将高峰期的部分空调负荷转移至非高峰期的运行策略。
高峰期的冷负荷部分由蓄冷系统满足，不足部分由冷水机组实时运行直接提供冷量。
不同蓄冷策略的优劣性比较
全量蓄冷策略
分量蓄冷策略
优点
缺点
优点
缺点
a、全部转移高峰期用电量。
b、运行电费成本低。
A、蓄冷槽和主机的容量较大。
b、蓄冷槽的占地面积较大。
c、初投资高。
a、蓄冷槽和主机的容量较小。
b、蓄冷槽的占地面积较小。
c、初投资小。
a、部分转移高峰期用电量。
b、运行费用较全量蓄冷高。
本方案采用节省量最大的全量蓄冷策略。
自控系统的设计策略
自动控制系统设计的成功与否，及是否有合理的实用性，将直接影响到冰蓄冷空调系统的运行及经济性效益。
本系统设计采用DDC智能化控制系统，自动根据全天逐时冷负荷，计算出第二天的总冷量需求，制定主机和蓄冰设备的逐时负荷分配（运行控制）情况，控制主机启停、各台水泵的启停和运行频率等，最大限度地发挥蓄冰设备融冰供冷量，以达到节约电费的目的。
设计对整个系统的运转模式、时间切换、各点的温度及阀件等监测、机组故障的报警、机器的自动启动、水泵的运行频率等均能实现自动化控制。
运转模式：
蓄冷模式、蓄冷池单独供冷模式、主机与蓄冷槽联合放冷模式。
时间切换：
根据负荷的情况按预先编好的程序能在不同的时间段自动切换运转模式，进行移峰填谷。
监测：
对蓄冷水池的进出水温度、冷水主机的进出水的温度等进行监测，对各电动调节阀的开启情况、对各机器的运转情况等进行监测。
报警：
当系统中某机器设备出现故障时，DDC系统均会进行故障报警。
机器的启动：
系统中各设备可以选择手动启动模式，亦可选择自动模式，当系统为自动模式时，DDC根据程序及各点的温度情况对相关机器进行开关控制，可实现无人操作；当DDC检修或是重新编程时，可选择手动控制，选择开启相关机器。
本项目的运行策略
本项目蓄冷系统运行策略是：
夜间电价低谷时段，一台水冷螺杆冷水机组制冷，通过制冰机组制取冰浆将冷量蓄积在蓄冰槽中，另外一台离心机组制取4度低温冷水将冷量直接蓄积在水池中，晚间的建筑负荷由其他主机负责。
夏季白天电力高峰时段，由原来的空调机组直接供冷和蓄冷槽放冷联合提供，以蓄冷部份放冷优先，不足部分由原空调机组补充。
若蓄冷槽在高峰时段放冷后，仍有剩余，则蓄冷槽在电力平段放冷，保证冷量充分利用。
三、负荷热平衡分析
在100%热平衡图如下：
100%负荷热平衡图
75%负荷热平衡图
四、蓄冷空调系统设计方案
4.1系统冷负荷分布
根据本公司原始的设计资料，采用逐时冷负荷系数法对空调系统的冷负荷进行分析，获得该系统的夏季设计日逐时冷负荷，如图1所示。
空调设计日逐时负荷图
（注：
11:
00-12:
00和16:
00-17:
00各有30分钟为电力峰段和电力平段）
4.2蓄冷容量及蓄冷水槽容积
由上述负荷分析可知，空调系统夏季设计日的全天设计总负荷约为1430RT·h（5029KW.h）,在电力高峰时段的累计负荷约为455RT·h（1600KW.h）。
对于动态冰蓄冷系统，根据已有的127RT水冷螺杆冷水机组蓄冷8小时来计算，蓄冷槽的有效容积需要55立方，蓄冷量为762RTH。
动态冰蓄冷的总蓄冷量为762RTH，在夏季可转移高峰冷负荷的一半，其他季节可实现完全由蓄冷量单独满足峰期负荷，或者峰期电价时段和平期电价时段的总冷负荷。
4.3变频改造部分
1、空压机功率为22kw，2台一用一备，本方案计划安装一台空压机专用的变频节能柜，按照工厂生产要求准确控制空压机的流量和气压。
2、注塑机油泵电机功率为15kw，共4台，本方案计划安装4台高性能力矩矢量型控制变频器，准确控制注塑机各种工况的油压和供油量。
3、空压机和注塑机变频改造后，每年可节省电费约17.36万元。
4.4投资对照
根据以上方案分析，进行动态冰蓄冷系统技术改造后，系统运行电费计算为28.41万元/年，年节约电费52.89万元，年节省率达65.1％，空压机和注塑机变频改造后，每年可节省电费17.36万元，两项相加每年可节省电费达70.25万元。
20年所带来的经济效益达1405万元。
蓄冷系统初投资增加费用为188万元，变频部分投资约18万元。
两项共增加投资206万元，回收期为3年。
五、运行经济性分析
5.1深圳市电力现状
随着深圳市经济的持续发展，虽然遇上全球金融海啸，但2009年1－9月，深圳市（不含蛇口）完成供电量426．91亿千瓦时，进入6月份以来，深圳电网供电量连续四个月实现正增长，增幅分别为5．89％、2．16％、4．38％、5．89％，预计全年供电量将实现正增长，我市的电力供需矛盾将随着经济的复苏而进一步加剧。
空调电力负荷占据我市电网高峰负荷很大的比重，直接加大了电网高峰用电紧张，由于下半夜谷期电力消耗不能达到电网最低负荷又造成低谷电能的巨大浪费。
为缓解这一矛盾，实现电能的“移峰填谷”成为电力部门、发电企业以及空调界共同关注并携手推进的重点工作。
为了激励用户使用低谷电能的积极性，市政府出台了一系列的低谷电价优惠措施，实行了峰谷分时电价。
依据粤价[2008]224号文《关于提高我省销售电价的通知》，深圳市于2008年7月1日重新调整了分时段的电价，深圳市普通工业常规电价为：
高峰段1.0844元/度，平段0.7044元/度，谷段0.3694元/度。
同时对蓄冰空调系统采取优惠政策，谷段电价为0.2884元/度。
（注：
不同区域或用户略有差异）
广东省物价局20日正式出台广东省电价调整方案，自11月20日起，广东省燃煤电厂上网电价统一每千瓦时下降0.8分，全省销售电价平均每千瓦时提高1.9分，各地区、各行业用电价格水平的调整有一定差异。
通过本次调整，广东省峰谷电价政策中的峰、平、谷时段电价比价从1.58:
1:
0.5调整为1.65:
1:
0.5，增加峰时电价，有利于促进电力移峰填谷。
同时，通过提高大工业基本电价在整体电价中所占的比重，拉大电压等级差价，促进电力资源节约
因此，实行空调蓄冷系统是目前快速减轻企业电费负担的最好方法之一。
5.2深圳市蓄冰空调节能政策
●蓄冰空调谷段电价按0.2884元/度计算。
（粤价[2008]224号文《关于提高我省销售电价的通知》，《深圳市电价价目表》）
●蓄冰空调改造项目，政府给予贴息，最高1500万，最长2年。
（《深圳市节能贴息项目暂行实施办法》）
5.3经济性分析
深圳市现时实行的峰谷分时电价政策如下表所示：
本项目的峰谷分时电价
单位：
（元/kW·h）
电力时段分类
实施时段
电价
峰段
09:
00-11:
30
14:
00-16:
30
19:
00-21:
00
1.0844
平段
07:
00-09:
00
11:
30-14:
00
16:
30-19:
00
21:
00-23:
00
0.7044
谷段
23:
00-07:
00
0.3694
0.2884（蓄冷系统电价）
为了比较蓄冷中央空调系统与常规中央空调系统的运行经济性，将全年负荷为100％这个状态水平，负荷状态年分布天数按360天计算：
通过模拟分析蓄冷系统的运行情况，可计算出蓄冷空调系统和常规空调系统的年运行电量，如下表所示:
各周期电力时段的耗电量
冰蓄冷空调
常规空调
负荷分布
天数
高峰
平段
谷段
高峰
平段
谷段
100%
270
合计
39670
103622
435567
264600
340200
272160
50%
0
电量
0
0
0
0
0
0
25%
0
（KWH）
0
0
0
0
0
0
总计
360
电量（万KWH）
4.27
10.63
56.47
34.40
44.23
34.78
每年运行电量（万KWH）
71.38
113.40
电价（元）
1.0844
0.7044
0.2884
1.0844
0.7044
0.3694
运行电费（万元）
4.64
7.49
16.29
37.30
31.15
12.85
总运行电费（万元）
28.41
81.30
年节省电费（万元）
52.89
节省率
65.1%
20年节能效益（万元）
1057.77
经计算分析，本项目常规制冷系统方案年运行电费计算为81.30万元，采用动态冰蓄冷技术改造后，系统的年运行电费计算为28.41万元，年节约电费52.89万元，年节省率达65.1％。
5.4动态冰蓄冷系统改造投资概算（万元）
序号
设备名称
参数
数量
单位
小计
1
双工况螺杆冷水机组
127RT
1
台
32
2
冷却塔
110m3
1
台
3.2
3
冷却水泵
流量：
110m3
扬程：
28m
1
台
0.93
4
乙二醇泵
流量：
100m3
扬程：
24m
1
台
0.72
5
制冰泵
流量：
100m3
扬程：
24m
1
台
0.72
6
溶冰泵
流量：
70m3
扬程：
24m
1
台
0.55
7
释冷二次泵
流量：
70m3
扬程：
38m
1
台
0.89
8
板式换热器
换热量：
110RT
1
台
7.8
9
冰浆生成机组
DT130
1
台
62.6
10
蓄冰槽（含保温）
60立方
1
个
15.8
11
空调末端风柜
1
项
24.2
12
冰蓄冷控制系统
1
项
38.5
13
合计
5.5结论
通过上述分析计算，我们获得以下结论：
（1）本方案每年为企业节省大笔电费。
进行动态冰蓄冷系统技术改造后，年节约电费52.89万元，年节省率达65.1％，空压机和注塑机变频改造后，每年可节省电费17.36万元，两项相加每年可节省电费达70.25万元。
20年所带来的经济效益达1405万元。
蓄冷系统初投资增加费用为188万元，变频部分投资约18万元。
两项共增加投资206万元，回收期为3年。
（2）提高机组效率，节约用水。
冷水机组夜间运行，因为室外温度相比白天低很多，冷却塔冷却效果会更好，从而使得制冷效率大大提高，此外也减少了冷却塔中的水因为周围环境温度较高而蒸发所带来的损失，节约了水量，一般冷却塔水分小时蒸发率约为总水量的1%—3%，由此冷水机组夜间运行8小时，大量减少冷却水蒸发损失。
（3）有效的延长了电力设施的使用寿命。
冰蓄冷系统转移了电力的使用时间，使得变压器、电缆、空开等设备始终处于较低电流、低功率下运行。
（4）系统可靠性和稳定性大大提高。
动态冰蓄冷系统与原有空调系统互为备用，系统的可靠性和稳定性得到极大的提高，运行成本和维护成本也随之降低。
综上所述，常规供冷系统进行冰蓄冷技术方案改造，不管在技术上，还是投资回报上均切实可行，节能效益十分显著，因此本蓄冷方案非常适合本公司的实际情况。
六、合同能源管理（EMC）介绍
6.1合同能管理（EMC）的定义
专业化的能源服务公司（EnergyManagementCompany简称EMC）与愿意进行节能改造的客户签订节能服务合同，按照合同采用先进的节能技术及全新的服务机制来为客户实施节能项目。
EMC为客户提供能源系统诊断、节能项目可行性分析、节能项目设计，帮助项目融资，选择并采购设备、安装调试、进行项目管理、培训操作人员、合同期内系统设备维护、节能量监测等一条龙服务，然后与客户共同验证项目的节能效果、环境效益与经济效益，最后，与客户分享项目实施后取得的经济效益，回收项目的投资和获得应有的利润。
合同能源管理是国际上一种先进的能源管理模式，是节能市场化运作的新机制。
联合国支持我国引进这种新模式、新机制。
我国国家经贸委、世界银行、全球环境基金（GEF）中国节能项目办公室积极支持成立并发展专业化的能源服务公司，通过示范项目推广上述合同能源管理的节能服务模式和运作机制，促进我国节能机制的转换，扩大节能投资，提高能源利用效率，节约能源，减少温家气体排放，保护全球环境。
6.2合同能源管理（EMC）的市场化运作特点
EMC对能源系统改造以合同能源管理模式为客户服务，克服了我国目前在节能工作上面临的诸如：
企业节能投资意识不强，节能投资资金不足，节能项目“头痛医头”系统效率不高以及节能投资服务跟不上等一系列障碍，以促进全社会各种技术可行、经济合理的节能项目能普遍实施。
合同能源管理具有以下几个市场化运作的特点：
（1）项目零风险
EMC帮助客户开展的节能项目所采用的技术是成熟的，设备是规范的，并具有足够的成功经验。
所开展的项目以节能效益为主，EMC以承诺保证不影响生产情况下实现节能效益为前提，如项目不能实现预期的节能量，EMC将承担由此而造成的损失。
因此对客户来说，项目的技术风险趋于零。
（2）客户可以零投入
以合同能源管理开展的项目，客户可通过EMC获得部分或全额项目融资，以克服资金障碍。
因为EMC为客户实施的节能项目，通常会有明显的节能及经济效益，具有高回报率，一般的项目投资回收期在3年左右。
客户可以以节约的能源费用来偿还项目贷款及支付EMC的服务费用，并取得自身的经济效益。
（3）全新的社会化服务理念
合同能源管理可解决客户开展节能项目所缺的资金、技术、人员及时间等问题，让客户以更多的精力集中于主营业务的发展。
EMC提供的前述一条龙服务，可以形成节能项目的效益保障机制，提高效率，降低成本，促进节能产业化，充分体现了全新的社会化服务理念。
6.3合同能管理（EMC）业务程序
寻找一个能源管理公司来提供EMC业务，该公司为我们设计开发一个技术上可行、经济上合理的节能项目。
6.4合同能管理（EMC）业务的实施步骤
本项目目前进行到“提交项目节能建议书（冰蓄冷方案）”。
合同能源管理（EMC）实施步骤
七、动态冰蓄冷系统介绍
7.1动态冰蓄冷系统简介
冰蓄冷中央空调是指在夜间低谷电力段开启制冷主机，将建筑物所需的空调冷量部分或全部制备好，并以冰的形式储存于蓄冰装置中，在电力高峰时段将冰融化提供空调用冷。
由于充分应用了夜间低谷电力，由此使中央空调的运行费用大幅度降低。
冰蓄冷中央空调不仅为用户节约大量的运行费用，而且对电网具有卓越的移峰填谷功能，大大提高电网运行的经济性。
国家发改委在《节能中长期专项规划》中，将应用电力蓄冷、蓄热作为节能降耗的十大措施之一。
电力部门也积极实施峰谷电价政策，以经济杠杆来调节电力负荷，鼓励用户多用廉价的低谷电。
7.2蓄冷介质及性能说明
蓄冷系统所采用的蓄冷介质取决于系统的负荷以及空调系统的形式。
常用的蓄冷介质有冷冻水、冰，低熔点盐混和物,具体如下表所示:
蓄冷介质对比表
蓄冷介质
体积
蓄冷温度
供冷温度
特点
立方米/冷吨小时
（°C）
（°C）
冷冻水
0.3–0.6
4-7
5-8
可使用普通冷冻机组
冰
0.07–0.1
0
1-3
可结合低温送风系统使用
冰浆
0.07-0.1
-2—0.5
0-5
可结合大温差低温送风系统使用
低共熔点盐
0.17
8
9-10
可使用普通制冷机组
由上表可见，以冰浆为介质的蓄冷空调系统的蓄能能力最高，占地最少,同时以冰浆作为介质的蓄冷系统在国外空调领域的应用已十分广泛。
针对本项目能耗大，运行费用高的特点，本方案采用以冰浆为介质的蓄冷空调系统。
载冷剂要求
该动态冰蓄冷系统载冷剂选用浓度为20%乙二醇溶液，空调冷冻系统专用的工业抑制性乙二醇溶液，具体要求如下：
（1）必须为工业抑制性乙二醇，汽车防冻液及含硅酸盐成分的添加剂绝对不能采用；
（2）溶液维持ph＞7呈碱性，由添加剂的用量决定；
（3）乙二醇供应商必须对系统乙二醇进行检测，每年添加一次，添加时即行检测，通过考察成分分析是否产生腐蚀；
（4）乙二醇溶液稀释水是用于同乙二醇相混合以得到转换溶液，此稀释水必须具有良好的质量并满足某些标
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