新桥机场水蓄冷能源站经济性分析.docx
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新桥机场水蓄冷能源站经济性分析
新桥机场水蓄冷能源站经济性分析
五洲工程设计研究院胡巍
北京佩尔优科技有限公司荣文涛
摘要
。
关键词航站楼水蓄冷移峰填谷斜温层经济性分析
引言
经济的持续发展使空调用电需求和所占电网供电比例越来越大，已成为季节性冲击电网负荷供需平衡的主要因素。
夏季空调电力负荷占据城市电网高峰负荷比重已达30～35%，有的城市夏季空调用电负荷占全市总用电负荷的40％。
空调电力负荷直接加大了电网高峰用电紧张，而下半夜由于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。
水蓄冷空调技术就是在电力负荷低的夜间，开启制冷机制冷将冷量以低温水的形式储存起来，在白天电力高峰期，充分利用夜间储存的冷量进行供冷，不开或少开冷机，从而达到电力移峰填谷的目的。
机场是耗能大户，能耗最大的是照明配电、空调系统等，同时其节能潜力也最大，纵观国内外大型机场，都把节能放在重要位置。
而在机场实施大型供冷供热能源站的节能技术更为复杂，难度也更大，本文就新桥机场水蓄冷能源站的节能技术应用以及经济性做了分析比较。
一、超大型水蓄冷能源站方案设计
1.项目概况
安徽省位于我国华东腹地，是我国东部襟江近海的内陆省份。
随着国家中部崛起战略的实施，经济的快速发展。
新机场的建设已是迫在眉睫。
合肥新桥国际机场扩建工程总投资约为43．05亿元。
工程按照满足2020年旅客吞吐量1100万人次的需要设计，货运、航空食品、供油等配套设施按照2015年需要建设；远期到204O年，客货吞吐量分别达到4200万人次和58万吨。
航站楼面积10多万平方米，估算空调总冷负荷约16626KW。
新桥机场具有较好的能源条件，电力、燃气均很充沛。
同时省政府为鼓励移峰填谷，推行蓄能后优惠电价政策政策。
因此充分利用优惠政策条件，合理运用经济手段，决策空调制冷方案，对机场的总体运营效益，并可持续发展，具有重大社会意义。
2.冷源方案的选择
根据航站楼空调负荷的特点，综合分析各方因素，航站楼夏季供冷方案拟采取电制冷+水蓄冷系统。
水蓄冷空调系统是指利用水介质的显热特性，在夜间低谷电时段将能量以低温水的形式储存起来（水温取4℃此时密度最大）。
在白天高峰电时段根据建筑物末端需求释放储存的冷量，这样在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。
在设计日，蓄冷槽作为调峰功能使用，采用主机和蓄冷槽联合供冷，这样不仅可以消减装机容量，减少配电负荷，还可以明显的节约运行费用。
航站楼具有空调负荷大、白天使用系数高、总体负荷系数低的特点，是采用水蓄冷系统最有前景的建筑。
3.水蓄冷系统的设计方案
本项目峰值冷负荷约为16626KW，采用逐时系数法对负荷进行计算，峰值负荷应该出现在设计日的16:
00左右。
本项目各时段负荷如下图所示：
根据负荷分布图可以看出，本项目只有白天负荷较高，而夜间电力低谷时段负荷较低。
为了最大程度地节省投资和运行费用，本方案采用在夜间3台1250RT主机并联蓄冷。
由于航站楼在晚上11点后没有航班起降，负荷较低，所以本运行方案只考虑白天负荷较高时的运行策略。
1）运行策略
蓄冷系统流程图如下：
本系统运行模式主要分为四种工况：
蓄水槽单独供冷、制冷机单独供冷和冷机＋水槽联合供冷工况。
四种工况运行时各阀门的动作状态如下表：
工况
V1
V2
V3
V4
V5
V6
冷机蓄冷
关
关
开
开
关
关
制冷机单独供冷
开
开
关
关
关
关
蓄水槽单独供冷
关
关
关
关
开
开
冷机＋水槽供冷
开
开
关
关
开
开
设计日（100%负荷）时的运行策略：
根据设计日的冷负荷平衡表，在夜间的电力低谷时段（23：
00-7：
00）使用3台主机并联蓄冷7.3个小时，把蓄冷槽蓄满；在设计日白天，把蓄冷槽内冷量可以消减超出装机容量的负荷和部分高峰负荷，其余时段运行主机。
按此设计运行，蓄能槽有效容积为10100m3，最大蓄冷量为82280KWH。
100％冷负荷平衡图如下：
75%冷负荷时的运行策略：
根据75％冷负荷平衡表，这种负荷状态下，由于全天的总负荷有所减少，所以可以减少白天的冷机开机时间。
在夜间的电力低谷时段（23：
00-7：
00）使用3台主机并联蓄冷7.3个小时，把蓄冷槽蓄满；蓄能槽所蓄冷量可以满足部分高峰时段，其余部分只需要开启部分主机，可以明显减少运行费用。
75％冷负荷平衡图如下：
50%冷负荷时的运行策略：
根据50％冷负荷平衡表，这种负荷状态下，由于全天的总负荷有所减少，所以可以减少白天的冷机开机时间。
在夜间的电力低谷时段（23：
00-7：
00）使用3台主机并联蓄冷7.3个小时，把蓄冷槽蓄满；蓄能槽所蓄冷量可以满足全部高峰时段和部分平峰时段，其余部分只需要开启部分主机，可以明显减少运行费用。
50％冷负荷平衡图如下：
25%冷负荷时的运行策略：
这个阶段称为过渡时期，全天的负荷明显减少。
根据25％负荷平衡表，这种负荷状态下，可以减少白天的冷机开机时间。
在夜间电力低谷时段（23：
00-4：
00）使用3台主机并联蓄冷5个小时，不用把蓄冷槽蓄满；蓄能槽所蓄冷量可以满足白天所有负荷，此时只开启放冷水泵即可。
25％冷负荷平衡图如下：
本系统运行模式主要分为四种工况：
蓄水槽单独供冷、制冷机单独供冷和冷机＋水槽联合供冷工况。
四种工况运行时各阀门的动作状态如下表：
工况
V1
V2
V3
V4
V5
V6
冷机蓄冷
关
关
开
开
关
关
制冷机单独供冷
开
开
关
关
关
关
蓄水槽单独供冷
关
关
关
关
开
开
冷机＋水槽供冷
开
开
关
关
开
开
2）设备选型
①水蓄冷系统的设备配置
制冷机组：
3台离心式冷水机组，单台额定制冷量1250RT。
蓄冷槽：
蓄冷槽容积为10100m3，最大蓄冷量为82280KWH。
蓄冷槽共分为4个部分，采用多槽并联同步运行技术，以保证较高的蓄冷放冷率。
系统侧供回水温：
7/12℃
蓄冷侧供回水温：
4/11℃
蓄冷温度：
蓄冷槽的最低蓄冷温度设计为4℃
蓄冷温差：
夏季冷水的最大蓄冷温差ΔT=11-4=7℃
控制系统：
由软硬件组成，硬件采用国际知名品牌。
蓄冷系统主要设备表
蓄冷系统主要设备表
序号
名称
型号
厂家
规格
功率
数量
（KW）
1
蓄冷主机
格力
4400KW
729.0
3
2
冷却塔
30.0
3
3
冷却水泵
90.0
4
4
循环水泵
90.0
6
5
蓄冷水泵
550m3/h，25m
55.0
3
6
放冷水泵
550m3/h，20m
45.0
3
7
板式换热器
5550KW
0.0
2
8
蓄冷装置
（含保温防水和上下布水,不含槽体）
佩尔优
10100m3
/
1
9
控制系统
佩尔优
1.0
1
10
附属设备、材料及安装
佩尔优
/
1
11
配电
（800元/KVA）
1
二、水蓄冷系统经济性分析
为鼓励调峰用电，充分利用现有的电力资源，合肥市提出了一系列的鼓励措施，如推行蓄能后峰谷分时电价政策，分时电价表如下：
时段
时间
蓄能前电价
（元/度）
蓄能后电价
（元/度）
高峰
9:
00-12:
0017:
00-22:
00
1.1928（7、8、9月份电价为1.2673）
0.7290（7、8、9月份电价为0.7735）
平峰
8:
00-9:
0012:
00-17:
00
22:
00-23:
00
0.7975
0.4930
低谷
23:
00-8:
00
0.4917
0.3104
1）夏季空调运行费用计算
通过模拟分析蓄冷系统的运行，经计算可得出蓄冷空调系统和常规空调系统的运行电费。
夏季空调供冷期按每年180天计算。
运行电费汇总如下：
夏季蓄冷空调系统年运行费用
天数（天）
天运行电费（元）
电费（万元）
100%负荷运行
24
26404
63.37
75%负荷运行
60
18083
108.50
50%负荷运行
60
11402
68.41
25%负荷运行
36
5102
18.37
总计
180
60991
259
夏季常规制冷系统运行费用
天数（天）
天运行电费（元）
电费（万元）
100%负荷运行
24
54541
130.90
75%负荷运行
60
41456
248.74
50%负荷运行
60
27263
163.58
25%负荷运行
36
14527
52.30
总计
180
137787
596
经济分析比较表
蓄冷系统
常规系统
蓄冷－常规
万元
万元
万元
年运行电费
258.65
595.51
-336.86
2）夏季空调运行电量统计
夏季蓄冷空调系统年运行电量（KWH）
高峰电电量
平峰电电量
低谷电电量
天数（天）
小计
100%负荷运行
13026
19435
21736
24
1300722
75%负荷运行
4455
16267
21319
60
2522457
50%负荷运行
2018
7041
20812
60
1792264
25%负荷运行
1009
879
12670
36
524114
总计
737357
1896523
3505676
180
6139556
夏季常规空调系统年运行电量（KWH）
高峰电电量
平峰电电量
低谷电电量
天数（天）
小计
100%负荷运行
27374
23612
2074
24
1273437
75%负荷运行
20755
18069
1511
60
2420094
50%负荷运行
14137
12346
1127
60
1656596
25%负荷运行
7518
6623
564
36
529379
总计
3021175
2629980
228351
180
5879506
水蓄冷系统与常规空调系统年运行电量比较（KWH）
常规系统－水蓄冷系统
年转移高峰电电量
2283817
年转移平峰电电量
733457
年开发低谷电电量
3277325
总电量差
-260050
平均转移高峰电功率（KW）
2939
三、社会效益
社会效益主要表现在蓄冷系统将空调用电的高峰负荷转移到低谷，减少了国家建设削峰电站的规模和减少了对环境的污染，同时减少了高峰用电时段对电网的冲击。
采用水蓄冷系统后，每年可以比常规空调系统节约运行费用336.86万元运行电费，并且每年年转移高峰电电量2283817KWH，开发低谷电电量3277325KWH，平均转移高峰电功率2939KW，社会效益显著。
四、蓄能式空调技术的发展潜力
我国建筑能耗在我国能源总消耗量中所占的比例越来越大，从1978年的10%上升到2001年的27.45%。
而我国的民用建筑是发展速度较快的行业，公共建筑占民用建筑的比例约30～35%，每年建成的公共建筑3～4亿平方米。
公共建筑的特点是能耗较高，其一年的能耗是居住建筑的5倍以上，而其中60%以上是暖通空调能耗。
这些数据足以说明减少公共建筑的能耗在降低我国单位国民经济能耗所起的作用。
机场采用蓄能空调有着良好的经济效益和积极的社会效益，应该全国范围内积极推广。
如已建好的浦东机场和昆明绿色机场就是采用了空调水蓄冷系统，其中浦东机场水蓄冷设备总容积为48000m³，投入运行后每年节省空调电费约1100万元，在节省大量运行费用的同时，每年转移高峰用电735万kwh，实现了电力的移峰填谷，优化了电网资源配置。
昆明绿色机场水蓄冷能源站是我国第一个以绿色机场为建设目标的机场，其中水蓄冷技术作为实现绿色机场的主要技术支撑。
进一步扩展到全国大型的商业和工业项目，初步估计，全国1000RT装机容量以上的工商业项目约5万个以上，如果这些项目都能应用水蓄冷项目，每年可节省空调电费250亿元，每年可转移高峰用电200亿kwh以上，相当于每年可以节省标准煤748.44万吨或453.78万吨碳，市场潜力巨大，社会经济效益显著。
因此，水蓄冷技术值得在全国范围内大力推广。
2010-06-21
参考文献：
⑴吴念祖：
《浦东机场二期工程节能研究》
-上海科学技术出版社
⑵严德隆、张维君空调蓄冷应用技术
-北京：
中国建筑工业出版社，1997
（3）詹园青：
大型公共建筑空调冷源方案分析暖通空调，2010.3
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