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冰蓄冷空调系统在楼宇型能源站的应用

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廖文高

摘要：天然气分布式能源系统具有清洁、高效、安全、环保的特点，近年来被大力推广示范。楼宇型分布式能源站因其负荷波动大，需采用蓄能系统进行削峰填谷、平衡负荷。本文探讨了冰蓄冷技术的工作原理及工作流程，以及冰蓄冷空调系统在楼宇型分布式能源站中的应用。以南方某楼宇型能源站为研究对象，基于冷负荷对冰蓄冷系统进行了配置、并分析了系统运行策略和经济性。通过分析可知，冰蓄冷系统运行工况多，需要对各种工况下的运行策略进行优化控制;冰蓄冷空调系统充分利用当地分时电价，与常规空调系统相比，具有较好的经济性。

Abstract： Natural gas distributed energy systems are clean， efficient， safe， and environmentally friendly. They have been vigorously promoted and demonstrated in recent years. Building-type distributed energy stations need to use energy storage systems to cut peaks， fill valleys， and balance loads due to their large load fluctuations. This paper discusses the working principle and working process of ice storage technology， as well as the application of ice storage air conditioning system in building-type distributed energy stations. Taking a southern building energy station as the research object， the ice storage system was configured based on the cold load， and the system operation strategy and economy were analyzed. Through analysis， it can be seen that the ice storage system has many operating conditions， and it is necessary to optimize the operation strategy under various conditions. The ice storage air conditioning system makes full use of the local time-of-use electricity price.

关键词：天然气分布式能源;冰蓄冷;经济性分析

Key words： natural gas distributed energy;ice storage;economic analysis

中图分类号：TU831? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編号：1006-4311（2020）04-0249-02

0? 引言

分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，以分散式、规模小为主要特征，系统容量的确定方式主要基于资源、环境效益最大化，通过整合优化用户能源需求及资源配置状况，提高系统能源利用效率，是相对于集中供能的分散式供能方式[1]。按供能范围的不同，分布式能源系统分为区域型和楼宇型。

楼宇型分布式能源站的负荷往往随着不同时段或不同季节而波动，能源站生产负荷往往和用户需求不能完全匹配[2-3]。为保证能源站对负荷的适应性，负荷常由基本负荷和尖峰负荷组成。为减少楼宇型分布式能源站设备初投资，提高系统经济性，通常配备蓄能装置，利用夜间谷电制冰或制热，白天峰电时段将热释放出来，降低供能成本。冰蓄冷技术是常用的蓄能技术之一[4-5]。

1? 冰蓄冷技术在楼宇型能源站的应用

1.1 楼宇型能源站概况

以南方地区建筑功能为甲级写字楼的某楼宇型建筑为例。其总建筑面积为12000平方米。经计算其最大冷负荷2400kW，考虑同时使用系数0.7，计算基本冷负荷为1680kW，夏季典型日空调逐时冷负荷曲线图如图1所示。

该能源站设计冷负荷由烟气热水型溴化锂机组和冰蓄冷空调系统共同承担。根据电力负荷选择1台600kW的燃气内燃发电机组，配套1台580kW的烟气热水型溴化锂机组，1台1458kW的双工况电制冷机组及冰蓄冷装置，蓄冷量7040kW（2000RT）。

1.2 冷负荷平衡

从图1可以看出，该建筑楼宇的冷负荷主要集中在7：00～19：00之间，且波动范围较大。能源站供冷方式多样，有余热供冷、电制冷机供冷及融冰供冷，根据夏季典型设计日逐时冷负荷曲线，平衡各供冷装置的运行时段，得到冷负荷平衡图如图2所示。

白天7：00～12：00冷负荷主要由溴化锂机组和双工况电制冷机组供应，该时段为用电平段，电制冷运行成本相对较低;14：00～17：00主要由溴化锂机组和冰蓄冷装置融冰供应，该时段为用电高峰期，电制冷运行成本高，融冰供冷可有效降低电力消耗;23：00～6：00由冰蓄冷装置蓄冷，利用该时段的电力谷价，降低蓄冷成本，蓄冷能力880kWh，总蓄冷量7040kW（2000RT）。

1.3 运行策略

从冷负荷平衡图可以看出，冷负荷的平衡需要能源站在多种工况下运行，其中冰蓄冷装置要承担双工况主机供冷、融冰供冷、蓄冰、双工况主机和融冰联合供冷等四种工况。结合该楼宇型冷负荷特点，设计冰蓄冷装置的运行流程图如图3所示。

从图3可以看出，冰蓄冷装置在不同工况下的运行主要由V1～V4四个电动阀进行控制调节。冰蓄冷系统的运行策略与冷负荷平衡图一一对应。冰蓄冷系统通过将供冷负荷转移到用电省或电费低的时间段，来减少供冷费用，因此必须合理规划各种工况以便既满足建筑物的供冷需求又节省运行费用，需要对各种工况下运行时间做规划，做好运行策略的优化控制。运行策略的优化控制一般根据项目的峰谷电价情况结合冷负荷做出一张运行策略表，并根据实际运行情况进行调整，以使能源站供冷成本达到最低。

1.4 经济性分析

冰蓄冷空调系统需要增加蓄冰槽、板换、乙二醇泵、管路等设施，相比常规电制冷空调系统，其初投资相对要高。对采用冰蓄冷空调系统和常规空调系统两种方案，以该能源站为基础，进行配置和经济性比较，详见表1。

从表2可知，冰蓄冷空调系统初投资高出常规电制冷系统30万元。但冰蓄冷系统利用夜间谷电期间进行蓄冷，白天融冰供冷，可有效减少峰时耗电，较常规电制冷系统年节约成本13.8万元，2.2年即可收回增量初投资。由此可知，对于楼宇型能源站所在地区存在峰谷电价差时，采用冰蓄冷系统较常规电制冷系统，具有较好的经济性。

2? 结论

本文基于南方某楼宇型分布式能源站，简要介紹了冰蓄冷技术及其应用，并从系统配置、运行策略及经济性等角度进行了分析。楼宇型分布式能源站负荷随季节、昼夜的波动很大，因此，由必要配置蓄能装置，以提高能源系统经济性。有冰蓄冷系统供冷的能源站，其运行控制相对较复杂，需要对运行策略进行优化控制，以进一步降低运行成本。当能源站所在地区有峰谷电价差时，冰蓄冷系统较常规电制冷系统经济性更好。

参考文献：

[1]康英姿，华贲.区域供冷系统与燃气分布式能源系统的结合[J].煤气与热力，2007，27（2）：62-66.

[2]秦渊，陈昕，王华超.冰蓄冷空调系统在楼宇型分布式能源站的应用[J].煤气与热力，2014，34（5）：21-24.

[3]金文，逮红杰.制冷技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]陆耀庆.实用供热空调设计手册（下册）[M].二版.北京：中国建筑工业出版社，2007：2114-2175.

[5]任秀宏，杨历，王丽娜.冰蓄冷空调系统与常规空调系统的经济比较[J].煤气与热力，2006，26（10）：65-66.

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