济南市办公建筑群分布式能源系统方案设计与经济性分析

济南市办公建筑群分布式能源系统方案设计与经济性分析班级：热动101学号：201005385姓名：秦国强指导老师：周恩泽老师主要内容第1章能源与可持续发展第2章分布式能源系统的概述第3章分布式能量系统的发电技术及余热利用技术第4章分布式能源的技术方案与能源配置原则第5章本工程的背景、负荷计算与系统方案选择第6章经济性分析第1章能源与可持续发展人类社会一经历了三个能源时代，即柴薪时代、煤炭时代、石油时代，能源消费结构发生了两次重大的转变。新的能源消费结构是以天然气、水合物为主，核能、风能、太阳能、石油、煤炭为辅的多种一次能源并存的能源消费模式。能源领域中实施可持续发展战略，除了继续优化能源结构和和提高化石燃料清洁化处理技术外，关键是节约能源，提高能源利用率。这是实施可持续发展战略的客观需要。理论和实践证明，时至今日，节能的潜力仍是不可低估的，例如现在急需搭理推广的分布式能源技术。第2章分布式能源系统的概述近年来，随着人们对能源的需求不断增加和对环境保护意识的增强，使得人们对能源的利用方式逐渐趋于高效与合理。在这种背景下，分布式能源技术（DistributedEnergyResource,DER）因其与传统能源利用方式相比具有利用率高、经济性好、环保等优点，越来越引起各国重视。分布式能源系统定义什么是分布式能量系统呢？一般认为，它指的是以可再生能源或天然气等洁净化石燃料为能源的、孤立的或只与配电网相联系的小型能量系统。随着分布能源技术的不断发展，以天然气为主要燃料，推动燃气轮机或内燃机发电，再利用发电余热向用户供冷、供热的燃气冷热电三联供系统已成为分布式能源的一种主要形式.燃气冷热电三联供，也叫CCHP（CombinedCooling、Heating&Power），它主要利用燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电，对做功后的余热进一步回收，用来制冷、供暖、生活热水。使用能源主要为天然气，也有少量使用石油气、沼气、煤层气等主要有区域式DCHP和楼宇式BCHP优点与传统集中式供能方式相比，天然气分布式能源具有:1、能效高:≥70%，超超临界45%～48%；（梯级利用、近距离传输）2、清洁环保:无SO2、粉尘、固体废弃物排放，CO2只有煤电的60%；3、安全性好:就近生产就近使用4、耗水少:只有煤电的1/35、用地用地少:只有煤电的30%～40%6、削峰填谷：降低天然气以及电力调峰压力燃气冷热电三联产系统基本原理是温度对口、梯级利用，其原理图如图所示。首先洁净的天然气在燃气发电设备内燃烧产生高温高压的气体用于发电做功，产出高品位的电能,发电做功后的中温段气体通过余热回收装置地回收利用，用来制冷、供暖，其后低温段的烟气可以通过再次换热供生活热水后排放。通过对能源的梯级利用，充分利用了一次能源，提高了系统综合能源利用率。高温段中温段低温段环境温度电能驱动热泵驱动吸收式制冷机除湿生活热水排放第3章分布式能量系统的发电技术及余热利用技术分布式能量系统是在先进的材料技术、灵活的制造工艺灯新技术的基础上，具有低污染排放、灵活方便、高可靠性和高效率的小型发电设备。分布式能量系统的发电技术包括内燃机、燃气轮机、微型燃气轮机、燃料电池、斯特林机等发电机技术。分布式能量系统的主要特征包括燃料的多元化、设备的小型化、微型化、冷热电联产化以及满足高标准的环保要求。其余热利用装置一般是指各类溴冷机。第4章分布式能源的技术方案与能源配置原则一般来说,天然气热电冷联供系统的模式主要有以下5种：1）动力设备(燃气轮机)+吸收式制冷机2）动力设备(燃气轮机)+补燃型吸收式制冷机3）动力设备(燃气内燃机)+余热/直燃型吸收式制冷机4）动力设备(燃气轮机)+余热锅炉+蒸汽轮机+吸收式制冷机5）动力设备(燃气轮机或燃气内燃机)+压缩式制冷机“以电定热”主要用于对电力要求高，但又与电网相连有困难的项目。此设计原则容易造成余热过多，无法充分利用而浪费，就与分布式冷热电联供系统节能经济的宗旨相违背。以电定热”原则是根据用户的电力需要来选择机组的形式，当余热不能满足需求的时候，其不足的部分热量可以通过补燃的方式进行补充，这种方式一般不需要外部供电，可以形成独立的自供电系统，但需要将发电机组的发电余量保持在最低水平，避免过剩电力处理的麻烦，同时，由于自供电系统的容量有限，系统自身用电负荷和用户用电负荷的变化，都需要通过发电机组来调节，发电机组发电报量的变化又会影响到冷热功量，因此系统比较复杂本工程设计根据实际情况主要选择“以热定电”能源配置原则.此原则首先要考虑到满足建筑群的冷热负荷，再根据冷热负荷所选的制冷供热设备来选择原动机的型号，以此来确定分布式能源系统方案。“以热定电”基本的步骤为：①首先要确定建筑物的冷热负荷，根据最基本的冷热负荷来选择溴化锂吸收式制冷机，满足建筑物的冷热负荷。②其次，根据所选择的溴冷机，再选择配套的原动机（小型燃气轮机、燃气内燃机），由于现行的电网政策为不能并网，所发电量不能超过电负荷的估算值，不足电量从电网购买。③选择配套的水泵、冷却塔。④完成分布式能源系统的设计第5章本工程的背景、负荷计算与系统方案选择济南市行政中心包括济南市四套政府班子办公、党群口办公、政府综合部门办公和由大礼堂、外事接待、展览等功能组成的市民中心。A区六层高，B区九层高，D区九层，E区六层高。总建筑面积:120221平方米，其中：地上建筑面积96019平方米，地下建筑面积24112平方米,计算空调面积：58556m2。地下层为停车库、设备用房及公共浴室、职工餐厅等辅助用房。建筑高度：44.70米。建筑5区总共有32个地上防火区，3个地下防火区，建筑群附近为商业及居民区，无大面积水源，有一定的绿化面积。照明及动力来源于自身的分布式能源供应以及电网的供电。该行政中心总共设有32个电梯。设计冷负荷：8550607KW设计热负荷：7130814KW电梯按一般的12人1.5m/s速度算，功率约为15KW。5个区总共有32个电梯，故电梯的总功率为：32×15=480KW该建筑群的照明与设备功率的总和为：1602KW选项方案1方案2方案3冬夏季电负荷KW2543.92975.74048.2春秋季电负荷KW208220822082本工程系统方案选择方案一、微型燃气轮机+烟气双效型溴化锂吸收式冷温水机系统控制：春秋季及节假日、夜晚时，机组停止运行。选择合适的补燃型烟气溴冷机，以满足建筑物的冷热负荷为主要目标，燃气轮机的发电量随着建筑物的电力负荷的变化而变化，故溴冷机的制冷量与制热量而随之变化。由于现行的国家政策，分布式能源可以并网但不可以上网，故选择的发电设备所发电量要小于建筑物的电负荷，不足电力从电网购买，不足冷、热量通过补燃解决。由于政府办公大楼的性质所在，故机组只在上班时间运行，故机组运行时间为每个工作日的8:00-18:00。夜晚的值班室电力及建筑群照明电负荷从电网购电解决。烟气双效型溴化锂吸收式冷温水机组选择希望深蓝公司生产的烟气补燃型溴化锂吸收式冷温水机组YZX-349D一台与YZX-465D一台，YZX-349D制冷量3490KW，制热量2931KW。YZX-465D制冷量4650KW，制热量3908KW。微型燃气轮机选择Solar（索拉透平公司）生产的型号为土星20的小型燃气轮机机组一台，出力1210KW方案二、燃气内燃机+烟气热水型溴化锂吸收式机组+直燃机方案控制：春秋季及节假日、夜晚时，机组停止运行。为了提高冷热负荷调节范围，所以增加了直燃型溴化锂机组，为了充分利用内燃机的缸套冷却水，所以用了烟气热水型溴化锂机组。①当所需冷热负荷减小时，可以通过调节内燃机发电机组的发电功率来调节冷热负荷。②当所需的制冷量需要增加时，而内燃机没有达到额定功率时，可以通过改变内燃机的发电功率来调节冷热负荷：当内燃机在额定发电功率时，可启用直燃机溴化锂机组，直接燃烧天然气来增加冷热负荷。③当所需要的电力负荷较少时，可调节内燃机，减少电力负荷；当所需电力负荷增加，而燃气轮机已经在最大的电力负荷下工作时，可以从电网购电。烟气热水型溴冷机型号选择大连三洋集团的YP-22HD一台与YP-63HD一台。制冷量分别为760KW、3168KW，制热量为别为426KW、1776KW。燃气内燃机选用卡特彼勒（Caterpiller）公司的CaterpillerG3516LE型号3台燃机出力975KW。方案3：购电+水冷机组+市政管网系统控制：此方案应能实现变频自动控制，故为一台水冷机组添加变频装置。夏季时，当冷量需求较小时，例如需求冷量小于3868KW时，只运行一台离心式变频冷水机组。冬季从市政管网购买热量。冷水机组选择约克公司生产的螺杆式一台与离心式水冷机2台。YSCACAS25CEE制冷能力为823KW，YKHHGBJ15CFX制冷量为3868KW。第6章经济性分析设定供冷期为123天，供热期为120天，机组每天运行10小时。根据济南市基础设施配套费标准可得，燃气配套费为20元/平方米。故燃气配套费为：120221*20=2404420元电价为0.733元/千瓦时天然气单价为4.14元/立方米天然气集中供热价格按济南物价局最新价格27.70元/平方米计算。人工费为：6×8=48万元/年供热管网配套费按78元/m2收取，故该建筑群的供热管网配套费为：120221*78=937.7万元。另外，假设每平方米的暖气片费用与安装费用取25元，则可得建筑群的暖气片价及安装费：120221*25=300.55万元。方案1的初投资费用项目燃气轮机（1台）烟气补燃型溴冷机(2台）水泵（4台）冷却塔（3台）设备费小计费用（万元）539.5561.816.9271.41189.62项目设备费设备安装费燃气配套费管道费总计费用（万元）1189.6259.48240.4360.661850.16方案2的初投资费用项目内燃机（3台）烟气热水型溴冷机水泵（4台）冷却塔（2台）直燃机（2台）总计费用（万元）881.7274.99.4646.2495.61707.86费用项目内燃机（3台）烟气热水型溴冷机水泵（4台）冷却塔（2台）直燃机（2台）费用（万元）881.7274.99.4646.2495.6方案3初投资项目水冷机组(3台）水泵（6台）冷却塔（2台）暖气片费用总计费用（万元）429.314.5552300.55796.6项目设备费设备安装费供暖管网配套费管道费等总计费用（万元）796.639.83937.7360.662134.79各方案的运行费用方案单位方案1方案2方案3燃料费元3534827.228965751.26/电费元320274114032636669756暖气费元//3330000人工费元480000480000480000运行维护费元92500011970001067000总计元81425681204601411546756费用年值用折算费用表示，包括初投资、年运行费用(电费或燃气费)，机组运行年限均取30年。计算公式如下：年费=(初投资+30x年运行费用）/30方案名称初投资（万元）运行年费（元）费用年值（万元）方案11850.168142568875.9方案22394.31120460141284.4方案32134.79115467561225.8方案名称初投资（万元）运行年费（元）费用年值（万元）方案11850.168142568875.9方案22394.31120460141284.4方案32134.79115467561225.8由前述经济性分析，最终确定微型燃气轮机+烟气补燃型溴冷机作为本设计的建筑群的最佳分布式能源系统,即方案1为最佳分布式能源方案。分析：从上表中可以看出方案2与方案3的费用年值十分接近，这是由于现在的政策所造成的，由于不能上网的国家政策，所以所发电量要严格控制，避免造成不必要的浪费。而分布式能源系统所提供冷热量又远远不够，故增加了两台直燃机提供必要的冷热量，而单独的直燃机的经济性又不如分布式能