北京某购物中心项目热电冷联产能源岛技术解决方案

北京某购物中心项目热电冷联产能源岛技术解决方案一、项目概述：由北京某投资有限公司承建的北京某购物中心项目即将开工建设，该项目位于北京某工业开发区，总建筑面积373，000m2，其中购物中心326，960m2，酒店式公寓46，040m2，项目建成后将是北京最大、最现代化的商业购物中心。北京恩耐特分布能源公司已为本项目编制了项目热电冷联产技术解决方案，根据业主要求，本公司在恩耐特分方案基础上再提出能源岛解决方案，供业主和有关专家参考。采用热电冷能源供应中心技术来解决大型购物中心的电力、制冷、采暖、热水和新风除湿，以及游泳池温水等能源产品供应，这是世界发达国家普遍采用的先进能源技术，它通过对能源的“温度对口。梯级利用”，实现高度的节能，从而降低用户能源成本，并实现对环境的保护。北京市委书记刘淇最近在一份专家建议上批示，北京应该发展使用分布式能源系统建设的中、小型燃气轮机热电冷联产，另有三位副市长明确支持在北京大力发展小型分布式能源系统，以解决北京的电力、热力瓶径问题，同时优化天然气使用结构。为什么要发展分布式能源--小型燃气热电联产，首先该技术有非常好的经济性，北京市物价局已经公布用于区域热电冷联产项目的天然气价格为1.4元/立主米，以天然气价格使用小型燃气轮机热电冷联产的项目，在北京商业用电高峰、平峰两段平均电价0.814元/kWh条件下，供热期每利用1立方米天然气可以产生3.44元的直接经济收益，减去天然气成本的效益为2.04元；制冷期可以产生3.24元的直接经济收益，减去天然气成本的效益为1.84元，等于免费使用天然气后再有0.44～0.64元的经济收益，完全可以满足设备运行成本和折旧，是一种“一本万利”的新技术，既节约了能源，又节约了金钱。天然气产值分析(北京商业峰段平均电价)项目单位小型燃机热电冷微型燃机热电冷燃气内燃机热电冷燃气外燃机热电燃气锅炉蒸汽溴化锂天然气价格元/m31.41.651.651.651.8/1.7发电效率30%28%35%31.50%0.00%单位燃气发电量kWh/m32.932.733.423.080.00电价元/kWh0.814发电收益元/m32.392.232.782.500.00供热效率50%50%40%50%85%单位燃气供热量kWh/m34.884.883.914.888.30供热成本价元/kWh0.2168供热收益元/m31.061.060.851.061.80热电联产收益元/m33.443.293.633.561.80供热差值2.041.641.981.910.00单位燃气制冷量kWh/m34.883.662.549.77制冷成本价元/kWh0.1740制冷收益元/m30.850.640.441.70冷电联产收益元/m33.242.863.221.70效益差值1.841.211.570.00上表说明发展燃气热电联产对用户具有极好的经济性，实际上在发电供热以外，还有免费的高温热水或生活用的温水供应，并可以利用余热锅炉的排烟的废烟气进行除湿干燥，其经济效益显而易见。二、设计原则分布式能源设计的最关键因素是根据用户的实际需要，对于用户的多种需求特性进行实事求是的分析，制定一个具有最大适用性的设计方案。北京某购物中心项目的特性是现场没有现成的电力、热力供应条件，但有天然气高中压管道供应，如果采用传统方式必须自建变电站并施工进行电力接入，同时自建锅炉房、换热站、制冷系统、新风除湿系统、热水锅炉、应急发电机组等能源设施。还需要解决施工电源、施工阶段的临时建筑采暖等一系列问题。所以建设能源中心将可以一揽子解决该工程的所有能源需求，并有效降低工程中能源系统建设的综合投入，真正实现即节能又省钱。此外，购物中心的能源使用结构比较简单，电力、采暖、制冷、新风系统基本同步，需求相对比较匹配，系统的调节因素不复杂，自主保障困难不大。因此，我们建议采用：能源岛设计方案，即自己解决全部能源供应，除天然气和水利管网外不与外部能源设施联系，自给自足。由于本项目工程浩大，可以采用多机组方案，且可以使用天然气/柴油双燃料的燃气轮机技术，所以完全可以实现能源供应的自保和安全。在北京发展分布式能源项目中，最大阻力是电力部门，因此采用能源岛技术解决方案可以不依靠电力系统，不用与电力公司周旋，自己掌握主动。三、工程设想：利用现有天然气中压管道气源条件，首先购置3台1000kW级燃气内燃机发电机组，解决工程建设的电力供应，并负担建设期临时建筑物的采暖供应。在主体工程东南角地下室建设一热电冷能源综合供应中心，主设备采用两台调节灵活，运行可靠的5500千瓦等级燃气轮机发电机组，并利用其余热驱动两台28吨级补燃/余热锅炉，冬季利用余热产生24吨蒸汽支持供热系统运行；夏季将系统总量最大补燃到52吨蒸汽以支持制冷运行；过度期提供20吨蒸汽以支持热水和除湿系统的运行。采用8公斤180℃过热蒸汽，在主体工程外建设一条热力环网蒸汽管线，输送蒸汽支撑4个角中的东北、西北和西南三个热力--制冷站。每站安装1台2500冷吨蒸汽溴化锂制冷机组，4000kW板式(汽-水)换热器，以及蒸汽除湿机组和一个用于供应卫生热水的蓄热式(水-，水)换热器。而能源中心自身除1台2500冷吨蒸汽溴化锂制冷机组，4000kW板式(汽-水)换热器和一个卫生热水(水-水)蓄热式换热器外，除湿将利用锅炉排出的150℃烟气，同时还要回收内燃机的余热参加系统运行。在冬季，由于燃气轮机热电系统主要在9-22点使用，23-8点需要采用蓄热技术解决采暖保温问题，所以必须建设一些蓄热水池，将白天用不完的热量储存起来，在夜间使用。电力系统采用6600V电压输出，支持系统内6kV环网，利用燃气轮机的灵活调节性能，直接支持购物中心总用电系统的安全运行，两套5.5MW燃气轮机作为系统基本负荷和细部电力调节系统。3台1MW燃气内燃机担任梯级调节和燃气轮机停机后的系统电力供应，以保障酒店式公寓和购物中心内外区域的基本照明需求。一台燃气轮机采用双燃料保障系统，在天然气供应中断供气时作为应急电源使用。四、项目条件：1、北京地区基本环境条件：海拔高度：48M，平均温度14℃，相对湿度60%。由于购物中心主要利用时间为上午9点至晚上10点，所以本方案主要参考日间平均温度。北京季节平均温度趋势图2、天然气：低热值(LHV)8400kCal/M3，价格1.4元/M3陕甘宁天然气成分项目组成单位数值甲烷CH4%95.9494乙烷C2H6%0.9075丙烷C3H8%0.1367硫化氢H2S%0.0002二氧化碳CO2%3水H2O%0.0062高位热值HHVMJ/Nm339.0051kCal/Nm39316.21低位热值LHVMJ/Nm335.1597kCal/Nm38397.75密度Kg/Nm30.7616比重0.589动力粘度U×10-40.1056运行粘度V×10-40.1385爆炸上限%5.1爆炸下限%15.363、北京经济技术开发区实行两部制电价为：北京经济技术开发区已经实行两部制电价，容量电价为30元/月；电量电价为：高峰0.4703元/kWh，平峰0.3643元/kWh，低谷0.2733元/kh。北京经济技术开发区电价用户类别两部制电价单一制电价容量电价元/月/千伏安电量电价(元/千瓦时)高峰平段低谷电量电价元/千瓦时工业用电电价其中：100KW及以上300.4310.3350.252100KW及以下200.7250.4880.272商业用电电价300.4690.3630.2720.8其他用电电价280.495.3760.2720.7居民生活用电电价0.44燃气轮机应用电价时段容量电价电价利用时间单位元/kW/月元/kWhhrs高峰平峰平均300.470370.364370.417314应用电价0.4856#1号内燃机应用电价时段容量电价电价利用时间单位元/kW/月元/kWhhrs高峰平峰低谷平均300.470380.364380.273380.369324应用电价0.4104#2#3号内燃机应用电价时段容量电价电价利用时间单位元/kW/月元/kWhhrs高峰平峰平均300.470360.364330.43509应用电价0.54464、热价：北京市规定采暖锅炉的天然气价格为1.8元/M3，按照锅炉实际供热效率85%计算，热价为0.2168元/kWh。5、冷价：北京市为鼓励夏季利用天然气，对制冷用气实现优惠气价，价格为1.7元/M3，按照有效制冷COP1计算，冷价为0.174元/kWh。6、设备利用时间：购物中心每日8∶30至22∶30营业，年利用时间5270小时。燃气轮机系统利用时间季节天数日运行小时季运行时间供暖季151142114供冷季174142436过渡季4014720总和3655270燃气内燃机其中1台终年运行，另2台每日调峰运行，每日平均运行9小时，也为14小时，年利用5270小时。五、主要设备：1、燃气轮机：燃机前置循环(也称：单循环)热电联产是一种技术先进、高效率、低污染的清洁燃烧热电生产工艺，它先通过燃气轮机的压缩机将空气压缩十几倍注入燃烧室与燃料混烧，温度超过1，000℃，使压缩空气热膨胀推动叶片带动燃气轮机发电进行首次能源利用；功后热烟气温度一般还有500℃，将其排入余热锅炉转换蒸汽，加以利用。本项目建议采用2台美国索拉公司金牛座(TAURUS)60燃气轮机发电机组。系统示意图由于工艺决定，燃气轮机热电联产具有许多优势。首先是维护率低：燃气轮机是一种连续运行的发电技术，不同于内燃机需要不断点火和更换机油，基本不需要太大的维护工作量。由于维护率低，设备可利用率非常高，天然气为燃料的内燃机组平均可利用时间小于7000小时，而燃气轮机平均超过8000小时。索拉燃气轮机的大修周期为30000小时，检修时可以预先租用一台机组，一般在48小时内可以完成更换，如果需求稳定，年设备利用小时能够达到8500小时以上。由此进一步带来的效益是发电运行成本低，燃气内燃机的运行成本为0.1-0.13元/kWh，燃气轮机为0.03-0.055元/kWh。索拉公司是位于美国加州圣地亚哥市的专业燃气轮机制造厂家，属于世界500强企业卡特彼勒公司的子公司。该公司生产的小型燃气轮机在世界同类产品市场上的占有率超过70%，截止到去年，已经生产从700～15000kW各类燃气轮机超过11566台，累计运行时间11.08亿小时。索拉业绩ExperiencebyPackageUnitsSoldEst.Hours(000's)CompressorSets3.325475.390MechanicalDrives2.254287.730GeneratorSets5.169299.000PackagerAssociates81845.930Total11,5661,108,050索拉公司在中国已经销售了98套机组，主要在油田和海上平台，以及大量热电联产项目上，是中国使用最多的小型燃气轮机。该公司已经在天津港保税区建立的备品备件仓库，备有各种型号机组的大量备件、部件、易损消耗件和备用机组。在北京还有多名售后服务和技术支援专家，能够提供及时而又廉价的现场技术服务。金牛座(Taurus)60技术参数(ISO工况)：发电出力：5500kW发电热耗：11840JG/kWh发电效率：30.4%烟气流量：23240kg/hr排烟温度：510℃燃气进气压力：17.24Bar机组长度：8800mm机组宽度：2500mm机组高度：2600mm机组重量：29478kg2、余热锅炉：是用于回收燃气轮机余热烟气，将其转换为工业蒸汽的主要设备。余热锅炉可以采用国内一些专业厂家的产品，主要厂家有：(1)杭州锅炉厂：该厂是国内专门从事余热锅炉制造的厂家，是国内燃气轮机电厂余热锅炉的主要生产厂家。但该厂比较偏重于较大的余热锅炉；(2)舰船工业总公司703所：该所是我国舰船动力的主要设计机构，专门设计制造船用和陆用动力设备的作热回收锅炉，也曾为国内许多燃气轮机电厂配套锅炉；(3)机械工业部成套所：不仅在国内设计和组织制造了大量燃气轮机和燃气内燃机余热锅炉，