機(jī)場(chǎng)的冷熱負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，建筑物比較集中，負(fù)荷需求時(shí)間較長(zhǎng)，適合采用天然氣分布式能源的供能方式。目前，國(guó)內(nèi)外已有很多機(jī)場(chǎng)采用了天然氣分布式能源的先進(jìn)供能方式: 國(guó)外有馬德里Barajas機(jī)場(chǎng)、紐約JFK 機(jī)場(chǎng)、底特律Mc Namara 機(jī)場(chǎng)、米蘭linate 機(jī)場(chǎng)、倫敦Heathrow 機(jī)場(chǎng)等，國(guó)內(nèi)有長(zhǎng)沙黃花機(jī)場(chǎng)、上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)等。
國(guó)內(nèi)某機(jī)場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)1 座天然氣分布式能源站，主要滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)近期的主要冷、熱負(fù)荷及部分電力負(fù)荷需求。該機(jī)場(chǎng)定位為具有一定國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型樞紐機(jī)場(chǎng)，總建筑面積為航站樓56 萬(wàn)m2、機(jī)場(chǎng)酒店10 萬(wàn)m2、機(jī)場(chǎng)換乘中心8 萬(wàn)m2，共74 萬(wàn)m2。本文結(jié)合該項(xiàng)目設(shè)計(jì)案例，從負(fù)荷分析、設(shè)備選型及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等角度對(duì)機(jī)場(chǎng)采用分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及方案進(jìn)行初步探索。
1 負(fù)荷分析
分布式能源系統(tǒng)與常規(guī)較大規(guī)模的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組有著本質(zhì)的區(qū)別，分布式能源系統(tǒng)以滿(mǎn)足用戶(hù)冷熱負(fù)荷為主，發(fā)電只是其附屬產(chǎn)品。因此，分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)用戶(hù)的能源需求種類(lèi)和特點(diǎn)，以冷、熱負(fù)荷需求為主，兼顧電負(fù)荷需求綜合確定系統(tǒng)形式、裝機(jī)容量和運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的合理配置及高效運(yùn)行。
在項(xiàng)目規(guī)劃和初步設(shè)計(jì)階段，指標(biāo)法作為簡(jiǎn)潔、有效的建筑能耗估算方法得到了廣泛應(yīng)用。該項(xiàng)目結(jié)合項(xiàng)目所在地區(qū)的氣候特點(diǎn)，綜合建筑功能、樓內(nèi)人員密度、設(shè)備照明、使用時(shí)間等因素，對(duì)該機(jī)場(chǎng)全年的冷、熱、電負(fù)荷進(jìn)行了的能耗分析計(jì)算，得出該項(xiàng)目設(shè)計(jì)負(fù)荷如下: 設(shè)計(jì)冷、熱、電負(fù)荷分別為70 688， 31 662， 28 241 kW，平均生活熱水負(fù)荷為1 780kW，生活熱水最大熱負(fù)荷為4448 kW。全部建筑的冷負(fù)荷典型日及全年的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖1 ～2 所示。
圖1 典型日冷負(fù)荷變化
圖2 全年逐時(shí)冷負(fù)荷變化
從圖1 ～ 2 中可以看出，不同功能建筑的冷負(fù)荷峰值出現(xiàn)的時(shí)段不同，如航站樓、換乘中心負(fù)荷峰值區(qū)間出現(xiàn)在15: 00—16: 00 時(shí)，酒店負(fù)荷峰值區(qū)間出現(xiàn)在13: 00—14: 00 時(shí)，航站樓所占冷負(fù)荷比例較大，典型日的逐時(shí)冷負(fù)荷變化趨勢(shì)與航站樓的負(fù)荷變化趨勢(shì)接近。同時(shí)，由于冷熱負(fù)荷受外界環(huán)境溫度影響較大，制冷季初期及后期負(fù)荷較小，最大冷負(fù)荷出現(xiàn)在7 月中旬。熱負(fù)荷及電負(fù)荷的變化也主要受建筑物功能及外界環(huán)境溫度的影響，如圖3 ～8 所示。
圖3 典型日熱負(fù)荷變化
圖4 全年逐時(shí)熱負(fù)荷變化
圖5 夏季典型日電負(fù)荷變化
圖6 冬季典型日電負(fù)荷變化
圖7 過(guò)渡季典型日電負(fù)荷變化
圖8 全年逐時(shí)電負(fù)荷變化
2 設(shè)備選型及分析
在充分研究項(xiàng)目冷、熱、電負(fù)荷的基礎(chǔ)上，為了提高系統(tǒng)綜合能源利用效率、降低運(yùn)行成本，系統(tǒng)以“以熱( 冷) 定電、欠匹配”為原則合理配置機(jī)組形式和容量。目前，三聯(lián)供系統(tǒng)中應(yīng)用較多的發(fā)電機(jī)形式有燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和微燃機(jī)，余熱利用設(shè)備有各種形式的余熱吸收式空調(diào)機(jī)組。根據(jù)該項(xiàng)目的負(fù)荷特點(diǎn)及運(yùn)行規(guī)律，采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組更適合該項(xiàng)目的供能特點(diǎn)。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)系統(tǒng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)穩(wěn)定負(fù)荷，通過(guò)調(diào)峰設(shè)備滿(mǎn)足最大負(fù)荷需求，保證主機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行處于高效狀態(tài)。
該項(xiàng)目所發(fā)電力采用“并網(wǎng)不上網(wǎng)，電網(wǎng)備用”的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目負(fù)荷分析，設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為70 688 kW，穩(wěn)定冷負(fù)荷約為10 000 kW，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為31 662 kW，穩(wěn)定熱負(fù)荷約為8 000 kW，按照以冷( 熱) 定電、冷( 熱) 電平衡的設(shè)計(jì)原則，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組總發(fā)電容量在8 ～ 12 MW 等級(jí)，綜合年供能量及財(cái)務(wù)分析結(jié)果，確定項(xiàng)目裝機(jī)容量定為10 MW 等級(jí)，采用4 臺(tái)JMS616 型( 額定功率2677 kW) 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)。
分布式能源中心余熱利用工藝需綜合考慮發(fā)電機(jī)組的種類(lèi)、熱效率、余熱品質(zhì)等參數(shù)。根據(jù)項(xiàng)目情況及燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的余熱利用特點(diǎn)，該項(xiàng)目選用4 臺(tái)2 326 kW 煙氣熱水型溴化鋰機(jī)組，確保達(dá)到較高的余熱利用率。
同時(shí)，該項(xiàng)目“欠匹配”部分冷、熱負(fù)荷采用調(diào)峰設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足，從設(shè)備投資、運(yùn)行維護(hù)、占地等角度綜合考慮采用5 臺(tái)5 977 kW 水冷機(jī)組及4 臺(tái)5 600kW 燃?xì)忮仩t。由于該項(xiàng)目所在地區(qū)實(shí)行峰、谷、平電價(jià)，空調(diào)負(fù)荷晝夜差較大，非常適合采用蓄冷技術(shù)，但考慮到項(xiàng)目為機(jī)場(chǎng)供能，能源站用地緊張，方案中供冷系統(tǒng)中采用了部分冰蓄冷，選用5 臺(tái)3 014kW 雙工況水冷機(jī)組。
3 經(jīng)濟(jì)可行性分析
在機(jī)場(chǎng)總供能面積為74 萬(wàn)m2、年供冷量、年供熱量、年供生活熱水量相同的條件下，分析對(duì)比分布式能源供能與機(jī)場(chǎng)常規(guī)供能方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性( 見(jiàn)表1) ，常規(guī)方式采用燃?xì)忮仩t+ 電制冷方式。
從表1 中可以看出，建設(shè)分布式能源站與機(jī)場(chǎng)采用常規(guī)供能方式相比而言，在同樣的冷熱量需求下，分布式能源站不僅可以為機(jī)場(chǎng)提供優(yōu)惠于常規(guī)供能系統(tǒng)的冷、熱、電價(jià)，同時(shí)也可為機(jī)場(chǎng)自身節(jié)省常規(guī)供能方式的初投資及年運(yùn)行成本等費(fèi)用。項(xiàng)目建成后，與同容量常規(guī)供能系統(tǒng)相比，該項(xiàng)目年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6 115.76 t /a，節(jié)能率為33.7%，年CO2減排2.3 萬(wàn)t /a，減排率為53.0%，具有較好的環(huán)境效益。
4 結(jié)論
( 1) 分布式能源系統(tǒng)具有安全、可靠的特點(diǎn)，與電網(wǎng)可互為補(bǔ)充，互為備用。能源站的建設(shè)不僅保障了機(jī)場(chǎng)的熱電供應(yīng)，而且可以進(jìn)一步提高機(jī)場(chǎng)供能的經(jīng)濟(jì)、安全和可靠性，替代機(jī)場(chǎng)備用電源，為機(jī)場(chǎng)節(jié)省應(yīng)急電源投資費(fèi)用。
( 2) 機(jī)場(chǎng)具有穩(wěn)定的冷熱負(fù)荷需求，且冷熱負(fù)荷持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，較適合采用分布式能源供能系統(tǒng)。同時(shí)，與常規(guī)供能方式相比，分布式能源可提供更優(yōu)惠的能源價(jià)格。
( 3) 該項(xiàng)目燃用清潔燃料，采用燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)分布式能源技術(shù)，熱效率高，環(huán)境效益突出。項(xiàng)目建成后，與同容量常規(guī)供能系統(tǒng)相比，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6 115.76 t，節(jié)能率為33.7%，每年CO2減排2.3 萬(wàn)t。
( 4) 隨著國(guó)內(nèi)天然氣定價(jià)機(jī)制的不斷完善，天然氣分布式能源將進(jìn)入良性發(fā)展階段。
