多种能源形式能源站设计研究黄代玉

黄代玉

摘要：目前，人们对于能源的研究尚处于前期探索阶段，对于能源功能和结构也有许多设想，以可再生能源的优化调度为主要特征的能源利用平台将是未来的主要发展方向，不同能源有不同的特性，科学的评价体系将为这一调度提供决策的基础。

关键词：可再生能源；多种能源；能源站；设计

1能耗统计与分析

本文以某新建能源站为例，具体分析能源形式的选用、配比及运行策略。本能源站向两家大型综合医院供冷供暖及部分生活热水。两家医院相邻，能源站规划在两家医院交界处，以缩短能源输送距离，降低输送能耗。首先由两家医院及设计单位提供需求，结合相关标准及工程经验对冷、热负荷进行统计与分析，为接下来的工作提供数据基础。

表1中冷热负荷均为峰值负荷，而实际情况下，峰值负荷出现频率较低。在相当比例的既有建筑中，空调机组满负荷运行的情况只占其运行寿命的1%-5%，多数工况下低于80%峰值负荷。在120天的供暖季中，只有10天左右满负荷运行，多数情况低于80%峰值热负荷。

此外，根据气象资料，近年来四季平均最高气温变化趋势较复杂，冬季增温显著，夏季降温显著，故不应只考虑峰值负荷。在本能源站中，选用多种能源形式共同供能，将80%峰值负荷作为重要参考依据，设计可再生、经济的能源形式满足一般条件下的冷热负荷，并辅以常规能源形式，保证峰值负荷下的能源供给。

2能源站的方案

本能源站充分考虑所在地区的能源形式，结合医院自身能耗需求的特点，设计多种能源综合利用的能源站。所在地区有丰富的地热水及浅层地热资源，故以这两种能源为主。利用峰谷电价机制，设计冰蓄冷系统。利用地区丰富的太阳能和医院充足的屋顶面积，设计太阳能热水系统。为保证设备故障与极端天气条件下的供热及生活热水需求，设计调峰补热燃气锅炉系统。合理搭配各能源形式，使能源供给安全、节能、经济。

2.1地热井水梯级利用系统

项目所在地有多个雾迷山组地热井开采的成功案例，且能源站选址与已有地热井距离均在2km以上，不影响本能源站开凿地热井。地热井水是清洁环保的可再生能源，系统能效比很高，节能效果显著。能源站西北侧已开凿地热井的出水量100m3/h，动水位降只有7.13m，远小于国家规定的20m。经探查核算后，本地热井按出水量120m3/h配置设备。地热井水梯级利用系统(简称地热)中，地热井水一次换热从83℃降至41℃，得热5860kW作为供热热源。地热井水二次换热，水温从41℃降至8℃，提供水源热泵机组7℃/23℃的源水247m3/h。水源热泵源水侧采用串联连接，增加第一台机组能效13%，降低源水侧水泵流量50%，节能效果显著。两台串联水源热泵机组冬季提供热量5600kW，夏季提供冷量4700kW，即地热系统提供热量11460kW，冷量4700kW。

2.2土壤源热泵系统

土壤源热泵系统(简称地源热泵)属清洁环保的可再生能源，地源热泵能效较高，适用于有供冷供热需求的建筑。大力推广浅层土壤源热泵系统，对优质项目进行政策补贴。由于地热的冬季供热量远大于其夏季的供冷量，故以地热与地源热泵共同承担全部热负荷，即地源热泵需承担6920kW。据此设计的地源热泵夏季可供冷6500kW，不足部分通过冰蓄冷及电制冷补充。适当减少地热与地源热泵所占能源比重，也可以减小这两种能源系统检修、故障时对整个能源系统的影响。该地源热泵需室外地埋管井1500个，占地42000m2。

2.3流态冰蓄能供冷系统

由上可知，夏季有12170kW的供冷缺口，而增大地热或土壤源热泵，不仅增加投资，更会造成冬季供热能力的浪费，因此设计电制冷负担冷负荷缺口。市执行峰谷电价政策，鼓励用户采用蓄能技术进行削峰填谷。由表2可知，电价是谷价的2.8倍。虽然一般情况下冰蓄冷系统由于制冰主机COP降低，耗电量较常规电制冷系统增加约30%，但结合电价机制，其运行仍非常经济。本方案中采用流态冰蓄能技术。不同于冰盘管或冰球，流态冰蓄能技术具有蓄冷密度大，流动性好，传热性能强，融冰降温速度快的特点。流态冰的冰晶不会附在换热表面，蓄冰池不需要特定形状，适应性强，冰晶换热面积大。融冰迅速、彻底，可提供低于0℃的冷源，适合低温送风，大温差供回水系统。有文献表明流态冰的制冰能效比传统制冰方式提高30%以上。在工程中流态冰蓄能系统能效也能提高13%以上。因此，结合峰谷电价政策，本能源站采用流态冰蓄能供冷系统。

结束语

能源站应结合当地能源条件，充分利用节能环保的能源形式，并合理配比。以一个多能源形式的能源站为例，探讨多种能源形式综合利用时能源的选择与配比及其运行策略。与传统的电制冷加锅炉供热的能源形式相比，多种能源形式能源站更经济，安全性更高，更节能环保。

参考文献

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