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 373，000m 2，其中购 物中心 326，960m 2，酒店式公寓 46，040m 2，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 0.440.64 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/m 3 1.4 1.65 1.65 1.65 1.8/1.7发电效率 30% 28% 35% 31.50% 0.00%单位燃气发电量 kWh/m 3 2.93 2.73 3.42 3.08 0.00电价 元/kWh 0.814发电收益 元/m 3 2.39 2.23 2.78 2.50 0.00供热效率 50% 50% 40% 50% 85%单位燃气供热量 kWh/m 3 4.88 4.88 3.91 4.88 8.30供热成本价 元/kWh 0.2168供热收益 元/m 3 1.06 1.06 0.85 1.06 1.80热电联产收益 元/m 3 3.44 3.29 3.63 3.56 1.80供热差值 2.04 1.64 1.98 1.91 0.00单位燃气制冷量 kWh/m 3 4.88 3.66 2.54 9.77制冷成本价 元/kWh 0.1740制冷收益 元/m 3 0.85 0.64 0.44 1.70冷电联产收益 元/m 3 3.24 2.86 3.22 1.70效益差值 1.84 1.21 1.57 0.00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/M 3，价格 1.4 元/M 3 陕甘宁天然气成分项目 组成 单位 数值甲烷 CH 4 % 95.9494乙烷 C 2H 6 % 0.9075丙烷 C 3H 8 % 0.1367硫化氢 H 2S % 0.0002二氧化碳 CO 2 % 3水 H 2O % 0.0062高位热值 HHV MJ/Nm 3 39.0051 kCal/Nm 3 9316.21低位热值 LHV MJ/Nm 3 35.1597kCal/Nm 3 8397.75密度 Kg/Nm 3 0.7616比重 0.589动力粘度 U10 -4 0.1056运行粘度 V10 -4 0.1385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 30 0.431 0.335 0.252100KW 及以下 20 0.725 0.488 0.272商业用电电价 30 0.469 0.363 0.272 0.8其他用电电价 28 0.495 .376 0.272 0.7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/kWh hrs高峰平峰平均 30 0.4703 70.3643 70.4173 14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/kWh hrs高峰平峰低谷平均 30 0.4703 80.3643 80.2733 80.3693 24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/kWh hrs高峰平峰平均 30 0.4703 60.3643 30.4350 9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/M 3， 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/M 3，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 830 至 2230 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 151 14 2114供冷季 174 14 243