盧軍：燃氣分布式能源站蓄冷調控策略分析

編者按：“雙碳”背景下，隨著(zhù)科技水平不斷進(jìn)步和能源行業(yè)快速發(fā)展，分布式能源已成為引領(lǐng)能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，

重慶大學(xué)土木工程學(xué)院的盧軍教授做了主題為《燃氣分布式能源站蓄冷調控策略分析》的報告。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

盧軍：各位專(zhuān)家、各位同行，大家下午好!下面給大家匯報一下我們做的項目，建筑群方面蓄冷蓄熱的項目。

氣候變化我就不多說(shuō)了，很多專(zhuān)家也都談到，包括上午的主題報告都說(shuō)到城市氣候的影響，導致了整個(gè)城市能耗的增加，氣候的變化也導致環(huán)境影響，造成一系列惡劣的影響。今天上午會(huì )長(cháng)也說(shuō)了要加速，我們國家也要進(jìn)行加速，要實(shí)現“碳中和”。

燃氣的分布式能源站在近期是一個(gè)很重要的措施，但從清華大學(xué)江億院士，因為我們經(jīng)常也在討論問(wèn)題，到底燃氣怎么發(fā)展，從燃氣的使用率來(lái)看，未來(lái)的發(fā)展從量上還是增長(cháng)的，只是要建大量的燃氣分布式能源站，就像重慶建的華南大型能源站，要保證當地能源的需求，比如重慶華南能源站就是為了保證云計算園區的能與需求，所以燃氣分布式能源站可以實(shí)現供冷、供暖、供熱水、供電，把能源的高效綜合的利用，能效高，在低碳能源體系當中占有非常重要的地位，也不說(shuō)現在提高全面電氣化，重慶是煤電特別多，基本能源比例是煤電，大家想象在三峽是水電，并不是水電為主，我們的水電資源哪里去了?下游去了，到上海、華東、湖北，在重慶水電很少的比例，當時(shí)市長(cháng)是沒(méi)怎么要水電的。

去年的熱浪，重慶和四川在熱浪影響下面，電力急劇的稀缺，今年重慶這邊有大量的企業(yè)上燃氣分布式能源，包含四川那邊，西安的熱供所，還有西南電力院做了燃氣峰值能源，做都做不贏(yíng)，到他們單位考察的時(shí)候，他們都說(shuō)項目非常的多，這也是市場(chǎng)行情的需求。團隊也做了重慶的燃氣分布式能源檢測，包括明年大家要去參觀(guān)的永川兒童醫院，以及我們做了一個(gè)江水源熱泵結合燃氣分布式能源的負荷能源系統，另外是重慶燃氣大廈，現在是華潤燃氣，已經(jīng)是控住了。

我們對燃氣大廈的項目，實(shí)際使用的效果，PCTP建筑分布式能源項目進(jìn)行的性能測試，項目完全實(shí)現了發(fā)電，像前面做的CPD能源分布式系統的項目，電力上網(wǎng)還存在一定的難度，這塊如何實(shí)現燃氣發(fā)電熱能綜合利用，能夠供冷、供熱水這一塊也是影響了發(fā)電的效力，發(fā)電很正常，但是燃氣大廈的項目基本上還是比較好的能夠上網(wǎng)發(fā)電。

項目總體是四萬(wàn)七千多平方的面積，以辦公為主，負荷特性如圖上所示。項目用的是四百千瓦曼海姆內燃機，這是綜合能源站，總的未來(lái)要做到80萬(wàn)平方，現在只做了20萬(wàn)平方，現在使用的大一點(diǎn)，重慶有很多的區域能源站，都考慮綜合能源系統，負荷熱能源系統，并不是單一的用某一種能源系統形式，因為負荷式的實(shí)際上更加穩定，有些專(zhuān)家評審的時(shí)候也經(jīng)常遇到，他說(shuō)系統做的太復雜了，系統太多，實(shí)際上我們在運行的時(shí)候一鍵控制，都可以自動(dòng)化運行，不存在感覺(jué)功能管理其他很復雜，現在都已經(jīng)AI了，控制都是非常成熟，怎么樣實(shí)現能源、經(jīng)濟、環(huán)境、社會(huì )綜合效益最大化，而不是單一的考慮簡(jiǎn)單，制冷就是制冷機，制熱就用鍋爐，傳統的設計理念應該要進(jìn)行變化，吸收機帶補燃的方式，現在很多都采用這一塊的機組聯(lián)合功能。項目嚴格的進(jìn)行測試，這是他的項目現場(chǎng)情況，離我們這個(gè)地方也比較近。

整個(gè)系統根據測試負荷的變化情況，系統性能曲線(xiàn)是變化的，負荷率都有相應的變化，可以看出來(lái)排煙溫度和負荷率的管理，排煙溫度、流量對它的余熱發(fā)電有相應的影響，另外高溫缸套水這一塊相應的關(guān)系也進(jìn)行了詳細的測試，對后面的效率分析，應該從夏季的，一般來(lái)說(shuō)設備和室外的溫度、關(guān)系也有影響，負荷率的增加對缸套水的余熱增加的效果也做了詳盡的測試。

總體來(lái)看整個(gè)內燃機發(fā)電的效率，在夏季可以實(shí)現總效率在72.58%，電效率在35.51%，一般內燃機發(fā)電效率通常在40%以下，這點(diǎn)我們要盡量發(fā)揮在高效區運行，有些項目發(fā)電效率比較低，跟系統的控制邏輯有相應的管理。冬季實(shí)現發(fā)電效率35.71%，熱效率在35.16%，實(shí)現一個(gè)總效率70.86%，這都是具有CMA檢測資質(zhì)的第三方檢測機構對項目進(jìn)行的檢測。

另外我們也通過(guò)對系統分析之后，根據全年負荷特性，對項目進(jìn)行了優(yōu)化的控制，在軟件上面進(jìn)行了模擬，進(jìn)行優(yōu)化之后，燃氣分布式能源系統實(shí)現優(yōu)化可以提升系統的效率，能源利用率增加5.35%，節能率可以提高4.23%，優(yōu)化和綜合利用效率提升到百分之73點(diǎn)幾，節能率也可以提升百分之22點(diǎn)幾，這樣可以實(shí)現能源的減排、運行費用，也得以節約，運行的節約率可以節省百分之16點(diǎn)幾。

這是我們對項目的測試，另外再講一下對重慶未來(lái)生態(tài)城，下面整個(gè)紅色區域是悅來(lái)國際展覽中心，重慶智博會(huì )在這個(gè)地方召開(kāi)，最下面區塊300萬(wàn)平方是悅來(lái)生態(tài)城，整個(gè)上面一共有18.67平方公里，整個(gè)區域都做了集中的區域供冷、供熱，實(shí)際上重慶的區域能源項目還比較多，包括未來(lái)的茶園重慶東站、江北嘴，全國做區域供冷的項目在重慶還是比較集中的，都是要打造成智慧加可再生能源，加靈活分布式能源的示范項目。

這里做了一個(gè)四號地塊，實(shí)際上是138.57萬(wàn)平方米，這個(gè)項目利用多種技術(shù)形式，用蓄冷技術(shù)，前天上午也說(shuō)了，大量的微電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲，實(shí)際上在國外來(lái)看用空調蓄冷，同樣也能夠很好的，占的比例還高一些，因為傳統的蓄冷電站還有一些風(fēng)險，蓄冷的效率更高，而且投資也比較小，性?xún)r(jià)比非常高。

這塊做了蓄冷，再加上水源熱泵，用的是熱源塔熱泵，再加上燃氣內燃機，做的是兩千千瓦的內燃機兩臺，再加上吸收機，實(shí)際上實(shí)現的是負荷功能系統，負荷就比較大了，希望整個(gè)區域達到106.9兆瓦，整個(gè)有商業(yè)、有住宅，整個(gè)系統的負荷比例關(guān)系。

這是冬季在46.61兆瓦，對區域的能源系統里面功能，我們團隊也做了多個(gè)去能源可研項目。

電價(jià)政策都在執行尖峰平谷的分段電價(jià)表，電價(jià)表實(shí)際上變化很大，而且有些單位沒(méi)注意，我都知道一個(gè)項目，單位電價(jià)在定的時(shí)候很倉促，就造成電價(jià)整個(gè)一年算下來(lái)多交一千萬(wàn)的電費，數據還是比較驚人，因為對一個(gè)項目來(lái)說(shuō)，一千萬(wàn)就是一個(gè)純利潤，現在是有電力機構，有國網(wǎng)直售，有售電機構代售，電價(jià)是變化的，怎么樣實(shí)現最優(yōu)的效益，需要公司結合項目的配置，設備的性能情況中來(lái)選擇最好的電價(jià)政策。我們到新加坡能源參觀(guān)的時(shí)候，他們直接是電腦隨時(shí)在這，哪個(gè)地方的電價(jià)最便宜，實(shí)現了虛擬電廠(chǎng)隨時(shí)找最便宜的電價(jià)隨時(shí)切換，根據電價(jià)實(shí)現控制策略，也實(shí)現的虛擬電廠(chǎng)，負荷調峰。

電價(jià)實(shí)際上也在變化，重慶市商業(yè)的峰谷電價(jià)也不一樣，現在光伏電比較多，有把商業(yè)的峰谷電價(jià)，有時(shí)候白天太陽(yáng)光最強的時(shí)候，那時(shí)候不是峰值，變成了谷值，所以有時(shí)候甚至可以實(shí)現負電價(jià)。

項目?jì)?yōu)先采用的是水源熱泵、燃氣、分布式能源、熱源塔熱泵調峰，采用負荷式的能源系統。負荷式能源系統采用蓄冰的策略，蓄冰槽，傳統的采用的都是一些盤(pán)管蓄冰，是一種靜態(tài)蓄冰的策略，我們這里采用的是動(dòng)態(tài)制冰漿的方式，過(guò)冷水制冰漿，這樣溫度更高，效率更好，蓄冰槽是空的，平常夏季蓄冷，冬季蓄熱綜合利用，在傳統的盤(pán)管蓄冰，只能夠實(shí)現什么?夏季蓄冷，冬季是不能夠蓄熱的，因為一蓄熱溫差過(guò)大，會(huì )導致管道應力過(guò)大，造成管道破損，實(shí)際上很多盤(pán)管蓄冰池里邊我也盤(pán)道很多，包括在西部制冰展的時(shí)候看，把水一放空之后，整個(gè)蓄冰盤(pán)管、鋼制盤(pán)管銹蝕斑斑，看起來(lái)非?？植赖膱?chǎng)面。

他用的防凍劑，前面議事會(huì )上專(zhuān)家說(shuō)了，防凍劑是普通的防凍劑，會(huì )造成你的盤(pán)管銹蝕，防腐的防凍劑價(jià)格會(huì )增加一倍到兩倍，這個(gè)也有關(guān)系。冬季利用蓄熱槽進(jìn)行蓄熱，同樣一個(gè)池子進(jìn)行蓄冷、蓄熱，特別個(gè)夏熱東冷地區，長(cháng)江經(jīng)濟這一帶，都是夏天要制冷，冬天要制熱，而且冬天有時(shí)候制熱的負荷比較高，我們正在做悅來(lái)生態(tài)城冷熱機架的調研，現在節能企業(yè)、運行企業(yè)中節能就說(shuō)，冬天的濾芯負荷太高了，為什么?大家開(kāi)門(mén)、開(kāi)窗，熱氣都往外跑，關(guān)不住，夏天制冷了還好一點(diǎn)，冷氣是往下沉的，理論上計算起來(lái)應該是夏季負荷比較大，但實(shí)際運行下來(lái)冬季的跑熱非常大，如果不控制，20塊錢(qián)一平方實(shí)際上是控制不下來(lái)的。

采用蓄冷蓄熱分析了不同策略下，因為區里面來(lái)看，肯定是分期分批實(shí)施，像有些能源站一下上滿(mǎn)，造成入住率比較低，這時(shí)候經(jīng)濟性就很差，類(lèi)似于機房上架率非常低，實(shí)際上POE值非常高，達不到建設的要求，對他的項目、運行情況在軟件上面進(jìn)行了模擬，分析各種運行策略下面使用費用25%典型工況，負荷率50%、75%、100%下面的使用情況，從策略看出來(lái)價(jià)格差異還是比較大的。

因為我是多種技術(shù)負荷應用，有熱泵、有三聯(lián)供、有蓄冷，在蓄冷優(yōu)先的情況下，熱泵優(yōu)勢比較明顯，但是隨著(zhù)電價(jià)和負荷率的增高，三聯(lián)供的優(yōu)勢就逐漸比較明顯，在峰谷平電價(jià)的情況下面，熱泵、三聯(lián)供的交叉可以進(jìn)行優(yōu)化，可以看出他在什么情況下面用什么樣的技術(shù)，哪一個(gè)優(yōu)先都可以做。

整個(gè)策略下來(lái)可以看出來(lái)，通過(guò)軟件對控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，能耗費節省率最佳策略可以實(shí)現節能率25.57%，功能自己在那開(kāi)，憑感覺(jué)是肯定不行的，從節能率上面可以看出能源價(jià)格不一樣，因為現在很多運營(yíng)說(shuō)哪里不冷不熱就多開(kāi)泵，他覺(jué)得先開(kāi)泵再開(kāi)主機，覺(jué)得是流量偏小，但是這種一復雜，有成套的程序，通過(guò)對氣溫，對負荷進(jìn)行預測，牽制、控制、反饋，結合來(lái)控制。

冬季情況下一樣，能耗費節省可以實(shí)現22.06%的節約，在蓄冷的模式，剛開(kāi)始蓄冷池也可以一起修，但是我在前期入住率比較少的時(shí)候，因為是分期開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)規模從3%、4%、5%、6%的開(kāi)發(fā)規模，就像前面說(shuō)的現在總的開(kāi)發(fā)規模是80萬(wàn)平方，現在就值20萬(wàn)，只有20%，而且入住率還存在一個(gè)問(wèn)題，所以把它在不同的情況下面，前面做冰蓄冷的要投入冰蓄冷的機組，制冰機，相應的乙二醇都要買(mǎi)。

如果做成水蓄冷，前期的投資成本更低，比如分析了冷水蓄冷，蓄冷量多到兩萬(wàn)多千瓦時(shí)，做4度蓄冷做了兩萬(wàn)四，如果做了冰蓄冷，到21萬(wàn)多千瓦時(shí)的蓄冷量，發(fā)揮蓄冷池的蓄冷效果，在入住率低的時(shí)候，開(kāi)發(fā)規模小的時(shí)候，先期采用水蓄冷的方式，實(shí)際上水蓄冷現在全國很多項目大量在推水蓄冷，消防水池蓄冷，或者用邊角余料進(jìn)行蓄冷，都有很多項目，都能取得很好的效果。

我們團隊正在編制中國電子節能技術(shù)協(xié)會(huì )的高效集團的團標，國內有兩個(gè)標準，一個(gè)是中國節能院的標準，一個(gè)是中國電子節能技術(shù)協(xié)會(huì )的標準，電子節能技術(shù)協(xié)會(huì )對制冷機房的，普通電子冷機組的已經(jīng)有了，剛才雙良也講了項目，現在我們也已經(jīng)在做蓄冷項目的高效機房的評價(jià)標準，這個(gè)馬上也要進(jìn)行頒布了。

可以看出來(lái)不同的策略下面，移峰電量率做蓄冷，一定要考慮移峰制冷率、蓄冷率快速的響應，這樣才能和虛擬電廠(chǎng)進(jìn)行匹配，相應的升級這一塊，可以看出來(lái)谷電利用率會(huì )做到53.27%，充分的利用谷電，單位電耗的費用，可以把電價(jià)，正常峰值電價(jià)跑到一塊多了，平均算下來(lái)電費只有五毛二、四毛八，通過(guò)蓄冷實(shí)現用電價(jià)非常平，如果運行策略三隨便去運行，電價(jià)跑多少錢(qián)?折下來(lái)是七毛九，電價(jià)就非常高了，電價(jià)不節能。

節能率可以實(shí)現百分之十幾的節能，能耗費用節省率也是會(huì )達到25.57%，這是夏季情況。

冬季同樣可以實(shí)現蓄熱，冬季冰蓄冷，所以蓄冷效果比較好，在冬季可以通過(guò)水蓄熱把谷電的利用，可以用30%到50%，電費的成本最低可以做到運行策略一，可以做到0.51，如果按照夏季策略來(lái)運行，就跑到五毛八去了，同樣運行策略三運行需要七毛六，這就可以坎得到實(shí)實(shí)在在的，理論的策略不一樣，運行費用就有很大的差別，這是可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益比較明顯的。

五、系統能效級評價(jià)，對高效機房的初步評價(jià)，沒(méi)有針對蓄冷系統的高效機房的評價(jià)，可以看出來(lái)電制冷系統的評價(jià)14.1，最佳策略可以實(shí)現4.46，對三聯(lián)供系統，年平均綜合能源利用效率可以實(shí)現80%，最佳策略可以實(shí)現83.46%，剛才前面實(shí)測下來(lái)看的只有73%，國家的評價(jià)限制在80%，節能率可以實(shí)現20.24%，三聯(lián)供系統的最大利用實(shí)現可以實(shí)現1900多小時(shí)，保證三聯(lián)供設備的使用有效的實(shí)現，很多項目有效的使用時(shí)間非常少，也沒(méi)有充分發(fā)揮設備的投資效益、投資收益回收期太長(cháng)，但我們這里是接近兩千，是根據項目的情況。

對蓄能子系統，設計工況能效13.2，評選優(yōu)先可以做到4.16，對系統年均能效比做到3.78，這是對子系統的評價(jià)。對機組不細說(shuō)了，同樣對制冷機組、雙控機組、離心機組、熱泵機組、吸收機機組系統評價(jià)相應的給出了限制，離心機組可以做到6.25。

對速配系統，水泵、冷凍泵、冷卻泵，同樣對速配系數，標準的限制34.5，這里做到36點(diǎn)幾，冷卻水做到45，對冷速配系統的評價(jià)同樣可以做，這是從設計的評價(jià)可研階段，在實(shí)際項目里面必須要通過(guò)安裝傳感器，精度要嚴格滿(mǎn)足我們的標準要求，因為精度要求是比較高的，否則精度差異過(guò)大會(huì )造成誤差過(guò)大。

對它進(jìn)行了經(jīng)濟性的評價(jià)，利用動(dòng)態(tài)的評價(jià)對它的利潤、增值稅進(jìn)行了評價(jià)，一百多個(gè)平方做個(gè)能源站，3.7個(gè)億，這一塊也進(jìn)行了分析，能源站的項目只要立了項，誰(shuí)都愿意來(lái)投，這個(gè)不缺投資，在重慶這一塊能源站的項目，很多央企、國電投、中節能、華電都在重新投資，項目的經(jīng)濟性比我們投一些其他的項目經(jīng)濟性是比較好的，因為這是它實(shí)際的賣(mài)冷賣(mài)熱的投資，還有工程的效益都有，對內部收益率、凈現值、投資回收期一般在11點(diǎn)多，經(jīng)濟效益一般可以過(guò)了，這個(gè)項目在會(huì )展中心那邊正在施工，正在做機房的土建施工，機房也修在邊坡外面，土建施工有點(diǎn)難度，這塊正在做。整個(gè)的盈虧平衡點(diǎn)也是百分之39點(diǎn)幾，整個(gè)項目經(jīng)濟可行，投資回收期比較短，也分析靜態(tài)指標的敏感性分析，對利潤和相應的不確定性因素變化，收費價(jià)格、冷價(jià)正在論證，另外一個(gè)項目論證，生態(tài)成本的冷價(jià)收費，運行成本的變化，水電氣價(jià)格，功能的規模、投資的影響都做了經(jīng)濟性動(dòng)態(tài)的分析，有個(gè)平衡點(diǎn)。

保持在建筑規模60%以下就可以實(shí)現盈虧平衡，對區域能源項目采用燃氣分布式能源的負荷系統，實(shí)現了綜合的最佳策略運行，基礎策略是夏季采用冰蓄冷，冬季采用水蓄熱的方式，把蓄冷蓄熱技術(shù)相結合，蓄冷蓄熱池，本身在修建機房的時(shí)候，如果是土建比較好，特別像重慶，因為地下都是巖石，地基基礎比較好，修水池成本是比較低的。上個(gè)月到廣州南沙，剛好是在地基不太好，要加固樁表深，可能修水池的成本比較高，這也和土建相應的合理考慮。

最佳運營(yíng)策略下面比機載機組優(yōu)先運營(yíng)模式下面可以實(shí)現節能，運費費用降低24.21%，耗電也降低百分之10點(diǎn)幾，耗氣也降低了。蓄意蓄冷蓄熱模式情況下面，移峰填谷作用明顯，所以我們對國家的貢獻，對電網(wǎng)的安全運行是非常重要的。去年國網(wǎng)也在重慶這邊，對很多商場(chǎng)降低空調運營(yíng)時(shí)間，把供足率提高，運行的時(shí)間也把它控制，降低人們一定的舒適性來(lái)移峰填谷。我們做冰蓄冷、水蓄熱，還是保證你的舒適性不變，利用電價(jià)的政策來(lái)實(shí)現主動(dòng)的移峰填谷，這個(gè)情況比較好。

開(kāi)發(fā)規模小的時(shí)候，前期先做水蓄冷，這個(gè)是沒(méi)有問(wèn)題，適度水蓄冷在國內有很多項目都已經(jīng)做過(guò)，沒(méi)有問(wèn)題，用現有的電子冷機就可以實(shí)現適度水蓄冷，還可以先不上機組。

把項目的情況簡(jiǎn)單給大家做一個(gè)介紹，謝謝大家。