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独家:上海国际旅游度假区燃气分布式项目建设和运行经验分析

时间:2018-11-15 10:10来源:天然气分布式能源 作者:trqfbsny2012-7-4 点击:
上海国际旅游度假区是以上海迪士尼项目为核心,整合周边旅游资源而设立的能级高、辐射强的世界级旅游度假地,其主要定位是主题游乐、旅游会展、文化创意、商业零售、体育休闲等产业的集聚区域。 上海国际旅游度假区燃气分布式能源站是为上海国际旅游度假区量

上海国际旅游度假区是以上海迪士尼项目为核心,整合周边旅游资源而设立的能级高、辐射强的世界级旅游度假地,其主要定位是主题游乐、旅游会展、文化创意、商业零售、体育休闲等产业的集聚区域。

上海国际旅游度假区燃气分布式能源站是为上海国际旅游度假区量身定制的主题乐园式燃气分布式能源站,能源站以天然气为燃料向度假区提供冷、热、电和压缩空气四种能源,实现了能源的梯级利用[1]

本文主要介绍了上海国际旅游度假区燃气分布式能源站的项目情况,对能源站的前期工作、建设期经验、项目建成后的运行经验进行分析。最后,依据上述分析,给出项目开发建议。


1  能源站的基本情况


上海国际旅游度假区然气分布式能源站由华电福新能源股份有限公司等三方共同投资组建的,由项目公司负责能源站的建设、运营和管理工作。项目位于上海国际旅游渡假区核心区H-11地块,占地面积19748m2,建筑面积11650m2。厂房长153米,宽64米,平面呈L型布局。厂房建筑为1层,局部办公楼为4层,层面高度为9米,局部为17米。建筑高度为18.2米,局部为20.6米。建筑抗震等级为三级,设计使用年限50年。地基基础设计为乙级,地基安全等级为二级,桩基采用Φ500mmPHC桩,框架结构为独立基础加联系梁。

能源站由中国电力工程顾问集团华东电力设计院进行勘察,由上海艾能电力工程有限公司和中国电力工程顾问集团华东电力设计院联合体共同进行设计,由上海斯耐迪工程咨询监理有限公司负责监理,由上海建工集团股份有限公司工程总承包[2]

能源站主要为上海国际旅游度假区3.9平方公里内的主题乐园区域提供冷、热、电和压缩空气。该项目于20132月获上海市发改委申请核准批复[3]20136月开工建设,20149月建成投产。项目规划建设84.4MW燃气内燃机,发电设备总装机容量为35.2MW,分两个阶段实施;第一阶段建设54.4MW燃气内燃机组;第二阶段再建设34.4MW燃气内燃机组,并预留24.4MW燃气内燃机组扩建空间。本项目红线内占地面积15000平方米,设备采用地面式布置。能源站燃气专线主要气源有东海天然气、西气东输天然气和进口液化天然气,引入0.8MPa0.4MPa双专线气源输送至能源站。

项目主要工艺是采取以冷、热定电的原则,采用燃气内燃发电机发电后的余温为300℃至500℃的烟气及95℃左右的高温缸套水驱动烟气热水型溴化锂机组产生6.7℃以下的冷水或87.8℃的热水向园区提供空调用冷、热媒水及生活热水。采用水蓄冷装置及冷水机组作为冷负荷调峰设备;采用燃气锅炉和蓄热装置作为热负荷调峰设备;项目设置有六台螺杆式空压机和储气罐联动运行设备,以满足迪士尼乐园冷负荷84MW、热负荷45MW,以及压缩空气负荷150Nm3/min的能源需求。在保障迪士尼乐园稳定、可靠的冷、热、气供应的前提下,能源站内部调峰设备所需电力由能源站自身供应,多余电力由两路35kV线路送入园区变电站供应园区用电。


2  负荷预测分析


2.1概述

上海市位于东经121.27°,北纬31.24°。根据建筑气候分区,属于夏热冬冷地区,冬夏寒暑交替,四季分明。其濒临东海,具有明显的海洋性气候特征。

月均日负荷曲线

根据预测资料及经验数据,园区冷、压缩空气负荷全年12个月需要供能,空调热负荷全年7个月需要供能。整个供能周期冷、热、压缩空气负荷分两个阶段,第一阶段和第二阶段无准确的间隔年限,暂按5年后达到第二阶段负荷设计。

2.2冷热负荷预测分析

根据园区建筑物的性质及其他因素分析预测的负荷数据如下:

典型日冷负荷

典型日热负荷

2.3电负荷

根据电负荷预测,园区用电情况如下:

园区用电情况

项目

低方案

高方案

一期用地负荷预测结果(MW

58.33

61.19

远期用地负荷预测结果(MW

70.27

74.32

总计(MW)(同时率取为0.95

122.17

128.74

平均负荷密度(MW/km2)

17.45

18.39

2.4压缩空气

根据负荷数据,第一阶段压缩空气负荷为6500NCMH108.3Nm3/min),压力0.9MPa;第二阶段压缩空气负荷为9000NCMH150Nm3/min),压力0.9MPa。设计日压缩空气负荷变化如下。

设计日压缩空气负荷

2.5负荷年需求量

根据园区建筑物的性质及其他因素分析预测的冷、热、压缩空气年负荷需求如下。

冷、热、压缩空气年负荷预测表

负荷

冷(GJ

热(GJ

空气(Nm3)

开园年

399,733

152,043

41,495,025

5

426,527

162,922

47,200,591

10

569,891

228,031

52,906,157

15

596,685

238,910

58,611,723


3  主要设备和系统配置


3.1设备和系统的配置原则

能源站的设备和系统按照以下原则配置:

1、采取以冷、热定电的原则,最大限度利用发电余热制冷制热,实现能源梯级利用,保持系统的效率最高。

2、按照冷负荷84MW、热负荷45MW、压缩空气负荷150Nm3/min的能源需求配置设备。

3、闭式循环补给水和热水锅炉补给水均采用反渗透系统产水。

4、开式循环冷却水系统采用带逆流式机械通风冷却塔的循环供水系统。

5、天然气管道压力为0.8MPa。在进入分布式能源站后经由次高压调压箱,将燃气压力降至0.6MPa,然后其中一路供应燃气内燃机组。另一路再进中压调压箱,再次降压至17.65kPa29.42kPa,供应燃气热水锅炉。能源站锅炉备用气源管线由园区0.4MPa等级的天然气管网上引入,输送至能源站外分布式1米。天然气引入站内后经由中压调压箱,将压力降至17.65kPa29.42kPa,作为能源站的备用气源。

6、内燃机缸套水温度在95℃之间,可用于烟气热水型溴化锂机组的补能。

7、余热利用设备采用烟气热水型余热吸收式溴化锂机组设备,以确保达到较高的余热利用率。燃气内燃机排气温度在 368℃左右,经吸收式溴化锂机组余热利用后可将温度降至100℃左右。

8、配置的燃气锅炉具有系统简单、效率高、启动快的特点,可满足短期大量热负荷的要求。

9、冷源由5台烟气热水型溴化锂制冷机组+6台离心式冷水机组与水蓄冷三部分组成。

10、烟气热水型溴化锂制冷机组热源由内燃机排烟余热368℃和高温缸套水95℃提供,制冷量为3931kW,整个能源站配置8台烟气热水型溴化锂机组,第一阶段配置5台,制冷量为19655kW5×3931kW)。

3.2系统工艺流程

系统工艺流程如下:

工艺流程图

3.3主要设备配置

主要设备配置如下:

1、燃气内燃机:为颜巴赫生产的5JMS624-4.4MW机组,额定功率4401kW,转速1500rpm,排烟温度度368℃(100%负荷)489℃(40%负荷);燃料热耗7929.5kJ/kWh;总效率88.2%

2、烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组:为双良公司生产的5YRXII368(95/74)-393 (15.6/6)H2-G393(65.5/90),制冷(热)量3931;供冷量控制方式为出口定温、变流量。

3、水冷冷水机组:为约克公司生产的4YKR2R2K45DGG2YKK8K4H95CWG,制冷量分别为6330kW1800冷吨)和3165kW900冷吨)。

4、空压机、后处理及储气罐设备:为寿力(美国)生产的547Nm3/min机组和115.7Nm3/min机组,工作压力为1.0MPa,设计压力≥1.3MPa

5、横流式机械通风冷却塔:为BAC生产,单塔设计冷却水流量(m3/h)750;冷却水进塔温度()38;冷却水出塔温度()32;一阶段工程设计总冷却水流量(m3/h) 11050

6、燃气热水锅炉:为富尔顿(美国)生产的FBD-7.0-1.0/95/70,额定热功率7.0MW;额定工作压力1.0Mpa;热水进水温度(℃)65.5;热水出水温度(℃)90

7、畜冷、畜热水罐:为杭州源牌生产的12000m3蓄冷罐及2200m3蓄热罐,单罐最大蓄冷流量(m3/h2000;单罐有效释冷量125000kWh;工作温度(℃)6/15.6;单罐最大蓄热流量(m3/h):350;单罐有效释热量58000kWh;工作温度(℃)65.5/90

8、主变:为中电电气生产的2台三相有载调压变压器SZ11-50000/35,三相38.5±8×1.25% /10.5kV,空载损耗PokW22、负载损耗(kW)150


4  运行情况分析


4.1基本情况

度假区开园以来,能源站安全生产平稳,冷热用能负荷较理想,达到设计产能,通过跟踪开园后20168月至20187月的生产运行数据,年销售冷能48.33万吉焦、热能25.35万吉焦、压缩空气1200Nm3,发电量1.13亿千瓦时左右,主要技术指标能源综合利用效率达81%,利用小时达5785小时左右。

能源站设综合管理部、财务资产部、计划营销部、安全生产部。其中,安全生产部负责安全监察、生产技术、能源站运行及检修、维护管理工作,安全生产部设主任1名,机、电、仪、安全、运行专工各1人,运行人员17人。

4.2运行维护管理分析

1. 运行模式选择

运行模式有以下两种:(1)开内燃机带溴化锂供冷,不足负荷开电制冷机组调峰补充;(2)开调峰电制冷机组,不足负荷开内燃机带溴化锂供冷补充。

正常从能源梯级利用情况首选先开内燃机带溴化锂供冷、供热,不足负荷开电制冷机组或热水锅炉调峰补充;受不同的天然气价、上网电价、冷、热价的影响,为确保项目取得经济效益,需经测算能源站经济性后决定选择运行模式。

2. 运行维护管理采取的主要措施:

1)将能源站内冷水空调工作用水引至站内冷媒水供水母管,经冷水空调冷却内燃机进气后回到站内冷媒水回水母管,具有如下优势:(a)夏季高温天气,可将内燃机空气进气温度降,确保机组可靠运行;b)机组停机消缺时,可快速冷却机组,减少消缺等待时间,提高工作效率。

2)能源站增设蓄冷、蓄热罐,具有如下优势:(a)结合用户不同时段的用能情况,与余热制能机组合理匹配运行,减少机组频繁启停;(b)设计合理的高度,对冷热媒水系统起到定压作用;(c)尖峰用能季节时,低谷时段蓄能,高峰时段释能,可保障高峰用能时段,同时也减少调峰机组装机台数。

3.循环冷却水加药系统由手动方式升级为自动加方式,具有如特点:改善设备运行状况,提高设备使用寿命。升级前,运行1年后检查离心式冷水机、溴化锂冷凝器铜管结垢较严重,影响机组效率及安全。升级为自动加药运行1年后检查机组铜管无结垢现象,效果良好,同时加药量下降,节约成本。

4.3运行经验分享

1.改造溴化锂机组,使其同时具备制冷和制热功能

能源站溴化锂机组的设计运行模式是根据冷或热的需求,通过阀门的切后,实现单独制冷或单独制热的模式运行。为提高能源站的余热利用水平,运行人员结合该机型工艺流程及运行经验,通过对设备进行改造使溴化锂机组在制冷模式运行的同时具备了制热功能,提高余热利用率,每年可节约天然气费用65/Nm3左右。

2. 通过调节供水母管水压,达到节约用电的目的

根据不同运行时段,调节供冷母管水压减少能源站用电。能源站设计的二次泵是供主题乐园冷、热负荷供水母管压力维持恒定之用的,乐园开园后冷水供水压力需维持在0.6MPa。在开园和闭园时有冷负荷需求有较大差别,根据冷负荷的需求情况,能源站采取了闭园后降低供水压力至0.55MPa,开园时再升至0.6MPa的运行模式,即满足24小时供冷需求,又节约二次泵的用电。

3. 精细化管理,提高设备备件的使用寿命减少运行维护费用

能源站内燃机的火花塞是需要经常更换的部件,火花塞的理论使用寿命为1200小时,通过运行人员精细化管理和运行,使火花塞的寿命延长至1800小时。


5  经济效益和社会效益情况分析


5.1经济效益情况

能源站按以热(冷)定电运行模式设计,负责向度假区供应冷、热、电及压缩空气,完成上述能源供应需采用天然气作为燃料,天然气费用约占变动生产成本的70%。目前能源站与天然气公司以3.05/立方米价格进行燃气结算。

能源站的能源价格按成本分析法计算并根据计算结果与用户确定合同价格,成本分析法是通过对本项目的固定成本和可变成本进行分析,同时考虑合理利润和税金,计算得出产品价格的一种计算方法。

能源站项目建成后将发出的电力经35KV变电站销售给市电力公司,冷、热和压缩空气销售给上海迪士尼主题乐园。根据初步可行性研究报告,能源站年平均销售电力1.13亿度(KWh,售电电价为0.76/度(kWh)(含税)左右;年销售热量25.35万吉焦(GJ),年销售冷量48.33万吉焦(GJ),年销售压缩空气量1200万立方米(m3)。能源站的冷、热、电和压缩空气的销售价格是基于能源站项目总投资,天然气单价为2.43/标准立方米(Nm3)和考虑了合理的内部收益率计算的。目前能源站与天然气公司以3.05/立方米价格进行燃气结算,能源价格也应做相应的调整。

5.2社会效益分析

能源站的建设将有助于把上海国际旅游度假区建成一个低碳、节能、绿色、生态的度假区。在上海国际旅游度假区建设分布式能源站,可满足该区域内娱乐设施、公共建筑和酒店等电、热、冷及生活热水的基本需求和主题乐园的压缩空气动力需求。不仅解决了该区域内各种能源需求,还可减轻上海市电网的供电压力,改善当地电网的电源结构和调峰性能,对促进地方社会经济全面发展具有重要作用。

1. 满足各种能源的需要,有助于实现“低碳节能、绿色生态”

上海国际旅游度假区乐园将建成一个国内低碳节能、绿色生态的典范。建设站,能集中向园区提供低价优质的热源、冷源、生活热水和压缩空气,不但减少了园区的初期投资,也降低了主题乐园和酒店等运行的成本,为“将国际旅游度假区建成一个国内低碳节能、绿色生态的典范”提供支撑。

2. 提高能源利用率

采用传统的简单燃烧循环技术,其效能只有30%左右,内燃机发电技术可将效能提高到43%以上,利用发电余热可回收30%~40%的能源,能源综合利用效率可达80%。分布式能源系统是直接面向用户提供各种形式能源的中小型终端供能系统,它不同于传统的集中式能源生产与供应模式,而是分散在用户端,以能源综合梯级利用模式,来达到更高能源利用率、更低能源成本、更高供能安全性以及更好的环保性能等供能目标。分布式能源是实现发电、制冷、供热等多种功能的先进能源系统,明确列入了“国家节能中长期专项规划”中的重点节能领域。

根据国外的经验,分布式能源系统的一次能源利用率可达到60%90%,是提高一次能源利用效率的最有效途径。

3. 推动CDM机制的发展

清洁发展机制,简称CDMClean Development Mechanism),是《京都议定书》中引入的三个灵活履约机制之一。根据"共同但有区别的责任"原则,已完成工业革命的发达国家应对全球变暖承担更多的历史责任,发达国家通过在发展中国家实施具有温室气体减排效果的项目,把项目所产生的温室气体减少的排放量作为履行京都议定书所规定的一部分义务。随着《京都议定书》的正式生效,许多具有减排义务的国家表现出购买CO2减排量的较积极态度,通过CDM 项目购买承担国的温室气体排放量来履行其在京都议定书中的义务。

4. 分布式能源供能方式与常规方式供能的节能量比较

传统方式供能的冷热源按空气源热泵机组考虑,根据《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)和《上海市建设和交通委员会关于进一步加强本市民用建筑设备专业节能设计技术管理的通知》(沪建交2008828号)有关规定,空气源热泵机组的性能系数COP3.0

分布式能源站第一阶段的机组配置和第二阶段建成的机组配置,相比于传统供冷、热来说,每年可以节约很大一部分能源,并减少温室气体排放。下表分别为第二阶段建成与第一阶段运行供冷供热方式与常规供冷方式节能量的比较。

第二阶段分布式能源供冷供热方式与常规供能方式的节能量比较

项目

单位

分布式供能

常规供能

年供冷量

104GJ/a

58.75

58.75

年供热量

104GJ/a

23.70

23.70

年买电量

104kWh/a

-13321.00

6543.65

买电折标煤

t标煤/a

-45291.40

22248.41

年买气量

104Nm3/a

4026.44

376.50

买气折标煤

t标煤/a

48880.98

4570.71

年耗标煤总计

t标煤/a

3589.58

26819.12

分布式能源站年节约标煤量

t标煤/a

23229.54

第一阶段分布式能源供冷供热方式与常规供能方式的节能量比较

项目

单位

分布式供能

常规供能

年供冷量

104GJ/a

38.52

38.52

年供热量

104GJ/a

15

15

年买电量

104kW.h/a

-13321.00

4249.21

买电折标煤

t标煤/a

-45291.40

14447.30

年买气量

104Nm3/a

2663.64

376.50

买气折标煤

t标煤/a

32336.59

4570.71

年耗标煤总计

t标煤/a

-12954.81

19018.01

分布式能源站年节约标煤量

t标煤/a

31972.82

5. CO2减排量计算

计算依据:

A、华东电网CO2排放因子(t/MW.h):0.68262009年发改委统计数据)。

B、天然气发电CO2排放因子(t/MW.h):0.47

C、天然气锅炉CO2排放因子(t/Nm3):0.00186

分布式供冷供热方式与常规方式供能的CO2减排量比较(第二阶段)

项目

单位

分布式能源站

电空调方案

内燃机年发电量

104kW.h/a

17040

内燃机CO2年排放量

t/a

8010.59

燃气锅炉耗气量

104Nm3/a

203.72

376.50

燃气锅炉CO2年排放量

t/a

3789.19

7002.90

年买电量

104kW.h/a

-13321.00

6543.65

买电CO2年排放量

t/a

-7728.84

3796.63

CO2年排放量总计

t/a

4070.93

10799.53

分布式能源站CO2年减排量

t/a

6728.59

分布式供冷供热方式与常规方式供能的CO2减排量比较(第一阶段)

项目

单位

分布式能源站

电空调方案

内燃机年发电量

104kW.h/a

11300

内燃机CO2年排放量

t/a

5310.06

燃气锅炉耗气量

104Nm3/a

129.64

376.50

燃气锅炉CO2年排放量

t/a

2411.30

7002.90

年买电量

104kW.h/a

-13321.00

4249.21

买电CO2年排放量

t/a

-7728.84

2465.39

CO2年排放量总计

t/a

-7.48

9468.29

分布式能源站CO2年减排量

t/a

9475.77


6  讨论


要从根本上解决然气分布式能源项目的盈利状况,完善然气分布式能源的价格机制和商务模式是非常必要的。

1. 建立“气电联动”机制。燃料价格与能源供应的价格之间的矛盾是然气分布式能源发展面临的主要问题,随着我国天然气价格改革的推进,气价必然会随着市场进行调整,如果能源供应价格得不到及时疏导,必然致使然气分布式项目经营状况陷入困境。建立“气电联动”的机制,让天然气价格的变化及时反映到能源供应价格上。在签定供能协议中体现气、冷(热)联动公式条款,实际执行冷热价格分别根据公式进行相应调整。天然气的价格为政府公布的分布式能源站指导价格,由地方政府主管部门发布。在能源站运行期间,如上述天然气的价格变化幅度大于百分之三(3%),上述冷和热的价格将被视为发生了实质性变化且上述冷和热的价格按联动公式应做出相应的全额调整。

2. 建立“照付不议”的商务模式。燃气分布式能源项目大多是根据供能的需求为用户量身定做的,建立“照付不议”的商务合同模式可有效地保障投资人和用户的共同利益,有效防范投资风险。在与用户在签定《供能协议》中,明确要求增加“照付不议”的条款,以设计年度总供能负荷量作为合同基数,以此保证能源站每年负荷的基准保销量。

3. 完善用能付款保障机制。燃气分布式能源项目的运行要靠资金来维持,一旦资金链断裂项目就难以持续。因此,完善商务合同中的用能付款保证条款,建立银行保函付款机制是保证资金供应的重要手段。

参考文献

[1]      林世平,李先瑞,陈斌.燃气冷热电分布式能源技术应用手册[M].北京:中国电力出版社,20142-3

[2]  叶华.上海国际旅游度假区核心区站项目[EB/OL]http://news.bjx.com.cn/html/20170417/820385.shtml2017 -4-17

[3]      上海市发展和改革委员会.上海市发展改革委关于上海国际旅游度假区核心区站项目核准的批复[Z]2013-2-1

(来源:华电福新能源股份有限公司)

本文刊登在中国城市燃气协会分布式能源专业委员会主办的《分布式能源》2018年第3/总第23期上,转载务必注明出处!




(责任编辑:lugang)
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