課題一調(diào)研報告

　課題一調(diào)研報告 1 示范園區(qū)電力能源情況 1.1 示范園區(qū)概述

　1.1.1 示范園區(qū)園區(qū)簡介 萬力站110kV萬力輪胎PV=12MWCHP白兔站110kV兔萬線BUS2BUS4BUS3BUS1F2日立冷機PV=1.5MWT*2日立壓縮機PV=2MWT*8F3 F20萬寶PV=6.92MWT*5F19萬寶T*4F9電鍍廠T*5F16從萬T*3F13強盛水泥10kV電機*2T*1華夏學(xué)院T*8橡膠廠PV=1.1MWT*4綠安康飼料PV=1.9MWPV總裝機25.42MW2*15MWF1F14110kV進(jìn)線 110kV進(jìn)線明珠F5 Fig. 1

　園區(qū)電力系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　1.1.2 示范園區(qū)主要企業(yè)一覽

　1.1.3 示范園區(qū)電力能源情況 1.1.3.1 園區(qū)情況概述 目前示范園區(qū)共由 3 個 110 千伏變電站供電，分別為 110 千伏白

　兔站、110 千伏明珠站和 110 千伏萬力站。其中，明珠站 110kV 電源來自 220 從化站，白兔站 110kV 電源分別來自 220kV 從化站及 220kV綠洲站，萬歷站 110kV 電源來自白兔站。110 千伏白兔站和 110 千伏明珠站為系統(tǒng)變電站，共提供 13 條 10 千伏饋線為示范園區(qū)供電，其中 11 條饋線來自 110 千伏白兔站，2 條饋線來自 110 千伏明珠站 1號主變。110 千伏萬力站為用戶站，主要為萬力輪胎廠內(nèi)負(fù)荷供電并提供 CHP 接入。

　Fig.2

　園區(qū)潮流計算節(jié)點圖 由 Fig.2 可知，示范園區(qū)可建模為 15 節(jié)點系統(tǒng)，供電區(qū)域劃分為 3 個。園區(qū)共計變電站三座（白兔站、萬力站、明珠站），光伏站6 座。

　1.1.3.2 變電站情況 2015 年園區(qū)共計變電站三座：白兔站、萬力站、明珠站。其中白兔站有主變 2 臺，萬力站有主變 1 臺，明珠站有主變 2 臺（園區(qū)使用一臺）。目前園區(qū)的供電由廣州供電局下屬的從化供電局負(fù)責(zé)，統(tǒng)一調(diào)度，統(tǒng)一管理。2011 年從化地區(qū)有 220kV 變電站 2 座，分別為

　從化站和綠洲站，總?cè)萘?60MVA；110kV變電站12座，總?cè)萘?63MVA。園區(qū)電源由白兔、聚寶、明珠三 110kV 變電站的 10kV 線路提供。白兔站接至 220kV 綠洲變電站，明珠站接至 220kV 從化變電站，聚寶分別接至白兔站和明珠站。園區(qū)內(nèi)的 10kV 線路零星分布，對工業(yè)、商業(yè)、行政辦公及居民供電。園區(qū)內(nèi) 110 千伏變電站的主要參數(shù)如下表所示：

　表 1 園區(qū)變電站主變參數(shù)表 主變 接線 容量 MW 無功補償 MVar PK(kW) UK(%) P0(kW) I0(%) 白兔站#1 YD11 31.5 3*2 33.4 9.95 30.75 0.23 白兔站#2 YD11 31.5 3*2 33.4 10.08 30.75 0.23 萬力站 YD11 31.5 4*2 28.6 10.67 17.76 0.08 明珠站#1 YD11 40 4*2 143.8 10.69 20.7 0.06 表 2 各變電站及主變負(fù)載情況 站名 主變編號 主變?nèi)萘?（萬千伏安）

　負(fù)載率（％）

　白兔站 #1 3.15 74.87% #2 3.15 70.93% 全站 6.3 72.51% 明珠站 #1 4 43.82% 萬力站 #1 3.15 35.27% 由表 2 數(shù)據(jù)可知，為示范園區(qū)供電的 110 千伏白兔站負(fù)載率較高，不滿足 N-1 的要求。雖然白兔站規(guī)劃終期容量為 3*63MVA，但白兔站主要承擔(dān)鰲頭西部的全部負(fù)荷，因此，建議規(guī)劃新增 1 座 110kV

　變電站。

　1.1.3.3 線路情況 所有 10 千伏饋線及其負(fù)荷情況如下表所示：

　表 3 10 千伏饋線特性及負(fù)荷匯總表 序號 饋線名稱 供電范圍 線路性質(zhì) 最大電流 1 白兔 F2 全部 專線 184.85 2 白兔 F3 全部 專線 184.27 3 白兔 F19 全部 專線 171.12 4 白兔 F20 全部 專線 372.38 5 白兔 F13 全部 公線 439.76 6 白兔 F4 全部 公線 210.96 7 白兔 F17 全部 公線 131.32 8 白兔 F1 部分 公線 405.5 9 白兔 F9 部分 公線 427.73 10 白兔 F14 部分 公線 337.16 11 白兔 F16 部分 公線 348.05 12 明珠 F5 部分 公線 448.35 13 明珠 F16 部分 公線 158.66 由上表數(shù)據(jù)可見，給示范園區(qū)供電的所有 10 千伏饋線中，白兔F20，F(xiàn)13，F(xiàn)1 和 F9 的線路電流數(shù)值較大，線路負(fù)載率水平較高。需結(jié)合配電網(wǎng)實際情況在規(guī)劃中考慮負(fù)荷改接等措施。

　1.1.3.4 負(fù)荷情況

　目前已掌握的園區(qū)內(nèi)2015年準(zhǔn)確饋線數(shù)據(jù)（全年8760小時）有：白兔 F2，F(xiàn)3，F(xiàn)20，F(xiàn)19，兔萬線。

　各專線供電負(fù)荷曲線（2015 年/8760 小時）如下：

　 1.1.3.5 光伏站情況 示范區(qū)內(nèi)現(xiàn)已有光伏裝機 9.4MW，CCHP2×15MW。預(yù)測考核年光伏裝機將擴(kuò)大到 26MW 以上，預(yù)計園區(qū)內(nèi)考核年區(qū)內(nèi)電力需求負(fù)荷為40MW，電量近 1.9 億千瓦時。熱力需求具有一定潛力，根據(jù)熱力實際情況與供熱意向進(jìn)行推測，CCHP 及光伏發(fā)電量能夠滿足外部電網(wǎng)凈購電量低于 20%。

　園區(qū)共計光伏站六座，其具體分布及參數(shù)表 4 所示：

　表 4 園區(qū)光伏站分布情況及參數(shù)表 節(jié)點 名稱 容量 MW 實際發(fā)電功率MW 7 萬力輪胎 12 2.4302 8 日立壓縮機 2 0.4050 10 從萬 1.9 0.3848 12 日立冷機 1.5 0.3038 13 萬寶 6.92 1.4014 15 橡膠廠 1.1 0.2228

　1.1.3.6 線路參數(shù) 正常運行情況下，示范園區(qū)分三個區(qū)域以輻射狀形式對所有負(fù)荷供電。其線路參數(shù)如表 5 所示：

　表 5 園區(qū)線路參數(shù)表 編號 From 節(jié)點 To 節(jié)點 R（Ω）

　X（Ω）

　B（S）

　1 1 5 - - - 2 2 6 - - - 3 3 7 - - - 4 1 3 0.0036 0.0050 0.0026 5 5 8 1.1101 1.5422 54.78e-6 6 5 9 1.0159 1.4113 50.13e-6 7 5 10 0.1066 0.1481 19.40e-6 8 5 11 0.3932 0.5463 19.40e-6 9 6 12 1.7088 1.6068 48.37e-6 10 6 13 0.9891 1.3741 48.81e-6 11 6 14 0.016 0.0222 0.79e-6 12 4 15 0.4323 0.6006 21.33e-6 園區(qū)內(nèi)各專線參數(shù)如下：

　參數(shù)\饋線 F2 F3 F19 F20 長度（km）

　8.137 7.536 7.74 8.458 型號 LGJ-150 LGJ-240 LGJ-240 LGJ-240 供電負(fù)荷 日立冷機 萬寶（1）

　萬寶（2）

　日立壓縮機

　2 示范園區(qū)冷/ 熱/ 氣 能源 情況 2.1 示范園區(qū)概述

　2.1.1 示范園區(qū)天然氣負(fù)荷情況 2×15MW級燃?xì)廨啓C熱電聯(lián)產(chǎn)機組的天然氣耗量如表2.4.4所示，表中的燃料消耗量是根據(jù)上述西氣東輸二線天然氣成分參數(shù)計算所得。。

　表2.4.4

　單臺機組天然氣年耗用量 機組運行工況 負(fù)荷 每小時耗氣量 年耗氣量 （×104 m 3 /h) （×107 m 3 /h) 保證工況 100%額定負(fù)荷 0.858 6.864 注：1) 表中耗氣量的計量基準(zhǔn)為20℃/101.325 kPa，天然氣低位熱值(LHV)取43541kJ/ kg，比容取1274m3/t。

　2) 表中每小時耗氣量為兩臺機組的值，機組年利用小時數(shù)按8000小時計算， 年耗氣量按年利用小時數(shù)計得。

　3) 設(shè)計工況：指環(huán)境條件為21.5℃、100.97kPa(a)、78.4%相對濕度。

　4) 燃機參考機型采用索拉TITAN 130燃機，本計算已考慮機組的啟停、老化修正等因素(GT Pro 計算數(shù)據(jù)) 。

　2.1.2 示范園區(qū)熱負(fù)荷情況 2.1.3.1 園區(qū)供熱情況概述

　園區(qū)工業(yè)熱負(fù)荷供應(yīng)由鰲頭能源站（CHP 系統(tǒng)）提供，主要用于萬力輪胎股份有限公司、廣州豐力橡膠輪胎廠、廣州鉆石車胎廠煉膠、廣州凱茵橡膠有限公司等企業(yè)用于煉膠生產(chǎn)。供熱蒸汽溫度約為230℃，部分企業(yè)要求 24 小時供熱蒸汽。鰲頭能源站工熱蒸汽月度產(chǎn)量如下表所示，其中企業(yè)僅提供今年前 9 個月的設(shè)備運行數(shù)據(jù)，因此10~12 月數(shù)據(jù)暫時為預(yù)估值。

　表.1——鰲頭能源站 2016 年 CHP 系統(tǒng)蒸汽供應(yīng)參數(shù) 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 日均蒸汽產(chǎn)量(t/d) 760 610 715 680 720 605 702 653 770 720 770 715 日均天然氣消耗量(萬 萬 Nm3/d) 11.2 8.5 12.2 9.4 9.9 8.4 9.5 8.9 10.6 9.9 10.6 12.2 鰲頭能源站全年供蒸汽如下圖所示：

　圖.1—鰲頭能源站 CHP 系統(tǒng)供蒸汽曲線圖 根據(jù)圖格顯示，全年 2 月、6 月蒸汽供應(yīng)量較低，其余月份蒸汽供應(yīng)量均為 700t/d，比較穩(wěn)定。

　0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0024288552816108013441608187221362400266429283192345637203984424845124776504053045568583260966360662468887152741676807944820884728736供蒸汽功率(t/h)時間(h)供蒸汽功率（t/h）

　平均供蒸汽功率（t/h）

　2）空調(diào)設(shè)備概述

　 園區(qū)現(xiàn)有萬力輪胎、日立壓縮機、日立冷機三家企業(yè)在生產(chǎn)加工過程中需要使用空調(diào)，空調(diào)均為 24 小時無間斷供冷。萬力輪胎、日歷壓縮機 2 家企業(yè)先采用中央冷水機組用于供冷，日歷壓縮機企業(yè)現(xiàn)采用水冷柜式空調(diào)供冷，預(yù)計很快會替換為中央空調(diào)冷水機組。三家企業(yè)預(yù)計全年空調(diào)系統(tǒng)耗電 1574 萬 kWh。具體情況見后文分析。

　本節(jié)內(nèi)容：就園區(qū)整體的電力能源需求情況進(jìn)行描述，15 年電力負(fù)荷情況，電量需求情況，熱力需求情況進(jìn)行說明。對整體園區(qū)的儲能及分布式自治系統(tǒng)的部署條件進(jìn)行調(diào)研。

　2.1.3.2 萬力輪胎 萬力輪胎企業(yè)的空調(diào)設(shè)備共分為 2 期，到目前為止，2 期均已經(jīng)完成，共有 9 個車間，各車間空調(diào)系統(tǒng)主要包含制冷機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機。萬力輪胎企業(yè)各車間空調(diào)系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備如下表所示：

　表.1——萬力輪胎企業(yè)中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備概況 設(shè)備名稱 設(shè)備主要參數(shù) 合計 備注 制冷機組 1#機組 制冷量 1404kW，功率 252kW 制冷量18250kW，功率2619kW

　3#機組 制冷量 1404kW，功率 252kW

　4#機組 制冷量 1404kW，功率 252kW

　5#機組 制冷量 3489kW，功率 15kW 吸 收式制冷機 6#機組 制冷量 1758kW，功率 325kW

　7#機組 制冷量 1758kW，功率 333kW

　8#機組 制冷量 3517kW，功率 590kW 可變頻機組 9#機組 制冷量 3516kW，功率 600kW 可變頻機組 冷凍水泵

　1#機組 45kW 功率 881kW

　2#機組 45kW

　3#機組 45kW

　4#機組 45kW

　5#機組 45kW

　6#機組 132kW+75kW

　7#機組 132kW+75kW

　8#機組 110kW

　9#機組 132kW

　冷卻水泵 1#機組 45kW 功率 799kW

　2#機組 45kW

　3#機組 45kW

　4#機組 45kW

　5#機組 45kW

　6#機組 132kW+55kW

　7#機組 132kW+55kW

　8#機組 90kW

　9#機組 110kW

　冷卻塔風(fēng)機

　1#機組 11kW+22kW+22kW+11kW+22kW 功率 220kW

　2#機組 11kW+22kW+22kW+11kW+22kW

　3#機組 11kW+22kW

　4#機組 11kW

　蓄冷系統(tǒng)主要有冰蓄冷和水蓄冷 2 種方案。相互比較而言，冰蓄冷系統(tǒng)具有蓄冷密度高、占地面積小、換熱溫差大、可制得較低溫度的優(yōu)點；水蓄冷系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定可靠、初投資小、運行維護(hù)成本低、可充分利用現(xiàn)有空調(diào)機組設(shè)備的優(yōu)勢。

　萬力輪胎企業(yè)擬采用冰蓄冷方案根據(jù)調(diào)研和計算結(jié)果，目前萬力輪胎在夏季空調(diào)用電高峰期。萬力輪胎企業(yè)現(xiàn)有 7 臺大功率螺桿式壓縮機組（包括泵、風(fēng)扇在內(nèi)的整個機組電功率之和為 3719kW，額定制冷量為 14860kW）和 1 臺吸收式制冷機組（電功率為 699kW，額定制冷量為 3489kW）用于廠房供冷。改造為冰蓄冷系統(tǒng)后，需要對現(xiàn)有 4 臺壓縮機組進(jìn)行改裝，改裝為雙工況制冷機組用于制冰，其余機組作為基載用于協(xié)同融冰系統(tǒng)為廠區(qū)供冷。

　企業(yè)僅提供月度空調(diào)用能數(shù)據(jù)，未提供詳細(xì)的逐時空調(diào)系統(tǒng)用電數(shù)據(jù)，僅能故根據(jù)以往經(jīng)驗，估算出空調(diào)系統(tǒng)耗電數(shù)據(jù)，企業(yè)提供月度用電數(shù)據(jù)及估算用電功率如下表所示：

　表.2-萬力輪胎全年各月空調(diào)耗電量

　1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 用電功率 798 214 528 1553 1424 1657 1712 1641 1712 1227 898 467

　耗電(萬kWh) 53.2 12.9 35.2 100.2 94.9 106.9 114.1 105.9 110.7 81.8 57.9 31.2 根據(jù)空調(diào)耗電信息，可以確定蓄冷容量、蓄冷機組功率等關(guān)鍵參數(shù)。

　改造為冰蓄冷系統(tǒng)后，可以通過控制蓄冷裝置釋放冷量的時間，替代空調(diào)系統(tǒng)基載系統(tǒng)的功率，降低用電功率，從而實現(xiàn)配合電網(wǎng)公司達(dá)到削減峰值用電功率的目標(biāo)。

　用戶空調(diào)系統(tǒng)用能負(fù)荷預(yù)測：

　對于蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，其負(fù)荷主要由三方面構(gòu)成：建筑負(fù)荷、工藝負(fù)荷、蓄冷負(fù)荷。而蓄冷負(fù)荷的確定基于建筑負(fù)荷與工藝負(fù)荷，因此企業(yè)的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測主要由兩方面構(gòu)成：建筑負(fù)荷預(yù)測與工藝負(fù)荷預(yù)測。

　建筑負(fù)荷與當(dāng)?shù)貧夂颍ㄖ饕�與溫度、光照輻射、空氣濕度、風(fēng)速四個因素有關(guān)）、建筑物結(jié)構(gòu)、建筑物面積、內(nèi)部產(chǎn)熱設(shè)備、人員流動情況等眾多因素有關(guān)，可以根據(jù)企業(yè)空調(diào)系統(tǒng)運行經(jīng)驗，將其轉(zhuǎn)化為單位面積/空間內(nèi)的負(fù)荷，則總的預(yù)測建筑負(fù)荷為

　24, ,1 1kB fc ij ij Bj iQ A q? ?? ???

　 (1) QB,fc——預(yù)測的設(shè)計日建筑負(fù)荷，kJ； Aij——第 i 類建筑物面積，m2； qij,B——第 i 類建筑物單位面積的逐時冷負(fù)荷，kW/m2； k——區(qū)分建筑物負(fù)荷時劃分的建筑物種類； 工業(yè)負(fù)荷主要由設(shè)備的同時運行數(shù)量（功率）、生產(chǎn)加工類型、持續(xù)時間等各方面涉及到生產(chǎn)加工過程的參數(shù)構(gòu)成，一般根據(jù)一天內(nèi)

　產(chǎn)品的總耗冷量與產(chǎn)量比值確定單位產(chǎn)品消耗/所需的冷量，即

　24,,D ijjD iiQqm???

　(2) qD,i——第 i 種產(chǎn)品單位產(chǎn)品耗冷量，kJ/kg； QD,ij——生產(chǎn)第 i 種產(chǎn)品的逐時冷負(fù)荷，kW； mi——第 i 種產(chǎn)品的逐時產(chǎn)量，kg； 對于企業(yè)來說，一般作年度規(guī)劃時，不太可能精確到每天的產(chǎn)量，往往會制定月度產(chǎn)量計劃，故可以根據(jù)最大月產(chǎn)量再乘以安全系數(shù)確定空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計工業(yè)負(fù)荷，如下所示：

　, , ,1kD fc D i i i aviQ q n m?? ? ??

　(3) QD,fc——預(yù)測的設(shè)計日總工藝?yán)湄?fù)荷，kJ； k——產(chǎn)品種類數(shù)目； ni——第 i 種產(chǎn)品的預(yù)測負(fù)荷時的安全系數(shù)； mi,av——平均日產(chǎn)量，kg； 則根據(jù)以上數(shù)據(jù)獲得設(shè)計日總負(fù)荷為

　0, , , fc B fc D fcQ Q Q ? ?

　(4) Q0,fc——預(yù)測的設(shè)計日冷負(fù)荷，kJ。

　暫時無法獲取企業(yè)的生產(chǎn)計劃，故負(fù)荷預(yù)測部分還需要與企業(yè)進(jìn)一步溝通才能確定。

　2.1.3.3 日立壓縮機 日立壓縮機與日立冷機 2 家企業(yè)擬合建冰蓄冷系統(tǒng)，故 2 家企業(yè)用能現(xiàn)狀合在一起進(jìn)行分析。

　日立冷機企業(yè)現(xiàn)有各空調(diào)設(shè)備用能如下：

　該公司共有辦公樓、壓縮機車間兩套中央空調(diào)系統(tǒng)，其中辦公樓供冷面積 4400 ㎡，5~9 月為供冷季，工作日 8：00~17：00 供冷，其余時間視室外溫度情況決定是否開機；壓縮機車間中央空調(diào)系統(tǒng)供冷面積 1700 ㎡，為保證車間內(nèi)的溫度波動≤4℃，全年有 11 個月里每天 24 小時不間斷運行。

　表.1——日立冷機企業(yè)辦公樓中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備概況 設(shè)備名稱 主要參數(shù) 數(shù)量(臺) 螺桿機 功率 85KW，額定電流：150A 1 冷凍水泵（7~12℃）

　流量 65m³/h，揚程 34m，15kW 2 冷卻水泵 流量 90.8m³/h，揚程 26.4m，11kW 2 冷卻風(fēng)機 水量 125m³/h，功率 4kW 1 表.2——日立壓縮機企業(yè)車間中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備概況：

　設(shè)備名稱 主要參數(shù) 數(shù)量(臺) 1#螺桿機 功率 194KW，額定電流：328A，冷量：924KW 1 2#螺桿機 功率 323KW，額定電流：547A，冷量：1540KW 1 冷凍水泵 流量 135m³/h，揚程 21m，功率 15kW 2 冷卻水泵 流量 135m³/h，揚程 21m，功率 15kW 2 冷卻風(fēng)機 功率 4kW 2

　 日立壓縮機廠區(qū)采用分體式空調(diào)系統(tǒng)，共分為七個區(qū)域，每個區(qū)域共用一套冷卻水系統(tǒng)，末端為水冷柜式空調(diào)機�，F(xiàn)打算改造為中央空調(diào)。原空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備如下表所示：

　表.3——日立壓縮機企業(yè)車間空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備概況 設(shè)備安裝位置 設(shè)備名稱 主要參數(shù) 數(shù)量（臺）

　4#、5#組立車間空調(diào)系統(tǒng) 冷卻塔 功率 5.5KW、水量 175 m³/h 1 冷卻水泵 流量 92.5m³/h、揚程 28m；功率 11KW 3 水冷柜式空調(diào) 額定制冷量：46.3KW、輸入功率：13.8KW 11 3#機加工車間空調(diào)系統(tǒng) 冷卻塔 功率 2.2KW 3 冷卻水泵 流量 160 m³/h、揚程 32m；功率 22KW 4 水冷柜式空調(diào) 額定制冷量：46.3KW、輸入功率：13.8KW 32 1#機加工車間空調(diào)系統(tǒng) 冷卻塔 功率 5.5KW、水量 350 m³/h 2 冷卻水泵 流量 150m³/h、揚程 28m；功率 18.5KW 3 水冷柜式空調(diào) 額定制冷量：46.3KW、輸入功率：13.8KW 23 電機車間空調(diào)系統(tǒng) 冷卻塔 功率 2.2KW、水量 350 m³/h 2 冷卻水泵 流量 150m³/h、揚程 28m；功率 18.5KW 2 水冷柜式空調(diào) 額定制冷量：46.3KW、輸入功率：13.8KW 8 1#、2#、3#組立車間、2#機加工車間空調(diào)系統(tǒng) 冷卻塔 功率 11KW 4 冷卻水泵 流量 374m³/h、揚程 28m；功率 45KW 4 水冷柜式空調(diào) 額定制冷量：46.3KW、輸入功率：13.8KW 39

　管殼車間空調(diào)系統(tǒng) 冷卻塔 功率 5.5KW、

　1 冷卻水泵 流量 90m³/h、揚程 19m；功率 7.5KW 1 水冷柜式空調(diào) 額定制冷量：46.3KW、輸入功率：13.8KW 8 商檢車間空調(diào)系統(tǒng) 冷卻塔 功率 1.5KW、水量 6090m³/h

　 1 冷卻水泵 流量 60m³/h、揚程 21m；功率 5.5KW 2 水冷柜式空調(diào) 額定制冷量：46.3KW、輸入功率：13.8KW 3 蓄冷系統(tǒng)主要有冰蓄冷和水蓄冷 2 種方案。相互比較而言，冰蓄冷系統(tǒng)具有蓄冷密度高、占地面積小、換熱溫差大、可制得較低溫度的優(yōu)點；水蓄冷系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定可靠、初投資小、運行維護(hù)成本低、可充分利用現(xiàn)有空調(diào)機組設(shè)備的優(yōu)勢。

　從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，一般在場地足夠的情況下，優(yōu)先考慮采用采取水蓄冷方案。但是根據(jù)調(diào)研和計算結(jié)果，目前日立冷機和日立壓縮機兩家企業(yè)均受場地限制，無法提供足夠的場地用于建設(shè)水蓄冷系統(tǒng)，考慮兩家企業(yè)聯(lián)合建設(shè)冰蓄冷系統(tǒng)。由于蓄冷系統(tǒng)運行時管道冷量損失比較嚴(yán)重，故建設(shè)時應(yīng)盡量選擇靠近用冷量較大的用戶建設(shè)，以減少冷損失。故建議選擇靠近用冷量較大的日歷壓縮機企業(yè)側(cè)建設(shè)蓄冰裝置。

　目前日立壓縮機在夏季空調(diào)用電高峰期。日立壓縮機企業(yè)現(xiàn)有多臺水冷柜式空調(diào)（額定電功率之和為 1711kW，額定制冷量為 5741kW）用于廠房供冷。初步預(yù)計改造為中央空調(diào)系統(tǒng)，按照額定 COP 為 4.0估計，改造后額定電功率降為 1435kW。日立冷機企業(yè)現(xiàn)有 2 臺大功率壓縮機（電功率分別為 194kW 和 323kW）用于廠房供冷，一臺小功

　率壓縮機(電功率為 85kW)用于辦公樓供冷。改造為聯(lián)合冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)后，現(xiàn)有日立冷機企業(yè)的中央空調(diào)系統(tǒng)作為冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的基載系統(tǒng)用于提供主要的空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)所需冷量，同時需要新增雙工況主機作為夜間蓄冰的裝置，雙工況主機也可用于白天空調(diào)供冷。

　兩家企業(yè)僅提供年/月度空調(diào)用能數(shù)據(jù)，未提供詳細(xì)的逐時空調(diào)系統(tǒng)用電數(shù)據(jù)，故根據(jù)以往經(jīng)驗，估算出空調(diào)系統(tǒng)改造前耗電數(shù)據(jù)如下：

　表.4-日立聯(lián)合企業(yè)空調(diào)系統(tǒng)改造前各月估算空調(diào)耗電量

　1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10月 11月 12月 合計 耗電量（萬kWh）

　33.4 30.1 47.6 59.9 72.2 82.3 66.7 74.1 57.1 58.4 51.3 36.1 669.1 根據(jù)空調(diào)耗電信息，可以確定蓄冷容量、雙工況主機功率等關(guān)鍵參數(shù)。

　改造為冰蓄冷系統(tǒng)后，可以通過控制蓄冰裝置釋放冷量的時間，替代空調(diào)系統(tǒng)基載系統(tǒng)的功率，降低用電功率，從而實現(xiàn)配合電網(wǎng)公司達(dá)到削減峰值用電功率的目標(biāo)。

　用戶空調(diào)系統(tǒng)用能負(fù)荷預(yù)測：

　對于蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，其負(fù)荷主要由三方面構(gòu)成：建筑負(fù)荷、工藝負(fù)荷、蓄冷負(fù)荷。而蓄冷負(fù)荷的確定基于建筑負(fù)荷與工藝負(fù)荷，因此企業(yè)的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測主要由兩方面構(gòu)成：建筑負(fù)荷預(yù)測與工藝負(fù)荷預(yù)測。

　建筑負(fù)荷與當(dāng)?shù)貧夂颍ㄖ饕�與溫度、光照輻射、空氣濕度、風(fēng)速四個因素有關(guān)）、建筑物結(jié)構(gòu)、建筑物面積、內(nèi)部產(chǎn)熱設(shè)備、人員流動情況等眾多因素有關(guān)，可以根據(jù)企業(yè)空調(diào)系統(tǒng)運行經(jīng)驗，將其轉(zhuǎn)化為單位面積/空間內(nèi)的負(fù)荷，則總的預(yù)測建筑負(fù)荷為

　24, ,1 1kB fc ij ij Bj iQ A q? ?? ???

　 (5) QB,fc——預(yù)測的設(shè)計日建筑負(fù)荷，kJ； Aij——第 i 類建筑物面積，m2； qij,B——第 i 類建筑物單位面積的逐時建筑冷負(fù)荷，kW/m2； k——區(qū)分建筑物負(fù)荷時劃分的建筑物種類； 工業(yè)負(fù)荷主要由設(shè)備的同時運行數(shù)量（功率）、生產(chǎn)加工類型、持續(xù)時間等各方面涉及到生產(chǎn)加工過程的參數(shù)構(gòu)成，一般根據(jù)一天內(nèi)產(chǎn)品的總耗冷量與產(chǎn)量比值確定單位產(chǎn)品消耗/所需的冷量，即

　24,,D ijjD iiQqm???

　(6) qD,i——第 i 種產(chǎn)品單位產(chǎn)品耗冷量，kJ/kg； QD,ij——生產(chǎn)第 i 種產(chǎn)品的逐時冷負(fù)荷，kW； mi——第 i 種產(chǎn)品的逐時產(chǎn)量，kg； 對于企業(yè)來說，一般作年度規(guī)劃時，不太可能精確到每天的產(chǎn)量，往往會制定月度產(chǎn)量計劃，故可以根據(jù)最大月產(chǎn)量再乘以安全系數(shù)確定空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計工業(yè)負(fù)荷，如下所示：

　, , ,1kD fc D i i i aviQ q n m?? ? ??

　(7)

　QD,fc——預(yù)測的設(shè)計日總工藝?yán)湄?fù)荷，kJ； k——產(chǎn)品種類數(shù)目； ni——第 i 種產(chǎn)品的預(yù)測負(fù)荷時的安全系數(shù)； mi,av——平均日產(chǎn)量，kg； 則根據(jù)以上數(shù)據(jù)獲得設(shè)計日總負(fù)荷為

　0, , , fc B fc D fcQ Q Q ? ?

　(8) Q0,fc——預(yù)測的設(shè)計日冷負(fù)荷，kJ。

　2.1.3 鰲頭能源站 廣州發(fā)展鰲頭分布式能源站項目（下稱“鰲頭項目”）位于廣東從化經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)明珠工業(yè)園鰲頭工業(yè)基地內(nèi)，由廣州發(fā)展鰲頭分布式能源站投資管理有限公司（下稱“鰲頭能源站公司”）負(fù)責(zé)運營管理。項目總投資概算約為 3.2 億元，本期建設(shè)安裝 2×14.4MW 燃?xì)廨啓C發(fā)電機組，配套 2×27.3 噸/時余熱蒸汽鍋爐和供熱管網(wǎng)，以 10.5kV 電壓等級建設(shè)2回出線接入廣州豐力橡膠輪胎有限公司內(nèi)的110kV萬力站 10.5kV 母線的不同分段，同時預(yù)留二期擴(kuò)建條件。

　本工程新建 4 回 10 千伏線路，分別由#1、#2 機組 10.5kV 發(fā)電機電壓母線各建設(shè) 2 回出線接入廣州豐力橡膠輪胎有限公司內(nèi)的110kV 萬力站 10.5kV 母線的不同分段。本期工程建設(shè) 2×14.4MW 級燃機發(fā)電機組中，燃機發(fā)電機出口與 10kV 母線之間設(shè)置斷路器，燃機發(fā)電機組負(fù)荷、其他廠用電負(fù)荷、10kV 直供負(fù)荷均接至#1、#2 燃機發(fā)電機 10kV 母線段。機組起動電源由系統(tǒng)倒送電取得。廠用電電壓根據(jù)機組選型及輔機配置情況，采用 10.5kV 和 0.38/0.22kV 兩個電壓等級。每臺燃機設(shè)設(shè)置相應(yīng)的 10kV、0.4kV 工作母線段。鰲頭能源站出線發(fā)電機出口 10.5kV 電能經(jīng)電纜接入到廣州豐力橡膠輪胎有限公司內(nèi)的 110kV 萬力站 10.5kV 母線，廣州豐力橡膠輪胎有限公司首先消納部分電能，余電經(jīng)萬力站的主變升壓后由 110kV 兔萬線接入廠址西南側(cè) 2km 處的 110kV 白兔變電站， 110kV 出線擬利用現(xiàn)有的萬力站—白兔站 110kV 走廊，廠外 10kV 電纜長度約 900m。

　 鰲頭能源站所采用的燃料為天然氣，氣源為西氣東輸二期天然氣。

　根據(jù)廣東省天然氣管網(wǎng)及廣州天然氣高壓管網(wǎng)規(guī)劃，本項目規(guī)劃從京港澳高速公路鰲頭出入口東南側(cè)的小坑天然氣分輸站接駁，并沿省道S355 線及基地道路敷設(shè)專用天然氣管，再接入電廠內(nèi)調(diào)壓站，經(jīng)調(diào)壓后供給機組，廠外管線長度約 5.5km。本項目與廣州燃?xì)饧瘓F(tuán)管網(wǎng)的接口暫定為廠區(qū)圍墻外 1m。本站一期需天然氣量為 10892m3/h ，6760 萬 m3/a。

　鰲頭工業(yè)基地分布式能源站，以冷熱電聯(lián)產(chǎn)方式實施集中供熱冷，綜合能源利用效率可達(dá)到 70%以上，遠(yuǎn)高于燃?xì)廨啓C簡單循環(huán)發(fā)電 40%左右和超臨界燃煤純凝機組 50%左右的能源利用效率，可以更大程度地進(jìn)行能源梯級利用，實現(xiàn)較高的能源綜合利用效率，節(jié)約能源，是實現(xiàn)能源與環(huán)境協(xié)調(diào)、社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要，是確保政府社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)實現(xiàn)的重要保證措施之一。符合國家發(fā)展冷熱電聯(lián)產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策。

　廣州發(fā)展鰲頭分布式能源站裝機容量位于用戶附近，屬于裝機規(guī)模較小，電能主要由用戶自用和就地利用的清潔能源，資源綜合利用發(fā)電設(shè)施或有電力輸出的能量梯級利用多聯(lián)供系統(tǒng)。

　 鰲頭能源站項目三大主機設(shè)備已招標(biāo)，三大主機由中航動力科技工程有限責(zé)任公司配套供應(yīng)：燃機為西門子 SGT-400 型燃機；發(fā)電機為上海電機廠發(fā)電機；余熱鍋爐為南京奧能鍋爐有限公司鍋爐。主廠房區(qū)布置 2 臺套 14.4MW 燃?xì)廨啓C發(fā)電機和余熱鍋爐、1 臺 25t/h 輔助燃?xì)庹羝�鍋爐，熱電比達(dá)到 160%。

　鰲頭能源站(包括光伏、三聯(lián)供 CCHP、儲能等)額定容量有功1.44MW；

　類型：熱電聯(lián)產(chǎn) 安裝位置：廣州市從化區(qū)和源路 98 號 運行情況：年運行小時數(shù) 8000 小時 控制方式：DCS 控制 一年內(nèi)發(fā)電的歷史時序數(shù)據(jù)等 統(tǒng)計周期 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 發(fā)電量(萬kw·h) 803.73 407.85 764.94 642.66 660 659.25 708.54 654.09 供電量(萬kw·h) 783.4 397.52 748.32 625.74 637 641.76 686.76 640.3 熱電比（%）

　234.6869% 251.0846% 231.6167% 253.7247% 260.7158% 220.2247% 245.4274% 246.3820% 綜合能源效率（%）

　81.7766% 84.3184% 87.6809% 84.7040% 81.3966% 88.0473% 87.5167% 86.7432% 鰲頭能源站現(xiàn)有 2 臺 15MW 燃?xì)廨啓C、2 臺不補燃雙壓臥式自然循環(huán)余熱鍋爐、1 臺輔助燃?xì)忮仩t。其中燃?xì)廨啓C用于發(fā)電，排放的高溫尾氣用于加熱鍋爐內(nèi)的熱水為熱蒸汽，為進(jìn)行輪胎加工生產(chǎn)提供煉膠所蓄的熱蒸汽。輔助燃?xì)忮仩t作為備用，當(dāng)燃?xì)廨啓C故障、檢修或由于其它原因無法運行時，由輔助燃?xì)忮仩t替代進(jìn)行供熱。各設(shè)備參數(shù)如下表所示：

　表.1—燃?xì)廨啓C參數(shù) 燃機型號 TITAN 130

　數(shù)量 2 臺 年利用小時數(shù)

　8000 h 燃機發(fā)電負(fù)荷

　95.7% 燃?xì)廨啓C出力

　13.482 MW 天然氣耗量

　0.429×104 Nm3/h 總對外供熱量

　84.98 GJ/h 熱電比 175.09% 燃機發(fā)電效率 33.1% 總熱效率 91.08% 供熱氣耗率 30.72 Nm3/GJ 發(fā)電氣耗率 0.124 Nm3/ kWh 表.2—余熱鍋爐參數(shù) 鍋爐型式 不補燃，臥式，自然循環(huán)，雙壓，帶整體式除氧器，尾部設(shè)熱水換熱器 數(shù)量 2 臺 高壓蒸汽參數(shù) 1.854MPa(a)，232℃，27.45t/h 除氧器參數(shù) 0.13MPa(a)，107℃，27.45t/h 熱水參數(shù) 70℃/90℃，115t/h 排煙溫度 85℃ 表.3—輔助燃?xì)忮仩t參數(shù) 數(shù)量 1 臺 額定功率 25t/h 蒸汽參數(shù) 1.8MPa(g)，230℃

　保證效率 ≥92% 本體漏風(fēng)率 ≯3% 配套輔機總功率 <130 kW 實際運行時，運行采用以熱定電的方式。廣州豐力橡膠輪胎廠和廣州鉆石車胎廠要求連續(xù)供熱供電，年利用小時數(shù)為 8000 小時。

　根據(jù) GT-Pro 熱平衡估算，兩臺燃機配余熱鍋爐可持續(xù)穩(wěn)定提供工業(yè)用蒸汽 54.90t/h，在穩(wěn)定生產(chǎn)時，滿足工業(yè)熱負(fù)荷。另外，余熱鍋爐尾部煙道換熱器提供熱水量為 230t /h，滿足分布式能源站內(nèi)的制冷以及用戶生活熱水需求。

　本工程另設(shè) 1 臺 25 t/h 蒸發(fā)量的輔助燃?xì)忮仩t，在燃機（或余熱鍋爐）故障或檢修時，確保對用戶的供熱。

　根據(jù)熱平衡計算，兩臺余熱鍋爐可滿足設(shè)計額定熱負(fù)荷；當(dāng)兩臺余熱鍋爐和輔助燃?xì)忮仩t同時運行可滿足最大熱負(fù)荷需求（最大工業(yè)蒸汽 74.9 t/h）。當(dāng)一臺燃機或余熱鍋爐故障時，利用一臺燃機和余熱鍋爐運行，并投用輔助燃?xì)忮仩t，可以滿足設(shè)計額定熱負(fù)荷。

　根據(jù)企業(yè)提供的前 9 個月的運行參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗估算出 CHP 系統(tǒng)10 月、11 月、12 月運行參數(shù)，統(tǒng)計整理后得到 2016 年運行參數(shù)如下表所示：

　表.4—鰲頭能源站 2016 年 CHP 系統(tǒng)運行參數(shù) 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 蒸汽產(chǎn)量760 610 715 680 720 605 702 653 770 720 770 715

　（t/d）

　供電(萬kWh/d) 25.3 20.4 24.1 20.9 20.5 21.4 22.1 20.6 25.5 20.5 25.5 24.1 天然氣消耗(萬Nm3/d) 11.2 8.5 12.2 9.4 9.9 8.4 9.5 8.9 10.6 9.9 10.6 12.2

　 圖.2—鰲頭能源站 CHP 系統(tǒng)供蒸汽曲線圖 取 CHP 系統(tǒng)供熱功率平均值與最大值之差進(jìn)行整理，可得負(fù)荷曲線如下圖所示：

　0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.00時間…264528792105613201584184821122376264029043168343236963960422444884752501652805544580860726336660068647128739276567920818484488712供蒸汽功率(t/h)時間(h)供蒸汽功率（t/h）

　平均供蒸汽功率（t/h）

　 圖.3—鰲頭能源站 CHP 系統(tǒng)供蒸汽最大值與平均值差值曲線圖 其中，90%線表示一年中有 90%以上天數(shù)供蒸汽最大值與平均值差值小于此值，19.94t/h。

　 （2）熱力傳輸條件與容量

　 工業(yè)供熱采用 230℃、1.8MPa 的高溫蒸汽作為傳熱介質(zhì)。通過管道進(jìn)行輸送。系統(tǒng)采用 2 臺余熱鍋爐和一臺輔助燃?xì)忮仩t用于供熱。余熱鍋爐設(shè)計容量為 27.45t/h，輔助燃?xì)忮仩t設(shè)計容量為 25t/h。通常為 2 臺燃?xì)廨啓C運行，當(dāng)出現(xiàn)機組檢修或者故障時由余熱鍋爐輔助供熱。

　 （3）熱力運營模式 本章節(jié)分工：廣州發(fā)展集團(tuán)/上海航天能源/上海交通大學(xué)共同完成,主要以前段時間以及這一輪的調(diào)研情況以及分企業(yè)的調(diào)研報告為基礎(chǔ)。主要對鰲頭站的出力特性、運行情況熱力及電力供應(yīng)情況進(jìn)行分析，對鰲頭站所發(fā)電量具備的不同條件進(jìn)行預(yù)測。

　0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.0024288552816108013441608187221362400266429283192345637203984424845124776504053045568583260966360662468887152741676807944820884728736供汽量(t/h)時間(h)蒸汽產(chǎn)量差值（t/h）

　蒸汽均值（t/h）

　90%蒸汽線

　 制冷機參數(shù)：

　項目 #1 制冷機 型號 SXZ8-25D(32/37)H2M3-LR 蒸汽壓力 0.8MPa 蒸汽耗量 263kg/h 制冷量 246kw 冷凍水進(jìn)口溫度 12℃ 冷凍水出口溫度 7℃ 冷凍水流量 200m3/h 冷卻水進(jìn)口溫度 32℃ 冷卻水流量 310m3/h

　3 隨機規(guī)劃 模型 3.1 不確定 性建模

　考慮綜合能源系統(tǒng)中存在的各種不確定性因素，根據(jù)能源負(fù)荷增長情況，基于隨機機會約束規(guī)劃方法，得出規(guī)劃目標(biāo)年的新建、改建配電網(wǎng)架和能源。

　本課題考慮的不確定性因素主要包括：負(fù)荷不確定性、光伏和CCHP 機組出力不確定性、管網(wǎng)故障不確定性。

　負(fù)荷不確定性：負(fù)荷的不確定性可用正態(tài)分布近似反映，負(fù)荷概率密度函數(shù)為

　光伏出力不確定性：太陽電池的輸出功率與光照強度密切相關(guān)，在一定時間段內(nèi)太陽光照強度可以看成服從 Beta 分布，由此推導(dǎo)得出太陽能電池方陣輸出的概率密度函數(shù)為

　CCHP 機組出力不確定性：CCHP 機組出力可控，主要不確定性集中在其發(fā)生故障的不確定性。一般設(shè)其故障率為給定值 ? 。

　管網(wǎng)故障的不確定性主要包括配電線路故障的不確定性、熱氣管道故障的不確定性。一般設(shè)其故障率為給定值 ? 。

　3.2 隨機規(guī)劃模型的建立

　本課題建立的隨機規(guī)劃模型，輸入變量為規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)狀電源

　和網(wǎng)架接線和參數(shù)，負(fù)荷預(yù)測概率分布，光伏、儲能及 CCHP 等電源出力的概率分布，線路故障率參數(shù)，可選的新能源接入位置、新建線路通道，網(wǎng)絡(luò)安全性概率置信水平等。輸出是新建綜合能源網(wǎng)架線路與管網(wǎng)、配電站、冷/熱/氣站的位置和容量，新建分布式電源、儲能接入點的位置和容量，總投資成本和運行成本、系統(tǒng)可靠性水平等。目標(biāo)函數(shù)是系統(tǒng)總投資成本和運行成本最小。

　本課題所建隨機規(guī)劃模型采用雙層規(guī)劃。上層模型優(yōu)化目標(biāo)為投資成本（固定投資和運行投資）最小，約束為新建電源和網(wǎng)架的數(shù)量和成本；下層模型優(yōu)化目標(biāo)為運行成本（網(wǎng)損、停電損失、購電費用）最小，約束為潮流平衡約束和安全性置信區(qū)間約束。通過雙層聯(lián)合優(yōu)化，所得規(guī)劃方案可滿足各種約束要求，體現(xiàn)解的最優(yōu)性。模型表達(dá)式如下式所示：

　1 2 3min ( )( , , ) 0min{ ( , , ), ( , , ), ( , , )}( , , ) 0( , , ) 0Pr{ ( , , ) 0}, , {min,max}f xh x u vg x u v g x u v g x u vd x u ve x u vd x u vu v x????? ?? 其中，上層目標(biāo)函數(shù) ( ) f x 為投資成本最小， x 為新建設(shè)備數(shù)量，為整數(shù)變量。上層約束條件 ( , , ) h x u v 為投資運行成本約束條件， u 為運行變量， v 為不確定性變量。

　下層為多目標(biāo)函數(shù)，1 2 3( , , ), ( , , ), ( , , ) g x u v g x u v g x u v 分別為網(wǎng)損、停電

　損失、購電費用目標(biāo)。約束條件 ( , , ) d x u v 為系統(tǒng)潮流平衡約束。

　( , , ) e x u v為線路功率約束、電源約束等不等式約束。

　Pr{ ( , , ) 0} d x u v ? ? ? 為機會約束，指不確定性因素下系統(tǒng)可靠性等指標(biāo)所需滿足的置信水平。

　模型的求解主要采用了基于多場景的典型狀態(tài)抽取求解算法。通過對各種不確定性因素進(jìn)行多場景模擬，將連續(xù)不確定性轉(zhuǎn)換為若干確定性場景。然后通過對多個確定性場景的確定性規(guī)劃求解，得到最優(yōu)規(guī)劃方案。這樣可大大減少蒙特卡洛模擬的抽樣次數(shù)，提高計算速度，同時滿足計算精度要求。

　4 儲能 規(guī)劃方案建議

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