引言根据我国国家能源发展战略，广东省陆续制定了《广东省煤电节能减排升级与改造行动计划》《广东省大气污染防治行动方案》《广东省促进天然气利用实施方案》等一系列清洁能源政策规划。通过社会实施节能减排，支持低碳经济发展，达到提升省内城市综合竞争力目的。省内各地市贯彻开发与节约并重的能源消费方针，积极开展能源结构调整优化，保障城市能源安全，促进资源综合利用。楼宇型冷热电联产能源站（building cooling，heating and power，BCHP）可在一定区域内，提供电能、热能以及冷能，适合有能源混合需求建筑体，主要包括城市单体或建筑群，如医院、酒店、学校、写字楼、机关、综合商业区或商务区等。能源站利用市政燃气管网的天然气作为燃料供应，通过冷热电三联供、联合循环等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上[1-2]，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式[3]。与传统集中式供能方式相比，天然气分布式能源具有能效高、清洁环保、安全性高、经济效益好等优点[4]。1项目概况广东某综合功能甲级写字楼建筑工程用地面积为8 131 m2，总建筑面积为29 467 m2。写字楼除办公室、会客室、会议室，还包含餐厅、地下商场等配套场所，空调供冷面积为20 200 m2，供热面积为11 983 m2。为响应广东省政府加快推进清洁能源建设的号召，同时满足写字楼冷、热、电负荷需求，采用天然气分布式能源站替换原有电制冷站提供能源供应。能源站布置于写字楼地下一层，面积约450 m2，源取消了原写字楼制冷站，减少原地下二层制冷站面积约220 m2。能源站建于地下一层车库共用设施少的西北角，满足写字楼总体规划的要求，不影响原建筑设计的车流组织。2负荷预测2.1冷、热负荷预测由于近年来南方气候变化，冬季极端天气时常发生，珠三角地区常出现10 ℃以下低温情况，加之湿度大，体感温度更低。写字楼位于城市中央商务区，对舒适性较高的要求，写字楼业主提出在冬季需具备空调供热功能（地下商场和餐厅除外）。写字楼采用集中供冷供热方式，综合冷负荷指标120 W/m2，综合热负荷指标70 W/m2。经逐时逐项冷、热负荷计算[5]，空调设计负荷如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.T001表1空调设计负荷项目供冷面积/m2冷负荷指标/（W/m2）最大冷负荷/kW供热面积/m2热负荷指标/（W/m2）最大热负荷/kW备注数值20 2001202 42411 98370834含新风负荷根据当地气候条件和用户使用习惯，结合写字楼各层建筑功能的使用情况，并考虑管网损耗等因素，确定写字楼空调系统同时使用系数为0.7。通过分析计算，写字楼制冷季空调基本负荷约1 697 kW，供热季空调基本负荷约584 kW。通过逐时冷、热负荷系数法，得出夏冬季典型日逐时冷、热负荷曲线和各月供冷、热量，分别如图1～图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.F001图1夏季典型日空调冷负荷曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.F002图2制冷期各月供冷量柱状10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.F003图3冬季典型日空调冷负荷曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.F004图4供暖期各月供热量柱状2.2电负荷预测依据电力负荷指标法及附近写字楼用电负荷调研，取变压器容量指标为85 VA/m2，则变压器设备总容量2 500 kVA，配置2×1 250 kVA变压器。按变压器全年运行的荷载率在30%～70%之间，即写字楼用电载荷范围在750 kVA～1 750 kVA。通过逐时电力负荷系数法[5]（冬季由于空调制冷用电减少，各时刻用电负荷相应减少，其他用电负荷与夏季相似），得出写字楼夏冬季典型日逐时电负荷曲线和各月用电量，如图5～图7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.F005图5夏季典型日逐时电负荷折线10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.F006图6冬季典型日逐时电负荷折线10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.F007图7写字楼全年各月用电量柱状3系统设备配置3.1燃气发电机组目前能源站技术较为成熟可靠的燃气发电设备为燃气内燃机和燃气轮机。燃气轮机主流机型单机容量一般大于1 MW，且需利用高压燃气。单机容量范围在200 kW～1 750 kW燃气内燃机具有较为成熟的产品系列，一般只要求中低压燃气即可。根据写字楼热电负荷分析和场地空间条件，装机容量遵循“能运行、够运行、多运行”原则[6]，选定最佳发电容量。本能源站选择1×620 kW燃气内燃发电机，发电机出口电压为 0.4 kV，送入项目中心配电室，接入系统并网不上网。能源站选用的内燃发电机组技术参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.T002表2内燃发电机主要性能参数项目数值发电功率/kW620总燃料消耗量/kW1 520缸套水温度(出/入)/℃93/82缸套水流量/(m³/h)43缸套水热量/kW330中冷水温度出/入/℃43/40中冷水流量/(m³/h)20中冷水热量/kW54排烟温度/℃457排烟质量流量(湿)/(kg/h)3 290烟气冷却至120 ℃热量/kW337电效率/%40热效率/%47.6总效率/%87.6转速/(1/min)1 500缸数V/12缸径/冲程/排量/(mm/mm/dm3)170/195/53压缩比12润滑油消耗/(g/kWh)0.2电压/电压范围/ cos/(V/% / -)400/±10/1转速/频率/(（1/min）/ Hz1 500/50空气通风流量Δ=15 K/(kg/h)21 000烟气背压/mbar30/50燃气进气压力范围/mbar20/200润滑油容量/dm3205机组尺寸/m4.70×1.80×2.30重量/kg9 5003.2余热利用设备根据分布式能源系统的热源条件，可选配的溴化锂制冷机有多种类型，以烟气型冷热水机组、烟气热水型冷热水机组最为常用。根据选用的内燃机可产生的可利用余热形式，主要包括高温烟气和高温热水，本次设计使用烟气热水型溴化锂机组为余热利用设备。虽然采用烟气热水型机组的初投资远高于热水型机组，但是由于供冷效率的提高，其增加的供冷收益也较为可观，增量投资回收期在4年以内。因此，本方案采用配置1台烟气热水型溴化锂制冷机组。根据内燃机发电机组的烟气温度和流量，烟气热水型溴化锂制冷机组的供冷量为580 kW，余热供热量为600 kW。能源站选用的烟气热水型溴化锂制冷机组主要性能参数如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.T003表3烟气热水型溴化锂制冷机组主要性能参数项目数值额定制冷量/kW580额定制热量/kW600冷水温度(出/入)/℃7/13冷水流量/(m3/h)90冷水压力损失/kPa30冷却水温度(出/入)/℃37/32冷却水流量/（m3/h）153冷却水压力损失/kPa50温水温度（出/入）/℃60/50温水流量/（m3/h）58.4温水压力损失/kPa15额定制冷烟气/（kg/h）3 290热水/（m3/h）22额定制热烟气/（kg/h）3 290热水/（m3/h）—配电量/kW4.8溶液量/t3.8运行重量/t15.63.3调峰设备三联供系统中的发电设备和余热利用设备联合运行产生的冷、热负荷量均只满足项目基本冷、热负荷的要求，当用户系统出现峰值时必须由调峰设备对冷热负荷进行补充。常见的调峰设备有电空调、直燃机、热泵等，调峰机组的选择主要从以下几个方面考虑[7]：（1）三联供系统余热利用设备主要是溴化锂吸收式空调机组，如调峰设备采用直燃补燃型机组调峰冷负荷，更容易与三联供系统相结合，机房面积小，但运行费用高于电制冷。（2）电空调调峰系统投资略低于直燃机调峰系统，但占用能源站机房面积。综合从供冷系统可靠性和经济性考虑，能源站配套冰蓄冷机组，设计采用双工况螺杆式电制冷机组作为夏季负荷波动时的调峰设备。根据冷负荷预测及分析，写字楼制冷季空调基本负荷约1 680 kW，扣除溴化锂制冷机组提供的580 kW制冷量，系统还需配置1 000 kW级别的双工况制冷机组。能源站选用的双工况螺杆式电制冷机组主要性能参数如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.T004表4双工况螺杆式电制冷机组主要性能参数项目数值常规工况制冷量/kW1 458蓄冰工况制冷量/kW860冷水供回水温度/℃7/13电功率/kW245机组满负荷能效比COP6.03.4蓄能设备广东省政府为促进工商业电力负荷移峰填谷，提高能源利用效率，决定在省内实行蓄冷电价政策。蓄冷电价采用峰平谷电价的方式，峰平谷电价比价为1.65∶1∶0.25[8]。冰蓄冷机组是在夜间用电低谷期，采用电制冷机制冰将冷量以冰的形式贮存起来；在白天用电高峰期把储存的冷量释放，以满足建筑物空调负荷的需要[9]。在空调负荷较小的春秋季，可以减少电制冷机的开启，尽量使用融冰释冷提供空调负荷。写字楼办公使用高峰在9：00～17：00，其中14：00～17：00为高峰电价，9：00～14：00为平段电价。设计冰蓄冷机组在9：00～17：00时段，按平均每小时860 kW制冷量融冰释冷（在高峰电价时段最大限度提高融冰制冷量），8 h共计释放冷量6 880 kWh。能源站冰蓄冷系统配备有5台6 m×2.75 m×2.1 m的蓄冰槽，蓄冷容量共7 562 kWh（实际装置量需按1.1的系数配置），并配套有板式换热器、乙二醇泵、乙二醇补液泵等设备，占地面积约90 m2。考虑建筑楼板承重能力，蓄冰槽采用塑料盘管散热器，盘管有效传热面积在1.3 m2/(RTh)以上。蓄冷槽保温采用聚氨酯现场发泡保温材料，导热系数小于0.024。3.5能源站主要设备配置能源站的主要设备配置参数如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.014.T005表5能源站主要设备配置参数序号设备名称台数性能参数备注1燃气内燃发电机组1发电量620 kW，发电效率40%。高温缸套水散热水箱1—燃气内燃机组配供低温缸套水散热水箱1—燃气内燃机组配供2烟气热水型溴化锂制冷机组1制冷量580 kW，制热量600 kW，设计供回水温度7 ℃/13 ℃，60 ℃/50 ℃。3双工况螺杆式电制冷机组1蓄冰：Q=860 kW，N=240 kW；常规：1 458 kW，N=245 kW。4蓄冷装置1Q=6 880 kW5冰蓄冷供冷板换1换热量1 920 kW，水侧7 ℃/13 ℃，乙二醇侧3.5 ℃/ 11℃。6冷却塔2流量：300 m3/h，N=7.5 kW，进出口水温度：37 ℃/32 ℃。7冷却泵3Q=160 m3/h，H=40.5 mH2O，2 960 r/min，N=30 kW。互为备用，1台变频8冷冻泵4Q=112 m3/h，H=34 mH2O，1 480 r/min，N=22 kW。互为备用，1台变频9乙二醇循环泵2Q=112 m3/h，H=37 mH2O，2 960 r/min，N=18.5 kW。1用1备10高温缸套水加压泵2Q=40.4 m3/h，H=21 mH2O，1 480 r/min，N=5.5 kW。1用1备4结语（1）通过冷、热、电负荷指标和用户使用习惯，选取适当的负荷系数，预测写字楼典型日的逐时冷、热、电负荷曲线，及各月供冷量、供热量和用电量。依据写字楼各能源负荷需求，能源站系统设计方案配置了燃气发电机组、余热利用设备、调峰设备和蓄能设备。（2）能源站系统最大供冷能力2 898 kW，供热能力600 kW，额定发电功率620 kW，年发电量150.66万kWh，年供冷量350.4万kWh，年供热量29.25万kWh，年耗天然气量38.88万m3。（3）楼宇型能源站符合国家节能减排政策，与传统集中供能方式相比，具有能效高、清洁环保、削峰填谷、供能系统配置灵活等优点。全年综合能源效率高达83%，节能率达28%。