引言2021年10月我国国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，提出加快提升建筑能效水平，加快更新建筑节能、市政基础设施等标准，提高节能降碳要求。加强适用于不同气候区、不同建筑类型的节能低碳技术的研发和推广，推动超低能耗建筑、低碳建筑规模化发展。2021年12月27日，我国民航局印发《“十四五”民航绿色发展专项规划》，对2025年单位旅客吞吐量能耗值和单位旅客吞吐量二氧化碳排放值作出约束，分别为5年累计值0.853千克标准煤和0.430千克标准煤。机场建设过程中，在规划层面进行节能研究，利用节能技术有利于实现节能减排，降低成本，实现可持续发展[1]。航站楼建筑作为民用机场最大耗能建筑物，其能源中心的方案选择至关重要，会直接影响航站楼和能源中心的绿色低碳运行及后期运行维护成本。1项目概况该区域枢纽机场位于我国中南地区，现状航站楼建筑面积约21万m2，供冷供热由航站楼附近的能源站提供。本次扩建的主要建设规模为：建设1座52.6万m2的航站楼，4.6万m2的楼前交通中心和7.9万m2旅客过夜用房。由于现状能源站不能满足新航站楼扩容后的用能需求、现状能源站周边用地条件受约束且现状能源站距离新建航站楼距离较远，因此，现状能源站不具备扩容的条件，需要在新建航站楼西南侧新建1座1.0万m2的能源中心。2现状能源站运行情况分析现状能源站建筑面积超过3 000 m2，采用天然气分布式能源形式，现状能源站主要设备设施如表1所示。该能源中心于2011年年中建成投运，目前运行良好，冬季供热热媒温度为50~60 ℃，夏季冷媒温度为7~13 ℃。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.023.T001表1现状能源站主要设备设施项目发电量/kWh制冷量/kW制热量/kW总制热能力/kW总制冷能力/kW总计2 32017 82123 098燃气发电机2×1 1602×6881 376余热机组2×4 6522×4 3128 6249 304直燃机组1×4 6521×5 0215 0214 652电制冷机2×4 5719 142燃气锅炉1×2 8002 800通过优化控制策略、建立和保持运行联动机制等措施，实现降低成本和合理使用能源的目标。现状能源站的能耗数据统计结果如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.023.T002表2现状能源站的能耗数据统计结果年份运营时间/h耗气量/万m3市电消耗/kWh水消耗/万t空调总供能/万kWh发电量/万kWh外送电量/万kWh20134 934305377.85.72 81430717620144 982285141.53.62 91177856120155 12830483.93.83 20894267620164 886291134.44.62 62577049920175 38932766.14.92 95179139020185 15035689.05.43 287867427根据运营单位统计，与常规供能系统比较，全系统节能率达到33%，每年减少一次能源折标准煤约1 500 t，减少二氧化碳排放量约3 800 t。3新建能源中心方案比选本期新建航站楼、综合交通中心和旅客过夜用房总建筑面积约65.1万m2，总冷负荷为68 650 kW，总热负荷为36 860 kW。供暖、通风与空调制冷能耗约占机场建筑能耗的50%左右，因此，实现多种能源的相互匹配与综合优化利用对机场建筑节能具有重要意义。根据冷热负荷并结合现状拟选用3种供能方案。方案1：电制冷+燃气锅炉方式。该方案为传统空调冷热源方式，制冷全由离心式制冷机组提供，采暖全部由燃气锅炉提供。该方案为传统冷热源方式，需消耗较多高品位的电能，高速运转的部件噪声较大，但设备体积小、布置灵活。方案2：电制冷+直燃机的方式。该方案夏季采用电（电制冷）与燃气（直燃机）双能源接入方案。夏季用电高峰期时，可以降低空调系统对电力的过度依赖，缓解电网压力，大幅度减少机房配电及相关投资。此方案利用能源价格变动因素，科学制定设备运行方案，可以节约运行成本。如直燃机负荷调节范围广，夏季用气价低，白天优先使用；电制冷在夜间电力低谷时有价格优惠，夜间优先使用。该方案也是传统冷热源方式，维护工作量较小，但运行成本稍高。方案3：电制冷+三联供+水蓄冷+燃气锅炉。该方案采用天然气冷热电分布式能源系统。与传统电力系统相比，燃气冷热电分布式能源具有降低损耗、提高系统可靠性等优点，同时还能改善电源结构，削峰填谷，是一种新能源利用方式[2-3]。采用水蓄冷系统有助于提高建筑电力供需匹配程度，实现建筑用电的“削峰填谷”[4]，本方案考虑设置水蓄冷系统。针对上述3种方案，分别对其全年能耗、运行费用、初投资等参数进行详细分析计算，以确定最优的技术方案。3种方案的全年能耗量如图1所示，3种方案的运行费用对比如图2所示。由图1、图2可知，方案3年能耗量比方案1节约20%以上，方案3年运行费用比方案1节省30%以上。综合对比，采用电制冷+三联供+水蓄冷+燃气锅炉的供能形式。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.023.F001图13种方案的全年能耗量10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.023.F002图23种方案的运行费用对比本项目系统设计遵循“并网不上网”的基本原则，夏季采用三联供余热吸收式制冷、电制冷结合水蓄冷的联合供冷方式，冬季采用三联供余热供暖与燃气锅炉的热源方案，全年能耗量降低，全年运行费用最低。4能源中心主要设备选型4.1发电设备选型复合能源系统的发电容量和发电机种类的确定主要涉及初投资、运行能耗、运行成本等多种因素。本项目为机场改扩建工程，由于机场为一个有机的整体，发电可并入机场电网。在余电自用的前提下，以国内同类型及规模机场的电力消耗调研数据为基础，预测本项目的电力负荷，以此确定发电机的容量。通过模拟项目实际运行数据，本项目冷热电三联供系统的发电机装机容量在10~13 MW时较合理，既能尽量保持发电机满负荷运行，发电量满额输出，保证发电效率最大化，提高一次能源的全年利用率，又能在设备生命周期内节省费用，节能效果显著[5]。燃气内燃机因其发电效率受负载变化的影响较小，对燃气进气压力的需求低于汽轮机，不用设置增压设施。结合本项目的具体情况，选用3台发电功率为4.3 MW的燃气内燃发电机。4.2余热利用设备选型内燃发电机余热为高温烟气及高温缸套水。本项目无蒸汽供应需求，为了最大限度利用余热，考虑夏季利用烟气热水复合型吸收式机组，实现余热回收利用[6]，冬季利用吸收式机组回收烟气余热和板式换热器回收高温缸套水余热，吸收式机组、板式换热器与发电机一一对应。结合本项目的具体情况，选用3台额定制冷量为4 305 kW、总供热量为4 144 kW的烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组，以充分利用燃气发电机的余热。4.3燃气锅炉选择根据热负荷计算，能源中心供能区域热负荷需求为36 860 kW，最大热负荷出现在三联供系统不运行的时段，天然气分布式能源系统解决了航站楼及综合交通中心约14%冷负荷及37%热负荷的需求，其他热负荷由燃气热水锅炉承担。结合本项目的具体情况，选用3台单台额定供热量为7 MW的燃气热水锅炉承担剩余部分热负荷。4.4水蓄冷系统由于昼夜电价比相对较高，电制冷需结合蓄冷系统配套使用。综合各方面考虑，本项目采用水蓄冷技术。水蓄冷系统蓄冷容量的确定和设计日累计总负荷以及蓄冷时间、释冷时段的负荷分配密切相关。主机的数量及制冷能力的确定需兼顾负荷特点、能源状况及经济性等因素[7]。在蓄冷量的确定以及制冷主机的选型中，采用负荷均衡法并综合考虑经济性确定蓄冷量及蓄冷主机容量，根据蓄冷期的负荷需求确定基载主机。能源中心位于垂滑与塔台之间且靠近垂直滑行道，为了保证空管塔台观察垂直滑行道的视线，能源中心有最高点限高13 m的限高要求，因此，能源中心内的蓄冷水罐绝对高度需低于13 m。放置蓄冷水罐的区域必须下挖和做基坑支护，综合考虑下挖、基坑支护和蓄冷系统的经济性，蓄冷罐蓄水高度确定为25 m。结合能源中心场地情况，选用2个蓄冷水罐，罐体蓄水区域直径为25 m，蓄水高度为25 m，每台水罐设计蓄冷量为100 000 kWh，总蓄冷量为200 000 kWh。根据总蓄冷量及项目所在地电价政策，确定23：00~次日7：00为蓄冷时间，共8 h蓄冷，选用4台蓄水工况制冷量为6 400 kW的离心式冷水机组作为夜间蓄冷，同时作为白天供冷的机组。根据夜间蓄冷时段的最大负荷需求，设置2台6 400 kW的基载主机在蓄冷时段为末端进行供冷，同时兼做白天供冷的机组。考虑到旅客过夜用房使用时间与航站楼不一致，在旅客过夜用房内设置1间制冷机房，内设3台单台额定制冷量为3 400 kW的离心冷水机组作为旅客过夜用房的冷源。能源中心内相应布置板式换热器、冷温水泵、乙二醇溶液泵、冷却水泵、定压补水装置、软化水系统等设施，室外布置冷却塔和蓄水罐。烟气溴冷机及离心式冷水机组夏季冷媒温度为6~13 ℃，冷却水冷媒温度为32~37 ℃；烟气溴冷机及板式换热器冬季热媒温度为50~60 ℃；燃气热水锅炉的冬季热媒温度为60~85 ℃。能源中心发电机组发电平衡分析如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.023.T003表3能源中心发电机组发电平衡分析季节能源中心发电量/kW航站楼及GTC三联供部分耗电量/kW能源中心锅炉部分耗电量/kW发电机结余发电量/kW备注夏季3×4 30015 300—-2 400发电机不足部分市电补给冬季3×4 300—2 00010 900发电机结余部分并网运行5结语研究某区域枢纽机场能源中心方案设计，通过分析现状能源中心运行现状，结合项目具体情况重点介绍能源中心内的供能技术方案比选及能源中心内的主要设备选型。权衡各种因素，兼顾机场建筑的高保障性、社会效益和运行节能要求，采用三联供+水蓄冷+离心式冷水机组+燃气锅炉作为最终能源综合利用方案。该方案实现了能源的梯级利用、综合利用、集成利用，大幅降低了年运行费用，实现了多种供能方式互补，提高了供能系统的可靠性，特别是三联供系统可作为备用电源，对机场供电具有保障作用，大幅降低了航站楼能源消耗，起到了节能减排的作用。