引言提高能源利用率成为当前能源站供、耗能设备的首要指标任务[1-2]。某大型能源站供冷系统常年耗电量约占能源站全部耗电量的80%，而冷水机组的耗电量占供冷系统耗电量的70%。采用高效能的冷水机组能够有效降低能源站的能耗[3-5]。统计2020年整个供冷季所有离心机组的运行时间及制冷量，针对高温季节对部分大容量离心机组温度、流量、功率等参数进行实时监测，计算机组制冷量衰减率及制冷效率，结合该能源站运行特点，选择与市场上的新型机组进行性能对比以及经济性分析。1能源站设备及供冷运行标准该能源站向末端用户提供生产生活所需要的冷热源，实现区域集中供冷供热，并由燃气轮机发电上网。制冷机组主要包含制冷量为4 000、2 000、1 200 RT的离心冷水机组共7台，1 500 RT的双效型溴化锂机组2台。其中4 000 RT制冷机组为大容量机组，性能参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.T001表1大容量机组性能参数性能指标参数冷量/RT4 000动力电源10 kV/3相/50 Hz电流/A199冷冻水流量/（m³/h）1 507冷却水流量/（m³/h）2 390冷冻水进出口压差/MPa0.10~0.12冷却水进出口压差/MPa0.10~0.15冷冻水进出口温度/℃12.2~4.2冷却水进出口温度/℃32~38制冷剂R134a100%负荷输入功率/kW2 68780%负荷输入功率/kW2 22460%负荷输入功率/kW1 70140%负荷输入功率/kW1 34420%负荷输入功率/kW1 050能源站设计最大冷负荷85 400 kWh，最大热负荷67 320 kWh，最大发电功率4 000 kWh。该能源站供冷量主要根据末端用户负荷大小分为0#、1#及2#管网。其中2#管网为大用户，消耗冷量约为能源站全部制冷量90%；0#和1#管网为小用户，消耗冷量约各整体制冷量5%。针对末端用户用能特点，结合当日最高温度Tmax及冷水机组设备状况，制定运行标准，控制能源站管网冷冻水进出口水温Tin、Tout及温差∆T，具体运行标准如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.T002表2能源站供冷系统运行标准当日最高气温TinTout∆TTmax≤2215.0~16.09.0~10.07.022＜Tmax≤2414.0~15.08.0~9.07.024＜Tmax≤3013.0~14.07.5~8.06.530＜Tmax≤3312.0~13.07.0~7.56.033＜Tmax≤3511.5~12.56.5~7.06.0Tmax3511.0~11.55.5~6.06.0℃2能源站供冷系统运行数据2.1供冷系统耗电量分析能源站主要耗电为供冷系统耗电、供热系统耗电、燃机轮机系统耗电、办公耗电及转供耗电等。统计2018~2020年该能源站的耗电数据，其中供冷系统耗电最大，约为能源站耗电量80%；燃气轮机系统耗电最少，正常情况下约为能源站耗电量的1.5%~2%。2020年下半年，燃气轮机系统进行脱硝改造，导致全年运行时间较短，耗电量较少。具体各系统耗电量及占比如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.T003表32018~2020年能源站耗电情况汇总年份供冷系统供热系统燃气轮机系统办公转供合计/kWh耗电量/kWh占比/%耗电量/kWh占比/%耗电量/kWh占比/%耗电量/kWh占比/%耗电量/kWh占比/%201815 863 88582.25544 9672.83362 3171.881 449 0347.511 066 6375.5319 286 840201914 434 42480.12401 7772.23296 7191.651 657 6139.201 226 2176.8018 016 750202012 496 09981.32530 0303.45122 9480.801 294 2688.42922 7356.0115 366 080供冷系统中，大容量机组耗电量逐步下降，主要受到2020年疫情的影响[6-7]，严格控制中央空调的开启方式及时间，导致全年供冷量下降，使得大容量机组开启时间减少，耗电占比下降，反之其余机组的耗电量有所增加。除此之外，冷冻泵在2018~2020年期间逐步进行变频改造，因此供冷泵的耗电量明显下降，占比从2018年的14.26%降至2020年的7.83%。具体能源站供冷系统耗电量及占比如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.T004表42018~2020年能源站供冷系统耗电情况汇总年份大容量机组其余机组冷却泵冷冻泵冷却塔耗电量/kWh占比/%耗电量/kWh占比/%耗电量/kWh占比/%耗电量/kWh占比/%耗电量/kWh占比/%20186 741 40042.504 434 84227.961 511 6699.532 261 85414.26914 1205.8120195 806 40040.234 800 32733.261 300 5019.011 584 75210.98942 4446.5220204 389 68035.135 090 95440.741 133 6269.07978 1287.83903 7117.26能源站2018~2020年整个供冷系统耗电量约占能源站全年耗电量80%，其中2018年占比最高，为82.25%。冷水机组耗电量占比为大容量机组占比与其余机组占比之和，由表4可知，冷水机组耗电量约占供冷系统耗电量的70%~75%，其中2020年占比最高，为75.87%。2.22020年冷水机组运行时间分析2020年该能源站供冷时间为4月30日至11月19日，离心机共运行6 184.15 h。4月底至5月初，两台1 200 RT的离心机组能够满足用户冷量需求；从5月中旬开始，需要增加2 000 RT的离心机组；6月上旬开始运行大容量机组；直到7月份，大容量机组通宵运行。整个供冷季，1 200 RT机组运行时间最长，达1 900 h；大容量机组共运行1 607.75 h。大容量机组运行时间如图1所示，其余离心机组运行时间如图2所示，具体运行情况如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.F001图12020年大容量机组运行时间10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.F002图22020年其余机组运行时间10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.T005表52020年能源站冷水机组运行时间月份4 000 RT1 200 RT2 000 RT合计1#2#3#4#5#6#9#总计499.25339.50668.25100.751 045.451 607.501 923.456 484.1540.000.000.000.005.255.250.0010.5050.000.000.000.0067.25104.25164.50336.00612.500.0054.2539.25285.7296.25479.951 167.907161.009.00249.5061.50144.00249.25407.001 281.258158.50330.50278.500.0065.50303.50517.501 654.009167.250.0086.000.00185.50286.00339.251 064.00100.000.000.000.00289.75311.7515.25616.75110.000.000.000.002.5051.250.0053.75h2.32020年高温季节供冷运行分析本研究中所述高温季节均指8月份。2020年高温季节该能源站总供冷量为4 432 137 RTh，总耗电量为4 119 306 kWh，能效为0.93，具体当日环境温度与日供冷量关系如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.F003图3高温季节环境温度与供冷量关系由图3可知，供冷量跟当日最高温度呈正相关，8月25日，供冷量最大为164 004 RTh，当日最高温度为36 ℃，最低温度为28 ℃。2020年高温季节对该能源中心3台大容量机组性能的实时数据进行分析比对。结果表明，大容量机组制冷量均有不同程度的衰减，制冷量由原来出厂时的4 000 RT分别衰减为3 088、3 434、3 348 RT，衰减率分别约为22.8%、14.15%、13.8%；大容量机组的实时平均功率分别为2 938、2 859、2 906 kW，负荷率为98.59%、95.94%、97.52%，基本处于满载运行。具体大容量机组高温季节运行数据如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.T006表6大容量机组高温季节运行数据冷冻水出水温度/℃冷冻水回水温度/℃冷却水出水温度/℃冷却水回水温度/℃冷冻水流量/（m³/h）冷却水流量/（m³/h）制冷量/RT衰减率/%电机功率/kWCOP5.6711.6034.4428.861 5752 1003 08822.802 9383.705.6011.6735.3428.721 7051 8773 43414.152 8594.225.6011.9335.3229.331 6432 1223 44813.802 9064.173冷水机组选型数据分析目前市场上4 000 RT离心机组较少，结合该能源站冷水机组容量配比及市场机组品牌调研，现将两台2 000 RT机组与一台4 000 RT机组进行性能分析。为保证现有大容量机组与新选型2 000 RT机组在同一条件下比对，模拟2020年8月容量机组运行参数，但由于机组选型时进出口温度只能选择整数，因此控制冷冻水进出口温度为5~11 ℃，冷却水进出口温度为29~35 ℃。选型新机组具体性能参数：冷量2 000 RT；动力电源型号10 kV/3相/50 Hz；电流199 A；冷冻水流量为1 005 m³/h；冷却水流量1 166 m³/h；冷冻水进出口温度5~11 ℃；冷却水进出口温度29~35 ℃；制冷剂为R134a；100%负荷输入功率为1 142 kW；80%负荷输入功率为1 000 kW；60%负荷输入功率为684 kW；40%负荷输入功率为474 kW；20%负荷输入功率为291 kW。4经济性分析结合2020年高温季节大容量机组与2 000 RT新机组性能比对，进行经济性分析。若当日大容量机组运行时间未超过24 h，则当日大容量机组制冷量由两台新机组出力代替；若当日大容量机组运行时间超过24 h，则两台新机组制冷量首先代替效率低的大容量机组的制冷量，其次代替效率较高大容量机组的制冷量，保证两台新机组运行时间为24 h。具体计算方法如下：若使用两台2 000 RT新机组，8月份每日节省电量ΔW计算公式如下：∆W=WO-Wn (1)式中：∆W——每日节省电量，kWh；WO——目前机组当日用电量，kWh；Wn——新机组当日用电量，kWh。WO=∑i=14pi×ti (2)式中：pi——单台4 000 RT机组的平均输出功率，kW；ti——单台4 000 RT机组当日运行时间，h。Wn=Nn×Pn×t (3)式中：Nn——新机组运行台数，取值为2；Pn——单台新机组满负荷式输出功率，kW，取值为1 142 kW；t——单台4 000 RT机组当日运行时间，h。t=Co×∑i=14ηi×tiCn×Nn (4)式中：Co——目前机组设计制冷量，RT，取值为4 000 RT；ηi——目前机组制冷量衰减率。高温季节大容量机组运行时间如表7所示。由表7可知，1#机组高温季节运行时间共计158.5 h；2#机组高温季节运行时间共计330.5 h；3#机组高温季节运行时间共计278.5 h，3个机组高温季节运行时间合计767.5 h。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.T007表7高温季节大容量机组运行时间日期1#2#3#合计日期1#2#3#合计10.00.024.024.0170.024.00.024.020.00.024.024.0180.024.00.024.030.00.024.024.0190.024.00.024.040.02.022.024.0200.024.00.024.050.02.022.024.0210.024.00.024.060.03.019.022.0220.024.00.022.070.00.523.524.0230.024.00.024.080.02.521.524.0240.019.05.024.090.00.022.022.02514.50.09.522.0100.00.024.024.02624.00.00.024.0110.013.510.524.02724.00.00.024.0120.024.00.024.02824.00.00.024.0130.024.015.039.02924.00.00.024.0140.024.012.536.53024.00.00.024.0150.024.00.024.03124.00.00.024.0160.024.00.024.0h计算可得，采用两台新机组在2020年8月同样工况下，可以节约电量719 537 kWh，节约率约34%，具体大容量机组及新机组2020年8月耗电情况如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.014.F004图4大容量机组及新机组耗电对比5结语本研究对某能源站近几年耗电量进行统计汇总，并对2020年高温季大容量机组冷冻水、冷却水流量及进出口温度、电量等进行实时监测，计算能源站现有大容量机组的制冷量及衰减率。在此基础上，将现有机组与新机组进行性能对比，计算新机组节电量。具体结论如下：（1）该能源站整个供冷系统耗电量约占能源站全年耗电量的80%，其中2018年占比最高，为82.25%；冷水机组耗电量约占供冷系统耗电量的70%~75%，其中2020年占比最高，为75.87%；大容量机组耗电量约占所有冷水机组耗电量的每年差异较大，其中2018年占比约为60.31%，2019年占比约为54.74%，2020年占比为46.3%。由于2020年严格把控中央空调的开启方式和时间，导致大容量机组开启时间缩短。（2）该能源站大容量机组制冷量有明显的衰减，1#、2#、3#机组制冷量2020年高温季节实时平均制冷量分别为3 088、3 434、3 448 RT，制冷量衰减率分别为22.8%、14.15%、13.8%。（3）采用目前新品牌制冷机组，在2020年高温季节相同工况下及大容量机组使用时间，高温季节可节约用电量719 357 kWh，节约率为34%。