对广州大学城区域能源站系统若干问题的探讨

对北方地区，三联供系统往往由于夏季系统热 负荷太少，机组排气损失大，而难以提高整个系统 的热效率，对南方地区而言，燃气轮机中燃气经作 功发电后，其排出的高温烟气（４５０—６００。Ｃ），进
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２００３年１ ２月 第２２卷第４期（总８５期）
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人余热锅炉由水吸收热量转化为高温蒸汽进入抽汽 式汽轮机发电，在夏季汽轮机抽汽或排气供吸收式 制冷机制冷及满足其它热负荷，使整个系统的热负 荷平衡，提高了夏季热电厂的发电量与供热量，使 系统能够高效运行，高位热量发电，低位热量制 冷，天然气能源得到梯级利用，提高了全年的综合 经济效益，也减轻了电制冷对电网的压力，而且吸 收式制冷机采用水一溴化锂溶液工质，有利于保护 大气臭氧层。
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一般地，燃气轮机联合循环建设比投资低，自 动化程度高，劳动定员少，因此与常规燃煤电站相 比，系统成本中固定成本部分所占比例减小，一般 占３５％一５５％；燃料成本比例上升，一般占４５％ ～６５％，由于燃料成本所占份额较高，ＤＣＨ的运 行经济性将很大程度上取决于天然气价格。因而设 法降低天然气价格对减少燃气轮机联合循环发电成 本至关重要。考虑到燃气轮机热、电、冷联产项目 的社会经济效益和环保效益：减少大气污染，改善 城市景观，提高能源利用率，节省机房空间等，由 政府给予优惠的燃气价格，和提供政策扶持帮助， 对其项目的成功是相当重要的。
图２为文献［２］列举的一个天然气燃气轮机 联合循环发电与常规燃煤发电技术方案一上网电价 相对于燃料价格的敏感性分析。从图上看出，以天 然气为燃料的燃气轮机联合循环上网电价与常规燃 煤电价相比，对燃料价格比较敏感。天然气价上升 时，上网电价上升幅度较大，供冷价格相应增加。
４区域供冷复合能量的使用
燃气驱动热、电、冷联产具有显著的能源利用 率达８０％以上，其成败的关键在于运行成本的经 济性、供能的可靠性、与项目管理的可持续性。在 大学城近１８平方公里的范围内，单一的能源结构， 对燃料的依赖性大，价格风险大，因此应提倡建筑 能源的多元化。自然性能系数高的电制冷是首选，
另外，由２００５年末起，广东每年向供气方澳 洲伍德赛德（Ｗｏｏｄｓｉｄｅ）能源公司买进３３０万吨液 化天然气（ＬＮＧ），为期２５年，大学城热、电、冷 联产项目将是一个稳定的用气客户，这对管网经济 运行调节极为有利，并将节约建设大型储气罐等设 施投资。由此可见燃气轮机热、电、冷联产项目具 有重大的社会经济效益与环保效益。
２区域供冷站的选择设置
区域供冷站与热电厂的设置是紧密相连的，燃 气轮机技术的一个重要发展方向就是大容量、高参 数、大型化，由于燃气轮机热力循环固有特点，其 热力性能（热效率、比功）是随着透平初温上升而 提高，不断提高热力参数以提高性能一直是燃气轮
机发展的主要趋势。当前，透平初温已提高到 １３００℃，单机功率最大为２３０ＭＷ，单机联合循环最 大为３５０ＭＷ。
１ 区域供冷与热、电、冷三联供的关系
２０世纪８０年代以来，国外燃气轮机技术进入 一个高速发展的时期，热、电、冷联产能够大大提
高热能的利用，节约能源，燃气一蒸汽联合循环机 组的热能利用率高达８０％，而火力发电的热能利用 率仅为３１％左右，区域供冷若仍用常规电力制冷的 方法，，则其电力的消耗惊人，去年广州市因缺电 造成２００亿元损失，峰谷电力差达到０．５２，从改善 广州市的大气环境及用能结构，抑制峰谷电力差， 提高对能源的综合利用，及提高一次能源的转化率 出发，热、电、冷燃气一蒸汽联合循环的三联供系 统方案的采用，无疑是明智的选择。
用直埋技术的有关技术特点。
［关键词】燃气轮机联合循环，区域供冷，吸收式制冷，温差，管道直埋
［中圈分类号］ＴＵ８３１；ＴＵ８３２；＂ＩＵ８３３
［文献标识码］Ａ
Ｄｉｓｃｕｓｓ ｏｎ Ｄｉｓｌｒｌｅｔ Ｃｏｏｌｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｔｏｗｎ
／３ Ｆｅｎｇ，ＺＨＯＵ Ｘｉａｏ一可Ｊ１９ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｕｄｄｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｅ晒ｎｅ嘶Ｉｌｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ＣＡｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｔｌａｎｇｚ‰ｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇ１瑚班舢５１０４０５）
另外，蒸汽驱动的吸收式制冷和电力制冷与冰 蓄冷的联合运行，对区域供冷系统也是极为有利 的：①供冷可靠性大；②当电力和燃气价格有不一 致的涨落时，对用户有锁定成本，风险分担的作 用；③实行峰谷电价及燃气费冬夏之分时，热、 电、冷站可灵活选择和调整运行，按照热、电、冷 联产、自用电与发电上网（卖电）等不同方式，最 大限度地减低供冷费用；④吸收式制冷与电制冷和 冰蓄冷的串联配合使用，可加大空调冷冻水的温 差，同时双效蒸汽溴化锂制冷机运行于效率高的区 域（见图３），吸收式制冷机冷冻水出水温度为９℃ 时，供冷负荷为１１２％。
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，Ｄｉｒｅｃｔｌｙ
ｂｕｒｉｅｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ
广州大学城位于小谷围岛及其南部地区，方圆 ４３．３平方公里，规划人口３５—４０万人，首期开发 １８万平方公里，大学城安排十所大学人住，空间 结构层次为组团一校区，分为五个组团，建成后将 是全国最大的大学城之一。众所周知，广东省是用 能大省，也是缺能大省，大学城的夏季供冷方案经 过充分论证，确立为区域供冷，这是符合广东省的 能源供应状况，及可持续发展的最佳方案，本文将 讨论区域供冷所面临的几个问题。
５区域供冷冷水管网的运行和敷设
５．１管网运行 空调水系统的循环水泵用电约占空调系统总能
耗的１５％一２０％，通过对一些高层宾馆、办公楼
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冷水出口温度（℃）
图３冷水出口温度
空调水系统的调查表明，普遍存在着不合理的“大 流量，小温差”问题，温差情况较好为３。Ｃ左右， 较差情况只有１～１．５℃，循环水量达设计水量的 １．５倍。设计流量～般按最大负荷确定，空调系统 一般经常性处于部分负荷状态下运行，相应地系统 末端设备所需的冷水量也经常性地小于设计流量， 而且设计负荷按冷指标往往加大选用，因此管网运 行存在上述问题。同时。循环水泵的扬程一般按最 不利环路阻力确定，其他支路少做平衡计算或在管 路上采取平衡阀的措施，管路水力工况的不平衡， 通常也靠加大流量来掩盖。水泵轴功率为流量与扬 程的乘积，由于管道水流量与水泵轴功率成三次方 关系，流量的增加，将带来耗电量的增大。例如， 一幢建筑面积为５万平方米空调水系统循环泵的电 功率为２５—４０ ｋＷ之间，若系统循环水量提高１．４ 倍，则水泵电功率提高２．７４倍，达６８．５—１０９．６ ｋＷ，而且水泵运行在低效率区，增加了无效能耗。
Ｃ，鹕ｚｈｏｌｌ Ａｂ日Ｉ＿ｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐｌｔｐｅｒ ｄｅａｒ，ｏｍｉｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｃｏｏＵｎｇ ａｎｄ ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｔｏｗｎ．如岫ｃｏｍｐａｒｅｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇａｓ ｔｍｂｉｎｅ ｃｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｍ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇａｓ ｐｒｉｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ
大学城小谷岛（一期）约１８平方公里，外环 路约１５公里，近二年竣工４００百万平方米，空调 冷负荷估算大约３８７ＭＷ（约１１万ＵＳＲＴ），按照 “以冷定电”的原则，笔者主张在小谷围岛设置二 个热、电站，东西各一个，小谷围岛中环路长１０ 公里，因此热力管道输送距离约在８公里以内，冷 站可设５。７个，节约输送能量。燃气一蒸汽轮机 机组各一套，符合大容量、高参数的要求（图１）。 站房过多，不仅投资大，而且工业建筑形式也难以 与校园优美的田园风格相协调。
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凝结水泵 图１区域供冷站
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ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ
ｖ０１Ｎｏ ２２．４’（榴ｈ慧‘）
备注：参数使用ＧＥ ＰＧｇｌＴｌＥ燃气轮机，德尔塔７ＭＰａ补燃余热锅炉，杭州汽轮机厂单抽汽轮机，ＧＥＡ空气冷凝器。
热负荷较少，需要开发热用户，减少热损失。另外 可采取将余热锅炉生产的部分蒸汽回注到燃机，减 少余热锅炉冬夏热负荷的差值，提高机组的发电 量…１。从表１可证明燃气一蒸汽联合循环热、电、 冷联产具有较高的热能利用效率，如抽汽１４０ ｔ／ｈ 时，联合循环热电效率为６４．８６％，发电１４７６００ ｋＷ，热电比９０．４３％，天然气耗量为３７４０４ ｍ３／ｈ。 当抽汽量减少时，联合循环的效率降低。
ａｔｉｏｎ，ｃｏｍｌ州ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｓｔ ０ｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｅｌｅｅｕｉｅｉｔｙ ａｎｄ ｅｏｏ／ｉｎｇ，ｌｌｇｕｒｅｓ ｔｈａｔ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｕｄｅ ｒｉｓｋ ｏｆｆｕｅｌ删∞ａｎｄ瑚ｋｅ ｔｈｅ ｂｅｓｔ啪ｏｆｃｏｇｅｎｅｆ－ ｉｓ ｐｒｅｆｅｒａｂｌｅ．Ｆｕａｈｅｎｎｏｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆｈｉ曲ｔｅｆｎｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｒｕｎ－
Ｊｌｉｌ唱ｏｆ ｐｉｐｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｉｌｌｔ／Ｄｄｕｃｌ目ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｒｅｃｄｙ ｂｕｒｉｅｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ
ｃｏｏｌｉｎｇ，Ａｂ８０Ｉ咖ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｔａｅ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇａｓ ｌｔｔｒｂｉｎｅ ｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，Ｄｉｓｔｒｉｃｔ
按照一个ＤＣＨ负担冷负荷１９３．５ＭＷ （５５０００ＵＳＲＴ），来选择配备溴化锂制冷机。国内最 大某型号双效蒸汽式溴化锂制冷机冷量为２３．３ＭＷ （６６１４ＲＴ），需要设８台，蒸汽耗量总共为２０５ Ｌ／ｈ （Ｏ．６ＭＰａ），以此来决定燃机和余热锅炉的容量参 数，见表１，从表中数据可看出，抽汽多少对发电 量的大小，及联合循环热电效率是有影响的，最佳 的情况是热负荷能持续稳定并达到设计值，发电量 就能达到设计值，系统运行的成本就低，全年的平 均效率就高，对大学城而言，不利的工况是冬季，