广州大学城区域供冷系统

No.4/2007 总第116期 第28卷 制冷空调 与电力机械 RefrigerationAirConditioning &ElectricPowerMachinery 技 术 交 流 中图分类号:TB65, TU83 文献标识码:B 文章编号:1006-8449(2007)04-0076-04 0 引言 改革开放20多年来,广东的经济、科技、教育等各 项事业发生了翻天覆地的变化,社会经济的迅速发展 对教育尤其是高等教育的发展提出了更高要求。为此, 广州市政府和广东省高教厅在省委、省政府的支持下, 建设广州大学城。 广州大学城位于番禺区新造镇小谷围岛及南岸地 区,总体规划面积43.3km2,可容纳20～25万学生,规划 总人口35万人。已建设的小谷围岛约17.9km2,已入 住中山大学、华南理工大学、华南师范大学、广东外语 外贸大学、广东工业大学、广州大学、广州中医药大学、 广东药学院、星海音乐学院、广州美术学院等 10所高 校,是华南地区高级人才培养、科学研究和交流的中 心,学、研、产一体化发展的城市新区。 广州大学城的空调负荷主要是 10所高校及南北 两个商业中心区,需冷装机容量为52万kW。而有明 确及稳定的冷负荷、平均冷需求密度高,是实施区域供 冷系统的客观技术条件。整体广州大学城的空调供应 采用区域供冷系统。 1 系统概况 广州大学城区域供冷系统共设 4个区域供冷站, 其中小谷围岛上2号、3号、4号冷站分别位于华南理 工大学、商业中心北区及广州美术学院旁,1号冷站位 于南岸能源站内。 区域供冷系统制冷总装机功率 37.6万 kW,1号 冷站采用溴化锂和常规电制冷机组,2～4号冷站采用 冰蓄冷系统,总蓄冰量达到 94.9万 kWh,建成后将成 为全球第二大冰蓄冷区域供冷系统,仅次于美国芝加 哥市UNICOM区域供冷项目(109万kWh)。 区域冷站生产出2℃空调冷水,通过二级冷水管 网向校区输送,经校区单体建筑热交换站进行冷量交 换后,校区冷水管网把冷量送至各空调末端设备。 2号、3号冷站总装机功率均为 8.8万 KW(其中 主机5.6万kW,冰蓄冷3.16万kW),4号冷站的总装 机功率为9.49万kW(其中主机6.32万kW,冰蓄冷 3.16万kW)。冷站设计采用制冷主机上游,外融冰冰 蓄冷空调冷源系统。该冷源系统向校区冷水管网提供 供水温度2℃,回水温度13℃的空调冷水。冷水采用二 级泵系统输送,二级冷水管网考虑管网沿途温升后按 10℃供回水温差进行设计。1号冷站位于小谷围岛南 岸能源站内(未安装),总装机功率10.5万kW,设计采 用溴化锂双效吸收式制冷机(供回水温度8℃/13℃)与 离心式制冷机(供回水温度3℃/8℃)串联,向用户提供 供水温度3℃,回水温度13℃的冷源水,二级管网按 9℃供回水温差进行设计。单体建筑设热交换站,采用 三级泵带动校区冷水管网循环,供冷给各末端空调用 户。 2 系统构成 区域供冷系统由冷站、管网、末端、自控共 4大部 分构成。二次冷水泵把冷站制备出 2℃的冷水通过管 网输送到各大学单体建筑的末端热交换间,2℃的冷水 经过末端热交换间释放出冷量后升温到 13℃再返回 冷站。还设置了自动控制系统和冰蓄冷系统。 广州大学城区域供冷系统 邱 东 (广州大学城能源发展有限公司,广东 广州 511436) 摘要:介绍了广州大学城区域供冷系统的规模、系统构成、自控系统和运行能耗。 关键词:区域供冷; 冰蓄冷; 自控系统 76 No.4/2007 总第116期 第28卷 制冷空调 与电力机械 RefrigerationAirConditioning &ElectricPowerMachinery技 术 交 流 自控系统通过监控冷站设备、管网和末端的参数 并进行分析,自行选择最高效的运行。冰蓄冷系 统实现了用电的削峰填谷,并有效提高了区域供冷系 统的稳定性。 2.1冷站 2号、3号、4号冷站工艺流程和装机容量都相似, 这里以4号冷站供冷系统为例介绍。4号冷站选用 9 台制冷量为 7032kW离心式冷水机组,9台冷却塔,9 台冷却水泵,9台乙二醇泵,9台一次泵,2组共9台二 次水泵,参见表1。 冷水机房设于二层,冷却塔设于三层天面,冷却塔 进出水温度为 38℃/32℃。冷水供、回水温度为 2℃/ 13℃。 一层为蓄冰间,设置4个混凝土蓄冰槽,槽内放置 蓄冰盘管,主机蓄冰工况时由二次载冷剂(乙二醇)流 经蓄冰盘管将蓄冰槽内水制成冰。当融冰工况时,一 次冷水流经蓄冰槽内的翅片盘管将冰槽内的冰融化, 制出低温冷水(1～2℃)。主机空调工况时,二次载冷剂 (乙二醇)流经板式换热器与一次水热交换,制出 6℃ 温度的冷水。 二次冷水泵根据区域供冷的冷水管网接口条件设 置,根据管网各分支流量需求,合理搭配水泵台数并采 用变频调速控制流量及扬程,以适应管网负荷需求。 按设计的工艺流程,系统分为5种运行工况:融冰 工况、制冰工况、主机工况、边融冰边制冷工况和边主 机边制冰工况。系统根据负荷情况和系统状况自行决 定运行工况,并自动投入相关设备,参见图1。 冷站分两期建设,于 2004年 9月完成一期工程, 2005年9月完成二期工程。2006年 8月冰蓄冷系统 及自控系统投入运行。 2.2管网 冷站制备出来的冷水由二级水泵通过管 网输送到各用户。校区单体建筑内部冷水管 网通过热交换站的板式换热器与冷站管网进 行冷量交换。 每个冷站的供冷半径为2.5km,4个冷站 对应的管网总长约110km。由于采用10℃的 大温差送水,管网的管径可以大大缩小,输送 水泵的功率也降低了很多,从而减少了管网 和水泵的初投资。 管网采用直埋式保温钢管,最大直径为 DN1200,埋设在地下,管道保温材料采用聚 氨脂发泡材料外加PE保护层。这种保温方式有效降 低了管网的温升,实测管网温升为 0.5℃,比设计理论 值1℃更为令人满意。管网温升的降低令整个区域供 冷系统的效率提高了约5%。 管网为双管异程呈树枝状分布,在总管和部分支 管的必要处设置了压力调节功能阀以平衡管网压力, 并通过自控系统调节冷站内二次冷水泵变频节能运 行,并保证管网最不利点的压差也能达到供冷要求。 管网未设补偿器,利用自身补偿及土壤摩擦补偿。 管网 DN600以上阀门设伸缩补偿器保护阀门和方便 管道维修。 管网分两期建设,于2004年9月完成一期工程, 2005年 9月完成二期工程,并同期投入供冷,管网系 统图参见图2。 2.3末端换热系统 管网连接着末端298个热交换间和382个水—水 板式换热器,为大学城400多幢建筑物供冷。板式换 热器的换热能力从125～2500kW不等,热交换时管网 侧的设计供回水温差为10℃,单体建筑侧的设计供回 表1第4号冷站设备配置与技术参数 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名 称 双工况冷水机组 超低噪声冷却塔 冷却水泵 乙二醇泵 一次水泵 二次水泵(变频) 二次水泵(变频) 蓄冰装置 板式换热器 纯乙二醇溶液 设备型号 7032kW/5027kW 1600m3/h Q=1184m3/h,H=26m Q=1072m3/h,H=41m Q=872m3/h,H=41m, Q=1072m3/h,H=70m, Q=1500m3/h,H=72m, TSC-796IMFS型,潜热蓄冰 量2798.7Wh 换热量6680kW/h,乙二醇 侧5℃/11℃ ,水侧13℃/6℃ 工业抑制剂,比重浓度28% 数量 9台 9台 9台 9台 9台 4台 5台 116套 9台 210t 功率,kW 18.5×3 110 250 132 250 400 图1工艺流程图 T17b T17a V10X V9X T18b T18a P10 乙二醇 补液泵 P9 冷却水泵 乙二醇泵 双工况主机 板换 末端负荷 T11 一级冷水泵 二级冷水泵 V6a T20 V4(5)b(c) V6b V3b(c)调节 T12 F-6 T13 V1 V2a(b) 5*P 冰槽 T14 V2c(d) T16 F5V7X V8X 冷却塔 77 No.4/2007 总第116期 第28卷 制冷空调 与电力机械 RefrigerationAirConditioning &ElectricPowerMachinery 技 术 交 流 图3换热站系统图 电动蝶阀 管网系统 压差开关 最不利点压差 流量计 温度计 T2 板 换 温度计电动调节阀T1 T3 三级泵 末端用户 3#换热站2#换热站1#换热站冷站 冷站PLC控制路 变频路 冷 源 系 统 冷 源 系 统 变频路 变频路 水力平衡管一级泵 二级泵 K-3 1 1′ T3 T1 A 三级泵 T4 T2 2 2′ T3 T1 T4 T2B 三级泵 T3 T1 三级泵 T4 T2 最 不 利 点 压 差 传 感 器 3 3′ PLC 图2管网系统图 图4控制系统网络图 1号冷站控制室 RTCUENT 2号冷站控制室 4号冷站控制室3号冷站控制室 RTCUENT RTCUENT RTCUENT RTCUENT 中央控制室 ELM OSM OSM RCSERVER RCSERVER OSM TP270 CPU414-4H CPU412-2H计费主站PLC 工业以太网,100M,TCP/P TP270 CPU414-4HCPU412-2H计费主站PLC OSMOSM TP270 CPU414-4H CPU412-2H计费主站PLC TP270CPU414-4H CPU412-2H计费主站PLC OLM OLM OLM 3号冷站 OLM OLM Profbus-DP总线4芯光缆 4号冷站 OLM OLM 2号冷站 OLM OLM Pr of bu s- D P 总 线 2 芯 光 缆 Pr of bu s- D P 总 线 2 芯 光 缆 Pr of bu s- D P 总 线 2 芯 光 缆 Pr of bu s- D P 总 线 2 芯 光 缆 Pr of bu s- D P 总 线 2 芯 光 缆 Pr of bu s- D P 总 线 2 芯 光 缆 18个PLC控制器 20个PLC控制器 15个PLC控制器 15个PLC控制器 17个PLC控制器13 个PLC控制器 21个PLC控制器 Pr of bu s- D P 总 线 2 芯 光 缆 水温差5℃。建筑物内的冷水输送系统把经过水—水 板式换热器所获得的冷量输送到各房间。 换热间设置了计费和控制系统。计费系统通过检 测冷水的流量和供回水温差,并实时积分计算出末端 的用冷量;控制系统通过监控用户侧的供回 水温差和流量,调节电动阀的开度以达到节 能高效运行。末端换热系统图参见图3。 3 自控系统 该项目建成以后,整个区域供冷系统 将在一个总控制中心的控制下工作,并在 大屏幕上清晰地显示系统的运行状况。 自控系统可监控冷站设备的运行状 况,管网的温度、流量和压力,末端板换的 温度、压力和启停,并集中由各冷站的监控 室操作。其中,1号冷站自控系统作为总控 站可对 2号、3号、4号冷站的设备进行远 程操作。值得一提的是:通过自控系统,冷 站设备可根据负荷的变化自行决定各种设 备投入台数并自动启停相应设备,真正做 到无人值守的全自动控制。 自控系统由中央控制室 的服务器、图形工作站、1 号～4号冷站监控系统、末端 计费及控制系统和现场传感 器 、 执 行 器 组 成 , 通 过 100Mb/s工业以太网、12Mb/s PROFIBUS-DP现场总线、 RS485线共同组成集散控制 系统,参见图4。 4 工程进度及运行情况 由于能源站未能提供蒸 汽的准确参数,影响了溴化 锂制冷主机的选型,1号冷 站的建设于 2007年竣 工。2号～4号冷站的建设已基本完成,于2005年5月 实现一期供冷,2005年9月实现二期供冷。 从2004年9月试运行以来,区域供冷系统一直正 常运行。目前,因为大学城的进驻学生只有12万人,未 78 No.4/2007 总第116期 第28卷 制冷空调 与电力机械 RefrigerationAirConditioning &ElectricPowerMachinery技 术 交 流 达到25万人的最终规模,所以区域供冷系统基本上 是半负荷运行。 供冷期间,管网的二期断续施工冲洗失水、管网 伸缩应力事故的失水,导致该特定时间的能耗远远超 标;在正常时段,能耗维持在0.313～0.512kW/kW(用电 量/供冷量)之间。经分析,由于自控系统未投入使得冷 站不能根据末端冷负荷的变化来调节主机水泵等设 备以达到最高效的运行状态,是导致能耗高达 0.512 kW/kW的主要原因。在手动运行模式下,在某些时段 内刚好达到了最高效的运行状态,故也能达到 0.313kW/kW,而设计院评估本区域供冷系统能耗可达 0.327kW/kW。另外,由于管网实际温升0.5℃比设计理 论值 1℃低,估计自控系统投入以后能耗会比 0.327kW/kW更低。 5 结语 目前,广州大学城中10所进驻高校已有约500万m2 的建筑物纳入区域供冷系统的供冷范围,区域供冷系 统已经经过了2个冷季的供冷考验,给广东省的高教 事业提供了极大的支持。 区域供冷系统对大学城作出了较大的贡献。通过 减少设备装机容量降低对电力系统的影响,削减高峰 用电负荷;取消单体建筑分体空调室外机,美化了城市 环境;减少了各大学单体建筑空调设备及配套变配电 设施的用房面积;集中供冷提高了空调服务的可靠性 和有效性;减少了城市热岛效应和城市空调噪声;减少 了冷却塔漂水对城市环境的影响;减少了大学城的日 常维护和管理人员。 参考文献: [1]空调调冷[Z].西门子版权,2003-05. [2]SIMATICS7-400/M7-400系统手册[M].西门子版权,2004-04. [3]崔坚.SIMATIC工业网络通讯指南[M].北京:机械工业出版社,2005-06. 收稿日期:2006-06-09 修回日期:2007-02-27 IntroductiononDistrictCooling-supplySysteminthe GuangzhouUniversityCity QIUDong (GuangzhouUniversityCityEnergyDevelopmentCo.,Ltd,Guangzhou511436,China) Abstract: Introducedthesize,composition,automationcontrolsystemandenergyconsumptionofthedistrict cooling-supplysysteminGuangzhouuniversitycity. Keywords:districtcooling-supply; icethermalstorage; automationcontrolsystem 作者简介:邱 东(1972-),广东罗定人,学士,负责广州大学城区域供冷、集中生活热水及以 天然气为燃料的联合循环发电厂等的建设和管理工作。 简讯 新疆能源资源开发为我国能源安全提供有力支撑 新疆“三大油田”、“九大煤田”、“九大风区”蕴藏着大量尚 未开发的能源。近年来,克拉玛依油田、塔里木油田、吐哈油田 油气勘探均获突破。塔里木油田油气产量突破 1000万 t油当 量,成为继克拉玛依油田之后新疆第二个千万吨级大型油气 田。2005年,新疆原油产量 2393万 t,天然气产量突破 100亿 m3。预计到2010年,新疆原油产量将达3500万t,加上从中哈原 油管道输入的1000万t,新疆原油供应量将占全国的1/5强。 新疆煤炭资源也极具开发潜力。准东、准北、准南、三塘湖、 吐哈、伊犁、尤鲁吐司、焉誉和塔北九个煤田预测储量达 1.64万 亿 t,约占全国煤炭预测总储量的 30%。“十一五”期间,新疆有 一批 1000万 t级煤炭基地和数个 5000万 t级大型煤电化基地 诞生,煤炭年产量将达1.2亿t。 新疆达坂城、阿拉山口、吐鲁番、小草湖、布尔津、塔城老风 口、罗布泊等总面积 15万 km2的九大风区、经国家气象局确定 具备建设大型风电场的条件,可装机容量在8000万kW 以上, 相当于4个三峡工程的装机容量。 在我国,东、中部的一批老能源基地呈现出资源枯竭趋势, 全国能源需求还在不断增长的情况下,新疆油气、煤炭和可再 生能源产业的加速发展将为缓解我国能源供应紧张和保障国 家能源安全发挥重要作用。 79