上汽大通汽车有限公司无锡分公司 江苏无锡
摘要：本文主要介绍水蓄冷节能降本的应用
关键词：水蓄冷、蓄冷罐、冷冻系统
前言
上汽大通有限公司无锡分公司成立于2010年，随着公司的发展，产量由2011年1，000辆增至2018年83，966辆，在此基础上，公用动力能耗需求量不断提升。
2016年全年耗电6293万度电，其中夏季制冷中央空调是动力最大的耗电设备，同年二期厂房投入运行后，中央空调能耗也增大了。
同时，市政电网夏季电力系统，峰谷负荷差加大，要求并动员各企业减少峰值用电，这样严重制约着上汽大通用电。经市场调查及分析后，计划采用蓄能方式，电能蓄能或者水蓄冷蓄能，其中电蓄能站投资成本高，占地面积大，维护成本高，且后期会产生电池报废的污染，而水蓄冷投资比较小，运行稳定，而且制冷效果突出，很高的经济效益，每年都能给公司节约可观的电费，水蓄冷罐可以实现冷量的储存，作为应急使用，平衡电网负荷，减少低负荷时能量损耗。
经市场调研后，决定使用水蓄冷，晚上非生产时间，冷量使用需求低，冷冻机低负荷运行，能效比较低，利用夜间谷期电价低，增大冷冻机加载量，提高冷冻机能效，多余的冷量储存于蓄冷罐中；当白天峰期时，车间冷量需求大，冷冻机加载量大，使用蓄冷罐中的冷源，降低冷冻机用电量，使得峰期用电转移为谷期用电，降低电价。
一、安装节能系统背景
上汽大通涂装车间为整车厂主要耗电区域，2016年共使用电费1822万元，占公司全年电费的40%。为响应上汽集团节能降耗，计划降低车间空调用电成本。采用水蓄冷方案。
所蓄存的冷量将在白天电价高峰时段用来替代冷水机组进行供冷，以节约日常的运行费用。同时，本方案还通过采用专用的水蓄冷自动控制系统，对新改造的水蓄系统进行监控，系统并入联合站房自控系统统筹运行，确保蓄冷系统供冷的稳定性，节省运行费用。
二、系统数据调研：
冷水系统的使用情况为：每年5月至10月份，每天7～17时运行。夏季高峰负荷为3300冷吨，过渡季节负荷不小于1000冷吨。
目前无锡地区的电价政策如下：
对于制冷站来说，采用水蓄冷有以下意义：
1）利用峰谷电价，减少中央空调运行费用；夜间非生产时提高冷冻机加载量，保持高负荷运行，提高冷冻机能效，多余的冷量使用蓄冷罐储存；
2）、蓄冷罐中储存的冷量，在白天生产时可以释放冷量，减少冷冻机加载量；而且可以作为应急冷源备用。
三、水蓄冷改造工程设计说明
项目概况：本工程建设地点江苏省无锡市，总建筑面积1438m；单层建筑，对原有常规中央空调进行水蓄冷（部分负荷蓄冷）改造。
3.1 水蓄冷参数：
对制冷量为5.662MW的10KV高压备用离心式冷水机组用于夜间蓄冷，蓄冷时段为当地低估电价时段，蓄冷工况为7°C/12°C。蓄冷水罐容积3300m³，有效蓄冷量为5400RTh，白天供冷时，蓄冷水池内蓄冷量优先提供电价高峰、平段，再根据末端用冷情况与冷水机组自由搭配使用，来提高系统使用效率。
3.2 运行工况水蓄冷系统运行分4种工况：
蓄冷工况、放冷工况、蓄冷水罐与制冷主机联合供冷工况。
蓄冷水罐容积为3300 m³，采用外保温方式，保温材料选用100mm厚聚氨酯发泡，蓄冷水池内布水器保证蓄能水池运行斜温层厚度不超过1000mm。
夜间蓄冷工况时，在原有系统中增加一台蓄冷水泵（变频控制），其中流量：550m³/h，扬程：20m，利用蓄冷水泵、蓄冷水罐以及制冷机组CH-05（备用）完成蓄冷工况，夜间蓄冷时间6小时左右。
白天放冷工况时，利用原有冷冻水泵B-6（备用）作为放冷水泵完成放冷工况，放冷水泵在满负荷运行情况下，可放冷运行3.5小时，放冷水泵需做变频控制，根据末端负荷情况调节放冷水泵频率。
联合供冷工况时，根据末端负荷情况调整冷源组合情况，保证冷水机组在满负荷的情况下，调节蓄冷水罐供冷量，是整个系统设备都处于高效运行状态，自控系统调整放冷水泵的频率，保证联合供冷工况的运行。
四、水蓄冷改造方案
本方案将在现有涂装联合站房外部绿化空地上建造一个钢制蓄冷罐，水池总容积3300立方米。并对现有的1台1650冷吨的冷水机组的冷冻水管路进行改造，通过将一台冷水机组的冷冻水管道进行改造，用于蓄冷，并可在供冷系统与蓄冷系统之间进行手动切换。
4.1钢制蓄冷罐参数
在制冷机房旁边建造一个直径13米，高度24.5（总高）的钢制蓄冷池，同时内部安装布水器，以确保温差分层效果，布水器所采用的材料为不锈钢304材料，布水器连接管道为Sch40标准的UPVC管道；
蓄水箱保温：采用外保温方式，保温厚度为100mm，保温形式为聚氨酯现场发泡，保温层外用0.5mm彩钢板作为保护层。
钢制蓄冷罐要求如下
1）蓄冷罐按GB50128-2005《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》生产、并检验合格。
2）罐体在检验合格后才能进行调试安装。
3）蓄冷罐罐体材料应符合GB-3274《碳素钢结构和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》中的规定进行制造。
4）蓄冷罐体所有开孔避开罐壁焊缝，开口接管或补强圈边缘距罐壁焊缝应大于100mm。
5）防腐：罐体内两遍环氧富锌底漆、外表面刷二遍底漆，二遍面漆。
4.2冷冻机组参数
冷源：车间原有空调用冷制冷系统合计24.05MW，该制冷系统采用5台额定制冷量为5.662MW的10KV高压离心式冷水机组（其中1台备用），2台额定制冷量为2.937MW的螺杆式冷水机组。
冷冻水供水温度及回水温度为7°C/12°C。
最大蓄冷温差：10℃（4～14℃）；
最大蓄冷量：26730kWh；
机组夜间蓄冷运行时间：一台冷水机组运行4.6小时；
运行台数：1台
制冷机工况制冷量：1650冷吨（7℃/12℃）
蓄冷工况制冷量：1500冷吨（4℃/12℃），
冷水机组功率：988kW
蓄冷工况功率：850kW
4.3管路系统安装：
对现有的冷水机组的冷冻水管路进行改造，连接蓄冷水池与机组、原有冷冻水系统之间的管道，包括相关的手动与电动阀门、温度传感器的安装。
水管DN≤50mm用镀锌钢管（DN≤50mm丝接，DN>50mm焊接；用DN表示）；70≤D≤450mm用无缝钢管，D＞450mm用螺旋钢管（焊接；均用D外径X壁厚表示）；室外水管D≤40mm采用焊接钢管，D>40mm采用无缝钢管。
4.4蓄冷泵及放冷泵：
蓄冷泵以及放冷泵均采用现有的冷冻水泵，并通过必要的管路连接，方便在蓄冷系统与原有系统之间切换。水泵在必要时采用手动切换到原有系统。其中蓄冷泵为变频控制。
4.5自动控制
采用西门子S7-300系列PLC作为水蓄冷系统的自控控制系统，以实现蓄冷自动切换各种模式、监控设备及参数，确保系统运行稳定高效。
五、水蓄冷项目运行方式
5.1系统运行模式及运行策略
1）运行模式
改造后，蓄冷系统将能实现以下几种运行模式：
单蓄冷模式：蓄冷机组在夜间低谷时段单独蓄冷。
单放冷模式：蓄冷池单独供冷方式。
蓄冷机组单供冷：由蓄冷机组进行供冷。
联合供冷模式：由蓄冷机组与蓄冷池联合进行供冷或者基载主机与蓄冷池联合供冷。
2）运行策略
根据实际的负荷需求情况，本系统夏季高峰时段白天将主要以基载主机与蓄冷池联合供冷为主，过渡季节白天则以单放冷方式为主，仅当蓄冷池冷量用完后，转由冷水机组单供冷或者改由现有的冷冻系统通过原有管道进行供冷。
系统在夜间非生产时用电负荷低，冷冻机加载量小，能效低，加大冷冻机加载量，提高能效，多余的冷量使用冷水模式储存于蓄冷罐中，在电力高峰期，少开制冷机，使冷冻机在最高能效进行加载，充分利用谷电时蓄冷罐中储存的冷量进行供冷，从而达到峰谷用电转移、节约用电成本。
5.2 水蓄冷空调系统启停步骤
1）系统启动顺序
开冷却塔出水电动蝶阀→开冷却塔进水电动蝶阀→开所选择运行工况各电动阀→开冷水机组电动蝶阀→开冷却水泵→开冷冻水泵→开冷却塔风机→开冷水机组；（各阀门打开不分先后）
2）系统停止顺序
停冷水机组→关冷冻水泵→关冷却水泵→关冷却塔风机→关（或延时关）冷水机组电动蝶阀→关冷却塔进、出水电动蝶阀→关该运行工况各电动阀。（阀门关闭不分先后）
3）控制系统通过对冷冻机组、蓄冷罐、蓄冷水泵、系统管路中自动调节阀进行控制，根据整个供冷系统运行参数进行调增参数，在最经济的情况下对冷冻系统稳定提供蓄冷罐中的冷冻水。
5.3自动控制系统的控制、监测范围
1）蓄冷主机远程启停、状态、故障报警，主机轮流运行及台数控制、自动的故障复位、参数重设等；
2）冷却塔的启停、台数控制及故障报警；
3）冷冻水供/回水管的流量、温度、压差显示与控制；
4）冷冻水供水管的空调负荷的测量与显示；
5）冷却塔供/回水温度显示与控制；
8）蓄冷量的计量与显示；
9）电动阀开关与调节；同时需配置手动调节按钮调节。
10）水泵旁设置水泵现场启停按钮，并实现自锁功能。
11）部分模式或全部模式下主机直接启动水泵和冷却塔。
12）运转设备的顺序启动及连锁控制；主要设备电气参数显示、记录；蓄冷量及供冷量的优化控制等；
5.4水蓄冷节能费用计算：
冷水机组：1650冷吨，1台。
冷冻水泵：流量800m3/h，扬程37m，电机功率110kW，数量2台。
冷却水泵：流量1250m3/h，扬程25m，电机功率110kW，数量2台。
冷却塔：流量350m3/h，电机功率15kW，数量12台。
本项目总蓄冷量为26730kWh，则离心机夜间工作时间为26730kWh/5800kW=4.6h，江苏无锡峰谷电价差约0.8元/度，按全年使用210天计算，则采用水蓄冷系统年可节约的运行费用为
N=988kW×4.6h×210天×0.8元/度=76.35万，即采用水蓄冷后，每年可节约用电费用76.35万。另外110kW的冷却水泵，45kW的冷却塔也利用了峰谷电价差，则节约的费用约为：155kW×4.6h×0.8元/kWh×210天=11.98万，则210天共可节约运行费用76.35+11.98=88.33万元
六、总结成果
水蓄冷项目缓解国家电网高峰负荷，节能减排，降低运营成本。项目投入298万元，经统计每年节约88万元电费，相当于330吨标煤耗能，三年半收回成本，以后每年实现增效。
水蓄冷节能获上汽大通员工微创新《星尚》金奖，上汽节能减排项目奖，并参加2017年度“上汽大通微创新《星尚》平台分享交流会”。
论文作者:赵峰
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第25期
论文发表时间:2019/8/2
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