一、分布式能源中心
与传统意义上的能源中心不同,上海国际旅游度假区内的能源中心作为天然气分布式能源项目,可同时为园区提供冷、热媒水、压缩空气和电4种能源,满足园区内娱乐设施、公共建筑和酒店等的基本需求。园区西北面矗立的工作楼看上去并不显眼,却是整个度假区正常运营的能源中枢。如果按照传统模式,这四种能源产品需要分门别类建设不同的能源供给站,而四联供分布式能源站就是一个“综合供能中心”,可以一站式满足园区的能源供应需求。
(一)背景与概况
该项目是迪士尼公司在世界范围内投资建设的乐园中,首次由第三方负责投资建设和运营管理并采用四联供的方式向园区提供能源供应的示范项目,是度假区范围内首个功能性配套项目,是国际高标准与本地最佳实践相结合的典型案例,符合度假区高效节能、绿色低碳的园区环保理念。2014年6月,在第五届中美能效论坛上该项目被确定为中美能效合作示范项目。
项目占地约2万平方米,建设8台4.4兆瓦燃气内燃机,设计总装机容量约35.2兆瓦,并留有一定的扩建条件。项目主要向园区内所有娱乐设施、公共建筑和酒店等用能设施提供冷、热(包括生活热水)、电及压缩空气四种能源产品。该项目是全国首次采用以冷热定电、余电上网的原则规划设计,最大限度利用发电余热制冷、制热,充分实现能源梯级利用,设计能源综合利用效率82.4 %。根据迪士尼公司提供的冷热负荷需求逐年增长的需要,该项目分两期实施,一期建成所有公用系统和设施并安装5台、二期再安装3台,并留有2台扩建条件。项目完建后,预计年上网电量约为1.7亿千瓦时,可节约标准煤2万余吨/年,减排二氧化硫1 000吨/年、烟尘160吨/年、二氧化碳约6万吨/年。通过该项目实施,大大降低了主题乐园的开发和运营成本,将园区的能源利用效率大大提高,同时减少温室气体排放60 %,对于保护地区生态环境、发展低碳经济具有重大意义。
图5-4-1 核心区天然气分布式能源中心效果图
(二)技术特点
1. 高效率实现能源梯级利用
该系统将燃气内燃发电机组发电后约370℃的余热烟气及95℃的高温缸套水通过烟气热水型溴化锂机组制成6℃的空调冷媒水,或通过板式换热器制成90℃的空调热媒水,经过综合利用的约100℃的烟气排向大气,实现将一次能源高效利用,最大限度的实现能源梯级利用,综合能源利用效率可达80 %以上。传统发电能源利用率最高在40 %左右,而园区内的四联供分布式能源中心能源利用率提高了整整一倍,达到80 %以上,主要做法:一是使用国际一流的设备和技术。能源中心选用了亚洲首例且国际先进、环保、高效的天然气内燃发电机组与国内单机容量最大的余热回收设备(烟气溴化锂制冷制热机组),辅以高度自动化的自动控制技术和“N+1”的备用冷热源机组设计,不仅提高了整体的能源利用率,也更好地确保全年不间断安全、高效、环保向核心区供应优质能源产品。二是采用了能源梯度使用模式。传统发电系统产生的热气、热水通常排出,造成能源浪费,能源中心则引入了溴化锂机组,二次利用发电产生的余热等能量,并转化为冷、热、气等能量,实现了能源梯度使用,最大限度地利用了能源。三是设置了蓄热罐、蓄冷罐、储气罐等多个蓄能装置,可以存储冷、热、压缩空气等多种形式的能量,这也是能源中心的首创。比如,园区的冷气需求只要2.5台内燃机工作即可满足,事实上只能开启3台内燃机,那么多生产的能量如果不储存起来,就要排放出去,导致能源浪费,蓄能罐很好地解决了这一问题。正是这些周到而细致的考虑,才使能源中心的能源利用率远高于一般分布式能源站。
2. 采用多系统集成控制技术
分布式能源的关键在于根据用户的冷、热需求定电,要能精准地预测用户需求,并能够快速反应、满足需求。为了突破这些技术难点,能源中心以DCS系统集中管控各子系统,采用i DOS系统记录、分析、累积、推算各子系统数据,从而智能化指导系统运行。能源站集中控制系统与用户侧能源管理系统有效集成,保证站内各系统始终处于高效节能运行状态。一是建立统一的协调、控制系统。将能源中心的所有设备,包括内燃发电机组、溴化锂机组、空气压缩机等主机设备,以及蓄热罐、蓄冷罐、储气罐的协调控制功能集中整合到DCS系统。这样一方面可以实现数据的集中采集和监控;另一方面可以协调、控制多种设备联合运行,更快更好地响应园区能源需求变化。二是系统总管网设置温度传感器和压力传感器。当总管网水温发生变化时(冷水温度低于6.7℃说明冷能供应不足,热水温度低于87.8℃时说明热能供应不足),温度传感器和压力传感器会立即启动,将相关数据及时发送到DCS系统。三是利用大数据测算能源中心运行方案。结合系统采集的实时数据(包括系统的供能、蓄能及能量使用情况)等信息,准确地分析和预测园区的能源需求,针对不同的负荷情况,给出各主要设备的运行方案并及时协调、启动设备运行,实现按需产能。
3. 采用大温差制冷技术和水蓄冷技术
空调冷热媒水进出口温度可实现9.9℃的大温差,从而降低冷热负荷流量和系统整体输送能耗;同时通过水蓄冷技术收集低谷时多余能量,并在高峰时释放,进一步提高了整个系统的能源利用效率。
4. 保障区域电网安全运行
以高效、环保、节能的方式集中向园区供能,既有效增强了“削峰填谷”能力,保护了区域电网的安全运行,还可在区域电网故障时,以黑启动方式孤网运行,保证区域内用户的用能安全,避免过分依赖区域外的能源供应,并在关键时对区域电网起到支撑作用。
5. 应用降噪技术建设绿色园区
分布式能源中心建在园区内,系统全部开启运行将产生100多分贝的声音,为了减少噪音对园区环境的影响,能源中心建设之初就制定了降噪方案,引入最先进的降噪技术。首先,从源头上减少噪声污染。能源中心根据各种设备的声源类型、外部尺寸、通风散热等要求,选择并加装消声隔音罩,尽可能减弱设备运行时发出的声音。比如,给内燃机组装上内衬吸音板的隔音罩壳;比如,选择吊架型式的能源输送管道,降低气流、水流及振动的噪音。其次,能源中心的内部及外围建设均使用降噪材料。能源中心的内外墙和屋顶都加装了吸声、隔声层,使用隔音窗、隔音门,实现全方位的隔音降噪效果。通过这些努力,能源中心的运行声音实际降低了50 %,控制在50分贝左右,真正实现了绿色环保。
图5-4-2 核心区天然气分布式能源中心工艺流程图
天然气分布式能源是新兴的“朝阳产业”,作为度假区核心区内的能源中心,肩负着园区的供能重任,最大限度的能源利用效率充分体现了“将上海国际旅游度假区建成一个国内低碳节能、绿色生态的典范”的规划理念,实现绿色低碳园区的建设目标,树立度假区资源节约型和环境友好性的社会公共形象,也为分布式能源在上海的发展提供了有力引导和示范效应。
二、给排水
(一)供水
按照核心区控规和过渡开发方案完成了供水管网和水库泵站的建设。为了确保供水安全,上位供水水源双路保障,一路由东侧唐黄路供水干管引入,一路由S1迎宾大道供水干管引入。供水干管按远期规模5.24万立方米/天一次建成,满足一期范围建设项目和二期范围过渡开发项目用水和消防的供水需求,共敷设供水干管约18千米。水库泵站方面,工程土建按远期规模建成,设备已结合永久项目和过渡开发项目配置到位,远期只需扩建一座清水池并增加供水设备即可达到规划远期供水规模。
(二)防汛排涝
度假区沿市政道路雨水管道方面,道路下雨水干管总长约19千米,已建成项目均根据“排水管理单位纳管证明”接入雨水管道。度假区雨水通过强排方式排入围场河,共计建设四座雨水泵站。排水管道及雨水泵站均按照重点地区暴雨重现期5年的标准设计、施工,泵站近期排水能力66.05立方米/秒,同时预留远期8台水泵安装条件,排水能力可达到100.3立方米/秒。核心区防汛墙按50年一遇防汛标准建设,防汛标高5.3米,总长约10千米。
(三)水排放
设有污水泵站一座,总配泵数量为2用2备,满足近期最高日污水量2.3万立方米/天,峰值污水量392升/秒的需求;预留增加2台水泵的条件,满足远期最高日污水量5.3万立方米/天,峰值污水量873升/秒的需求。
(四)景观水及灌溉水
结合已投入使用的围场河取水泵站、星愿湖进水泵房,可实现湖水内循环处理规模1.2万立方米/天,灌溉水及湖水补充规模1.2万立方米/天,合计2.4万立方米/天水处理设计能力(灌溉水直接抽取星愿湖湖水,因此在干旱情况下,湖水补充规模1.2万立方米/天仍大于灌溉需求)。综合水处理厂具有水系统的平衡、调配、星愿湖水质维护功能,并为核心区一期提供灌溉用水。综合水处理厂超滤系统为纯物理过滤,主要处理超标有机磷酸盐和溶解性聚合磷,因现状河、湖水总磷指标达标,基本不影响星愿湖水循环处理及湖水补充处理。
三、供电
除分布式能源中心外,核心区内已建设电力设施供电能力为200兆瓦。具有两路上级电源的110千伏电业站近期安装两套80兆瓦变压器,配电容量达160兆瓦,已建成投运并远期预留增加一套变电设备,配电容量达240兆瓦,为今后二三期乐园按规划建设提供了电源保障。除市政电站外,业主公司还为一期乐园建设35千伏用户站,已建成投运。
四、供气
核心区天然气管线气源接自浦东新区南片0.4兆帕中压天然气管网,近期由南入口、西入口双路供给,供气能力达到1 570万立方米/年;远期再增加东入口的一路燃气管供给保障,供气能力可达到4 000万立方米/年。分布式能源中心用气由0.8兆帕次高压天然气专线提供保障,专线管道上级气源由新场高—次高调压站供应,供应能力完全满足能源中心5 280.6万立方米/年的天然气消耗量。
五、通讯
核心区通信保障设施包括南北区域机房、通信管线、无线宏基站等,建成后将为核心区提供优良的通信服务和支撑。运营商在园区7平方公里内共规划建设15个宏基站,实现核心区3G、4G服务功能。15个宏基站对园区室外能做到高质量无缝覆盖。网络配置容量为22.6万人,额外考虑了39 %的业务不均衡性,实际网络容量可以满足31.4万人通信需求。主题乐园、购物村、生态园、南PTH等各话务热点区域的峰值业务均在网络可控能力内。确保网络具有较大的弹性,也对未来业务特别是数据业务发展做好了准备。
六、垃圾处理
核心区内目前设置了一处生活垃圾转运站,提供生活垃圾的压缩转运、分类垃圾存储场和分类可回收物资的打包服务。根据环境卫生专业规划,核心区垃圾近期产生量为60~80吨/日,考虑高峰影响因素,近期生活垃圾转运站处理能力为100吨/日,其中压缩中转垃圾量80吨/日,压缩打包可回收量为20吨/日,均达到远期总设计能力的50 %。目前已实施的土建工程及转运站压缩中转主体工艺设备已按远期160吨/日配置,其中运输车和容器按照近期规模80吨/日配置。
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