分布式供能工程之电气设计介绍

1、机电一所机电一所 沈冬冬沈冬冬分布式供能工程之电气设计介绍分布式供能工程之电气设计介绍1 1，申能能源中心，申能能源中心 200kW200kW三联供三联供+50kW+50kW太阳能光伏太阳能光伏22 2，虹桥商务核心区能源中心一期，虹桥商务核心区能源中心一期12MW12MW三联供三联供1.5MW1.5MW燃气内燃机南北站各燃气内燃机南北站各4 4台台申能能源大楼位于闵行区虹井路80号，东至新虹井路，西至虹井路，占地面积15422平方米，建筑面积48487.5平方米。申能能源大楼主要用作：申能集团公司系统突发事件应急指挥中心、燃气调度中心、电力生产管理信息中心、能源研究中心，兼作申能（集团）有限

2、公司及其两家子公司申能股份有限公司和上海燃气（集团）有限公司总部的办公场所。申能能源中心申能能源中心作为能源龙头企业的申能集团业主方，在项目设计之初，就希望该建筑能够在新能源的综合利用方面有所创新和突破。经过多方讨论与反复论证，在充分考虑了经济性与示范性协调统一的基础上，最终确定了在本项目内设置250kW的分布式新能源供应体系，其中包括50kW太阳能光伏发电并网系统和200kW三联供（供冷、供热、供电）并网系统。申能能源中心分步式供能系统设计概况申能能源中心分步式供能系统设计概况1.中华人民共和国可再生能源法 2006年1月1日起施行，第四章 推广与应用第十三条国家鼓励和支持可再生能源并网发电

3、。2. 民用建筑节能条例 2008年10月1日起施行，第二章新建建筑节能第十一条国家推广使用民用建筑节能的新技术、新工艺、新材料和新设备。3.分布式供能系统工程技术规范（DG/TJ08-115-2008）2008年7月1日起施行，5接入公用电网系统的相关规定。4,光伏系统并网技术要求（GB/T19939-2005）2006年7月1日起施行。 5,民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范 （JGJ203-2010 ） 2010年8月1日起施行。 财政部关于印发的通知（财建2009129号）规定”单项工程应用太阳能光电系统装机容量不小于50kW”可获得政府补贴。6，发改委批文。7，电力公司批复。申能能源

4、中心分布式供能系统主要设计依据申能能源中心分布式供能系统主要设计依据申能能源中心太阳能光伏系统设计：申能能源中心太阳能光伏系统设计：太阳能光伏发电系统（以下简称PV系统）安装容量的确定：根据本工程屋面可利用面积及现阶段太阳能电池组件的转化效率，提出50kW的PV系统安装容量（50kW安装容量需占用屋面面积约400600 m），根据实际，作如下分析。上海地区日照时间在最不利的冬至日仍在10h左右，考虑到周围建筑物均低于该项目每天至少有9 h的可利用日照时间 ，且与办公时间相符，利用效率较高。申能能源中心申能能源中心PV系统计算公式：系统计算公式：太阳能电池容量和负载消耗电量之间的关系可用下式表示

5、：PAS=ELDR/（HA/GS）KPAS标准状态下太阳能电池阵列的输出功率（kW）EL某一时期的负载消耗电量（kWh/期间）D负载对太阳能光伏发电系统的依存率R设计冗余系数K综合设计系数HA某一时期电池阵列所得到的日照量(（kWh /( m期间）)GS标准状态下的日照强度（kW/m）根据资料显示上海地区日照强度基本等同与标准日照强度,即GS为1kW/m，由于是并网系统上网电能完全消耗,依存率D和设计冗余系数R皆可设为1，同时将消耗电量用一天的期望发电量EP (kWh/日)代替,则上式简化后,一天的期望发电量为： EP=HAKPAS (kWh/日) 式中：HA安装场地的日照量，取平均值4 kW

6、h/（m日）；PAS标准太阳能电池阵列的输出功率，拟设计安装50 kW； K综合设计系数，考虑到电池阵列的倾斜角度等因数取0.7。即EP=40.750 =140 kWh/日首先在屋面按50kW规模设置太阳能电池组件，各组件相互连接形成阵列。太阳辐射经屋顶太阳能光伏组件转化为直流，组件串联至直流560600V，通过直流电线汇流至汇流箱。然后，各汇流箱通过专用电缆经预留管弄 汇集至地下室并网型逆变器，将直流电转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流。最后，逆变电流经电缆接至PV系统专用并网柜，通过并网保护装置与市电电网连接，并配装电度表计量。系统主要由光伏组件、汇流箱、并网型逆变器、并网保护装置、计

7、量装置等组成。太阳能光伏发电系统组成框图 申能能源中心申能能源中心PV系统工程设计：系统工程设计：申能能源中心申能能源中心三联供系统概况：三联供系统概况：所谓三联供即是以冷热电联供为主要形式，以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户附近，独立地输出冷、热、电能的系统。三联供系统的应用目标：相对于集中功能系统，热电联供系统通过对能源的梯级利用，总能效可达到80%以上，实现了比分产系统更高的能源利用率。 制冷制冷谷时段谷时段平时段平时段峰时段峰时段螺杆冷水机螺杆冷水机0.0490.13420.2148水蓄冷水蓄冷0.0540.14910.2387螺杆制冰螺杆制冰0.070.19170.30

8、68冰蓄冷冰蓄冷0.0770.2130.3410吸收式燃气空调吸收式燃气空调0.1958热电联产热电联产-0.17采暖采暖谷时段谷时段平时段平时段峰时段峰时段电锅炉电锅炉0.3370.7021.140蓄电锅炉蓄电锅炉0.374吸收式燃气空调吸收式燃气空调0.283燃气锅炉燃气锅炉0.4热电联产热电联产-0.192以下为三联供系统的节能比较： 单位：元/kWh冷量 (热量）热电联产发电收益（按白天电网加权价测算）已抵消用气成本,因此冷热成本为负。电力制冷和采暖中未含基本电费成本。申能能源中心三联供系统节能效果申能能源中心三联供系统节能效果：本建筑主要功能为能源调度管理中心 ，日间电力负荷比较平均

9、，随着季节整体变化波动。考虑过度季节空调能耗较小，根据经济使用的原则（低于大楼电力的基本负荷，承担大楼日常运行的部分基本负荷，确保一定的年运行时间），明确提出了系统采用“以电定热”法 ，确定了200kW的电功率用量。系统主要由一台微型燃气轮机发电机组和一台补燃型烟气溴化锂机组构成，另辅以必要的并网及循环水泵等设备。 即以电能生产为目标，在产电过程中产生的废热，废气等用来驱动空调系统制冷制热。三联供系统组成框图 申能能源中心三联供系统设计申能能源中心三联供系统设计：1，项目可行性研究报告报发改委。2，发改委召集专家对可行性报告讨论，论证，签署意见。3，发改委发审批意见。4，根据审批意见完成初步设

10、计图纸及系统接入报告（专业电力设计院），完成后报电力公司审批。5，电力公司收到报告后，将召集相关部门讨论审批并出具批复意见。6，根据电力公司批复进行深化设计。申能能源中心申能能源中心分布式供能系统并网设计流程：分布式供能系统并网设计流程：PV系统类型的确定： PV系统根据系统构成和负载种类进行分类，可分为独立型和并网型，并网型又分为逆流系统和非逆流系统 。采用独立型系统时要把负荷所需电量限制在PV系统的发电量以下，同时系统应加装蓄电池及逆变装置，用以保证电力供应的平稳。由于蓄电池老化后对环境存在污染隐患，因此本项目不考虑使用独立型系统。对于逆流系统，可将本单位PV系统剩余电力向电力公司的电网逆

11、潮流送入，电力公司通过计量按合同价格收购该部分电能，这种做法在日本美国等国家普遍采用，但目前在中国尚存在一定难度。在与业主充分沟通后，本项目确定采用非逆流并网系统。 申能能源中心申能能源中心PV系统并网分析：系统并网分析：根据上海市工程建设规范分布式供能系统工程技术规程DG/T-115-2008中5接入公用电网系统的要求，该系统接入电压等级应为400V.同PV系统并网类型分析一样，本系统并网也采用并网非逆流型。由于该系统所发电量及热能较大，热电联产机组布置于地下二层动力机房内，靠近变配电所及冷热源机房，尽量减少传输过程中的能耗损失。 并网位置400V外电网申能能源中心三联供申能能源中心三联供系

12、统并网分析：系统并网分析：低压侧并网系统接入电压等级400V，按供电管理部门批复意见要求，两个系统同时接入1#变压器低压母排。PV并网设备主要为SG50并网逆变控制器。三联供并网设备主要为Sepam 40综合继电保护装置。SG50主要功能有电网失压保护、过欠压/过欠频保护、孤岛效应保护、短路保护等。Sepam 40主要功能有方向保护、方向接地故障保护 、电网测量、电网诊断等。并网系统架构 如右图。 另供电部门为可靠控制起见，在高压侧另设置一套逆功率保护装置，在检测到逆功率后，控制断开用户电源回路，保证电网安全运行。申能能源中心分布式供能并网系统图申能能源中心分布式供能并网系统图：在外电网正常情

13、况下系统并网运行，Sepam 40通过检测变压器出线开关上 的实时电流方向控制三联供系统及太阳能系统并网开关，如出现逆功率则立即控制断开并网开关，并报警，保证外电网系统安全。PV系统由于失去市电，无频率跟踪，自动停机。三联供系统PLC控制柜接收Sepam 40报警信号，控制微燃机组停机。在外电网故障情况下（电力开闭所并网开关或用户进线开关断开），建筑内系统负荷与分布式供能系统相对匹配 ，则系统形成独立运行（概率极小）。虽然在此情况下电力运行没有问题，但考虑到电力检修人员有可能误认为主开关已切断，直接去检修母线，将会形成无意识的带电操作，造成不必要的伤害。为确保安全生产，该状况也必须得到控制。

14、1，通过负荷功率统计（需设置能耗管理系统），设置一个较大的功率启动值可以解决此问题 。首先，计量仪表读取1#低压母排 负荷实时输出功率，能源监测系统通过标准MODBUS协议采集数据，按要求累计后通过TCP/IP协议 传输给BA系统。然后，BA系统通过预设比较程序判断输出控制信号，当1#低压母排输出负荷小于250kW的情况下，BA系统发出信号，控制关闭微型燃气轮机发电机组，PV系统随后由“孤岛效应”保护自动停机，预先保证系统安全 。 2，完全在孤岛模式下运行，需配置相应的控制管理设备，考虑到本工程供电的可靠性，不采用该模式。申能能源中心并网系统运行分析申能能源中心并网系统运行分析1 1：PV系统

15、和三联供系统在外电网故障或受逆功率保护停机后再投入，需采用手动并网投入方式。主要操作步骤为首先确定外部故障已解除，在此基础上PV系统先投入，然后根据统计负荷规定值(250kW)，再确定是否投入三联供系统。采用以上方式并网投入，主要是出于安全方面考虑，避免“孤岛运行”。申能能源中心并网系统运行分析申能能源中心并网系统运行分析2 2：为实现系统安全稳定运行，需要对1#电源所带负荷进行筛选，尽量选取24h运行比较稳定的负荷。通过分析比较，将消防安保中心常用电、燃气调度中心机房常用电、电力生产管理信息中心机房常用电安排在1#母排配出回路上，按工艺提资，绘制负荷曲线如右上图。可以看出，1#电源用电大于P

16、V及三联供所提供的电能，分布式供能系统可在设定条件下安全有效地提供电能供给。另外考虑到经济运行的条件，在外部电源夜间低电价时段（夜间22：00-次日凌晨6：00），关闭三联供系统，在外部电源高电价时段开启，实际运行如右下图。申能能源中心分布式供能系统经济运行管理申能能源中心分布式供能系统经济运行管理：上海市电网销售电价表(实行两部制分时电价用户)单位：元/千瓦时注：峰、平、谷时段划分：峰时段(8-11时、18-21时)，平时段(6-8时、11-18时、21-22时)，谷时段(22时-次日6时)。平时夏季申能能源中心分布式供能系统经济运行分析资料申能能源中心分布式供能系统经济运行分析资料：三联供

17、投产经济分析图：天然气天然气增值到3.4元发电4kWh0.646元/kWh废热利用0.4m1m(2.04元/m)三联供机组申能能源中心分布式供能系统经济运行分析资料申能能源中心分布式供能系统经济运行分析资料：随着国家对新能源政策的大力推动发展，太阳能光伏，风力发电，生物质能发电，三联供发电等新能源技术取得了快速发展。发展并网技术是支持这些新能源技术能够更快的进入市场化发展的先决条件，原有的人工电网调度管理法已不能够适应新技术的发展。这也是电网企业对并网忧虑重重的主要原因。可喜的是，2001年美国威斯康星大学R.H.Lasseter教授提出了微网的概念，迅速引起各国相关部门与机构的重视，美国，欧

18、盟，日本等发达国家相继建立了微网实验平台和试点工程，我国虽然在微网研究方面仍处在起步阶段，但也有不少科研机构开展了这方面的研究工作。相信在我国坚强智能电网的推动下，在微网技术的支持下，分布式供能系统必将取得令人瞩目的发展！分布式供能系统技术展望分布式供能系统技术展望：虹桥综合交通枢纽的建成，标志着虹桥区域进入了一个新的发展阶段。在全球化日益深入的开放发展时代，规划建设的虹桥商务核心区将为助推上海的经济增长和城市升级发挥巨大作用，服务全国的高端商务中心。为响应党中央提出的我国要“发展低碳经济”的总要求，虹桥商务中心区将打造低碳商务区作为工程实践工作的出发点和着力点，作为虹桥区域开发基础条件的虹桥

19、商务核心区能源中心三联供系统具有极其重要的现实意义。虹桥商务核心区能源中心一期三联供系统：虹桥商务核心区能源中心一期三联供系统：虹桥商务区核心区（一期）的能源供应方案采用由分布式供能系统主导的区域供能系统，分别建设南北两个相对独立、规模相同的区域能源站。能源站所供能源就近使用，供冷/供热完全满足区域内用户使用，且不外送，供电首先满足能源站自用，不足部分向市网购电，根据上海投资公司组织的专家咨询建议，在区域110KV电站被托管的前提下，某些时段的多余电力向区域用户供电。根据虹桥商业区核心区（一期）规划，对区域全年冷热负荷进行预测和全年冷热负荷逐时特性分析，按“以热定电”及“原动机经济运行小时30

20、004000”的原则选择原动机。综合考虑分析结果及经济指标影响，最终以每个站6MW为供电目标。虹桥商务核心区能源中心一期三联供系统项目建设方案（电气）：虹桥商务核心区能源中心一期三联供系统项目建设方案（电气）：从技术上而言，由于本项目规模较大宜采用上网的电力接入方式，但是由于目前上海市热电联供的上网电价较低，使系统在单纯供电的情况下显然缺乏经济性。因此本项目的电力接入须遵循“以热定电”的原则，充分利用发电余热，提高设备运行时间和一次能源利用率。根据以上原则确定了总体供配电系统方案:每个能源站装机容量16000kVA，根据相关电气规范，总体设定为2级负荷，小部分负荷设定为1级负荷。供配电系统按上

21、海地区电业规范要求，本工程共需要2路35kV市电供电。根据实际工况运行条件计算，10kV高压设备若干台共9500kVA，拟采用高压降压起动方案。0.4kV 低压设备6500kVA，采用4台2000 kVA 变压器变配电。分布式电源作为备用电源并网使用，市电故障时自动解列。外部市电崩溃时，可孤网运行。虹桥商务核心区能源中心一期三联供系统项目建设方案（电气）：虹桥商务核心区能源中心一期三联供系统项目建设方案（电气）：1，设计依据及流程。2，供配电系统设计。3，并网系统的设计。4，电气主系统整合及分析。5，主控制系统的设计。6, 电能监控系统。7，管沟终端自动化系统。虹桥商务核心区能源中心一期三联供

22、电气系统关键问题：虹桥商务核心区能源中心一期三联供电气系统关键问题： 主要设计依据及流程可参照申能能源中心。 补充的设计依据：用户高压电气装置规范 J11051-2007 2007年9月1日起施行 第12节自发电并网。供配电系统设计规范GB50052-2009 2010年7月1日起施行 第4节关于自备电源。燃气冷热电三联供工程技术规程CJJ145-2010 2011年3月1日起施行设计依据及流程：设计依据及流程：供配电系统设计：供配电系统设计：能源站内燃气机组输出的电力以10kV形式接入站内35kV主变压器的低压侧，每个站分两组分别接入两段母线（即每组3MW）。所发电力站内设备用后富余部分，通过35kV主变压器升压至35kV与上级电力部门协