前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的谈复合式再生能源在电源上的意义，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
作者：周毅 苏砚平 单位：亿利资源集团有限公司
气象资料
七星湖沙漠风景区位于北纬39°50'、东经108°44'，海拔在1040～1360m之间。属典型的中温带大陆性气候，四季分明。气候特点为：夏季炎热短促，春秋气温变化剧烈，冬季漫长寒冷。年平均气温3～8.7℃，一年中最冷月在1月份，极端气温为-32.1℃。最热月在7月份，最高极端气温为36.5～38.7℃。年日照时间2716～3194h，全年太阳总辐射量约139.4～143kcal/cm。
1光能资源七星湖旅游区位于北纬39°50'、东经108°44'。属我国太阳能资源二类区域(见图1)，属于太阳能资源较好地区，适宜建太阳能光伏电站。
2电力系统配置该酒店总计算容量为4083kW，变压器装机容量为5700kVA，由供电部门提供两路独立的10kV电源。该工程设2个变电所(1#、2#变电所)。1#变电所位于裙楼地下1层，内设10kV高压开关柜11台；1250kVA10/0.4kV配电变压器2台，低压开关柜14台。2#变电所位于主楼的地下1层，内设10kV负荷开关柜2台；1600kVA10/0.4kV变压器2台；低压开关柜22台。其中1#变电所供裙楼及能源中心的动力及照明用电。2#变电所供主楼、四季生态园厅的动力及照明用电。[1]说明：市政电力装机容量是按照酒店满负荷正常运行进行配置，没有减掉可再生能源负荷，原因是光伏发电、BIPV属于不稳定电源，当满足350～420V电压并网条件时才并网发电，不满足时不并网发电，需靠传统市政电力供电。
3可再生电源技术分析
1可再生电源技术方案分析该工程是可再生电源综合利用的示范项目，可再生电源总装机容量409.17kW，占酒店电力总容量的10%。可再生电源分为三部分：①地面光伏电站，装机容量2996kW；②光伏建筑一体化(BIPV)，装机容量121kW；③风光互补发电，装机容量是100kW。地面光伏电站电力供该酒店后勤及公共区域照明用电，BIPV电力供四季生态厅用电，风光互补发电用于景区路灯照明。地面光伏电站分为离网电站和并网电站，并网电站又分为用户侧并网和输送侧并网，本光伏电站是用户侧并网系统。原因如下：根据七星湖景区气候及项目特点，沙漠地区风沙较大，对本就寿命较短的蓄电池而言更缩短了其使用寿命(光伏电站铅酸蓄电池寿命一般在3～5年)；另外，酒店项目日间基本用电负荷远大于光伏发电量，光伏电站电力可以完全利用；所以不采用蓄电池蓄电，光伏电站发出的电力直接并入酒店变电室配电柜供给末端用电设备是比较合理的。[3]光伏建筑一体化系统(BIPV)需与建筑美观有效的结合，即达到发电效果，又不影响建筑美观。该BIPV系统采用发电玻璃形式，安装在四季生态厅玻璃幕墙上，与普通玻璃间隔安装，形成一道美丽的玻璃幕墙风景。BIPV系统本着所发电力就地使用原则，直接并入四季厅配电室的配电柜母线上给四季厅供电。七星湖景区路灯照明分布范围广，纵深有十几公里，采用风光互补路灯照明不仅解决了布线等问题，而且当一个路灯故障时不影响其他路灯使用，非常适合电力资源落后的七星湖景区使用。
2节能量
2.1年发电量光伏电站年发电量=装机容量×年峰值日照小时数×光伏电站总效率×0.1==684万kW•h。
2.2换算节能量少用1kW•h电量相当于节省0.376kg标煤，减排0.997kg二氧化碳，所以该项目可再生电源年节省2480t标煤，年减排646.45t二氧化碳。
4运行注意事项及风险防范措施可再生电源占酒店总电力负荷的10%，光伏电力电压在350～420V波动时对酒店侧电网电压影响很小，对末端用电设备的影响可忽略不计，所以光伏电力电压在这个范围内并网发电，否则断开由市政电力供电。光伏系统中逆变器所需交流电由酒店配电柜送出，与酒店市政供电是一路电源，当市政供电因检修等问题拉闸停电时，逆变器也立即断电，光伏电力所发直流电不经逆变器转交流电，直流电直接接地；所以市政供电停电时，光伏电站电力不会向酒店配电室供交流电，避免出现电力伤人事故。七星湖地区风力较大，需要定期清洗组件表面灰尘，以提高组件效率。七星湖地区夏季温度较高，沙子表面温度可达60℃，冬季温度较低，夜间可达-30℃；而电站配电控制房内的逆变器、配电柜、工作电脑等控制设备所需运行环境应符合供电机房环境温湿度要求，所以电站配电控制房保温防水措施需做好，并且需配备一定的制冷采暖设施。该电站配电控制房围护结构加厚了保温材料，并且配备了分体式空调和电采暖设施。BIPV发电玻璃安装在玻璃幕墙上，对发电玻璃的安装提出了较高要求，要求发电玻璃间不能采用卡槽连接，必须封胶连接。冬季运行时，需及时清理玻璃表面的霜冻和冷凝水，以提高发电效率和避免电气接线盒线路浸水。
5问题光伏电站输送距离越大，电压损失就越大，所以光伏电站距离用户越近越好，该电站输送电压350～420V，所以输送距离控制在300m内比较理想，对于电压相位等影响可忽略不计。该电站距离酒店配电室450m，所以输送压降稍大，但不会影响正常运行。该地面电站为了在运行中实际比较光伏组件发电效率，采用了两个厂家的产品和逆变设备，但这两个厂家逆变器操作软件互不兼容，所以，开发了一款新的兼容软件，新软件效果如何还需实际运行验证。因四季生态厅对日照的要求，所以，BIPV薄膜发电玻璃是20%透光率玻璃，从而降低了薄膜玻璃发电效率。
复合式可再生能源在冷热源上的应用
1冷热负荷基础数据
空调总冷负荷2267kW，其中客房区467kW，公共区1006kW，娱乐区794kW。空调总热负荷4167kW，其中客房区856kW，公共区1906kW，娱乐区1405kW。厨房、汽车库等通风冷负荷165kW，热负荷1792kW。生活热水最大日用量约120m3，计算最大小时加热量1222kW。厨房蒸汽耗量为240kg/h，洗衣房蒸汽耗量为1060kg/h。[1]
2冷热源技术方案
3台水源热泵机组+1套太阳能集热装置+2台热水锅炉+1台蒸汽锅炉。项目地处库布齐沙漠，地广人稀，太阳能和地热能非常丰富。在距离项目地约1km处有一口温泉水井，勘测数据显示，井深2505m，井水温度常年稳定在52℃左右，该井自然出水量40m3/h，机械抽水量可达到100m3/h，酒店泡池、SPA等最大需求量为40m3/h，余下60m3/h供热泵机组取热。由于温泉水机械出水量基本一定，为充分利用其热量，采用了板换串联，热能梯级利用的方式。第一级温泉水通过板换换热，给第一台水源机组提供热量之后，水温从45℃降到26℃，此温度的水仍含有大量可供利用的热能，故将此温度的水再次供第二级水源热泵机组取热，经过再次换热之后温泉水温降低到10℃，剩余热量用来预热冬季锅炉的给水。[4]冬季工况下，由于温泉水的梯度利用，2台水源热泵机组输入的热量不同，机组的产热量也就不同。第一级机组产热量为1710kW，第二级机组产热量为1449kW。夏季工况下，机组可供冷量均为1410kW。七星湖风沙天气多，气温变化大，采用常规的冷却塔散热存在诸多不利之处，故采用了浅层地下井水换热冷却的方式。勘察数据显示，夏季浅水井水温较低，约为12℃左右，在保证水源热泵机组的正常工作的前提下尽可能降低冷凝器的进水温度和进出水温差来提高机组的制冷效率，冷却水进出水温取22/29℃，回灌井水温度约26℃。第三台热泵机组补充剩余热量1008kW，第三台热泵机组开启条件是冬季地下水水温高于8℃时开启，否则剩余热量开启热水锅炉补热。[2]酒店生活热水所需热量由太阳能集热系统提供，采用了热管型集热器集热系统，充分利用了免费太阳能，夏季热水温度可达80℃，冬季热水温度也可达60℃左右，遇阴雨天，温度过低时则开启热水锅炉补热。基地夏季气候比较干燥，空气焓值不高，湿球温度低，厨房、汽车库等通风的冷负荷通过高压微雾降温的方式解决，以节约能耗；而冬季室外新风先通过地埋方式进行前期预热，再通过高温循环热水(供回水温为88℃/68℃)进行保障预热。对于部分冷负荷较小的房间，采用冷辐射吊顶的方式降温，以充分利用各温度梯度水的热能。2台2.8MW的常压热水锅炉满足新风预热、地采暖热水的供应，以及生活热水、空调热水的补充供应。1台1.5T的蒸汽锅炉满足日常洗衣房和厨房的蒸汽供应。#p#分页标题#e#
3高温地热水井资源分析[4]
1地热水井热资源分析现场的勘测数据显示，温泉井井深约2505m，为连通地下河道的活水井，所以稳定的温泉水供应是有保障的，项目使用中需长期监测井壁结构、井周围地质以及温泉水水质的变化情况，以保证正常取水。
2温泉水井水温测试图2显示，该井井底温度73℃，全井段地温梯度为2.71℃/100m，其中0.0～1650.0m为2.65℃/100m，1650～2489.05m平均为2.84℃/100m。对温泉井进行了稳定流抽水试验，抽水试验段为1650～25050m，并在抽水前对井孔进孔深探测和水头测量。测出水井的出水量与降深的关系，见表2。测试温泉井出水温度为52℃，普查区属于中低温地热田。热储层能利用储量按100年计算。根据全国储发办【1996】51号文要求“依据地热井抽水试验资料用内插法(最大水位降深以不大于20m为宜)，初步确定地热井可开采量”。根据抽水试验资料，当该地热井降深20.99m时，出水量7484m3/d(31.035m3/h)，以此作为该地热井的可开采量，并据此计算放热量。按此出水量开采100年，出水温度52℃，所排放的总量Qw=36500•Q•ρw•Cw(tw-t0)=199×1012(kJ)，则本井100年可利用热资源量为199×1012kJ，可利用的地热能非常可观。
4酒店冷热负荷分析
1酒店逐时冷热负荷计算使用负荷计算软件对项目的空调冷热负荷进行全年8760h的逐时冷热负荷进行统计分析，负荷变化情况见图3。曲线图显示，冷负荷7月～8月份达到高峰，热负荷12月～2月份达到高峰，空调制热期较长，过渡季节冷热负荷均较小。
2空调全年负荷动态计算对项目的空调冷热负荷进行全年动态计算，全年单日制冷制热需求的变化见图4、5。曲线图显示，累计日冷负荷7月初～8月中旬达到高峰，累计日热负荷12月中旬～3月初达到高峰。供冷期主要集中在6～9月，供热期集中在12～3月，过渡季节(4、5、10、11月)冷热负荷均较小。根据项目的特点，按使用功能不同分成3个部分：客房区、公共区和娱乐区。按可能的空调运行期负荷做有价值的数据比较分析，设计时间分类如下：客房区：供冷期4月～11月，供热期10～5月，单天供冷、供暖运行时间24h。公共区：供冷期4月～11月，供热期10～5月，单天供冷运行12h，供暖运行24h。娱乐区：供冷期4月～11月，供热期10～5月，单天供冷运行16h，供暖运行24h。空调运行期累计总冷负荷5280338kW•h，累计总热负荷2212947kW•h，总热负荷约为冷负荷的41.9%(见图6、7)。
太阳能集热分析
1酒店生活热水需求分析根据设计单位提供数据，该酒店最大日用水量1207m3/d，最大小时用水量19.92m3/h。
2集热技术方案该酒店采用了热管型集热器，计算集热面积1868m2。为了不影响建筑美观，集热器布置在酒店平屋顶，1000m2，即实际安装热管集热器面积1000m2，实际产60℃的热水64m3。[5]经实际测量，夏季日照天气，该系统集热水箱温度可达85℃，阴雨天气集热水箱温度可达60℃左右。冬季日照天气集热水箱理论计算可达60℃以上，阴雪天气温度过低时需热水锅炉补热。因考虑建筑美观，集热管实际安装面积小于计算集热面积，所以集热系统(见图8)机房储热水箱采用了1个40m3的集热水箱和1个80m3的恒温水箱，将2个储热水箱储满热水，可保证生活热水正常使用。当出现极端情况，当天夜间120m3的生活热水全部用完，第二天白天生活用水量仍较大，生活热水制备速度小于使用速度时，则开启热水锅炉补热。
6可再生冷热源节能量
冷热源系统节能量可分为两部分，一部分是水源热泵系统节能量，一部分是太阳能集热系统节能量。根据七星湖地区没有燃气，不能烧煤的情况，传统冷热源只能采用电制冷冷水机组+燃油锅炉，所以水源热泵系统可在此基础上进行节能比较。从表3、4可以看出，水源热泵系统合计耗能1235t标煤，传统的电冷水机组+燃油锅炉耗能3119.50t标煤，所以该项目采用水源热泵系统年节省18850t标煤，年减排4996.93t二氧化碳。太阳能集热系统年节能量2456664MJ，折算成标煤为256.58t，计算公式如下：ΔQsave=AcJT(1-ηc)ηcd式中：ΔQsave为太阳能热水系统的节能量，MJ；Ac为太阳能集热器面积，可安装热管真空管集热器1000m2；JT为当地纬度倾角平面年总辐照量，6561.603MJ/(m•2a)；ηcd为太阳集热器的年平均效率，热管真空管集热器46.8%；ηc为管路和水箱的热损失率，20%。太阳能集热系统年节省256.58t标煤，年减排680.34t二氧化碳。该项目可再生冷热源节能量总计为：年节省2141.08t标煤，年减排5677.27t二氧化碳。
7可再生冷热源综合利用运行分析
7.1运行策略
7.1.1制热工况运行策略图4显示，一年运行周期内，总制热期较长，从9月持续到次年5月，且各月热量需求差别大。冬季高负荷期的12月～3月份，制热工况运行下，假设冷凝温度不变，提高蒸发器供水温度，将有效提高机组综合制热性能，所以土壤温度较低的冬季优先运行水源热泵机组，并按第一、二级顺序开启主机，热量不足、浅层水水温8℃以上时开启第三台水源热泵机组。在极端条件下，由于温泉水井供水温度下降或者浅层水温度不足8℃带来的机组制热量不足，则通过热水锅炉补充。冷热负荷均较小的过渡季节，从图3来看，4、5、10、11月份，运行第三台水源热泵机组基本能够满足制冷需要，第一级水源热泵机组制热工况运行，可满足制热的需要。夏季和过度季生活热水均由太阳能集热系统提供；冬季不足的热量采用热水锅炉补充。锅炉开启时间为12月～3月，将满足整个空调系统新风预热和地采暖供热以及生活热水与空调制热不足的热量需求。
7.1.2制冷工况运行策略图5显示，最大冷负荷出现在每年的7月和8月，并且沙漠地区日夜温差较大，夜间冷负荷大概是日间的50%左右，所以，7月、8月日间开启2台水源热泵机组供冷，夜间及其他供冷时期开启1台水源热泵机组即可。第三台水源热泵机组给四季生态厅供冷。水源热泵机组采用浅水井冷却散热，为了延长井的使用寿命和保持水温恒定，所以运行中抽水井和回灌井每年替换使用一次。
7.2风险及防范措施温泉水中氯离子含量较高，腐蚀性较大，所以该工程在温泉水输送储存材质上有较高的要求。目前温泉水室外输送管道采用玻璃钢管，室内输送管道采用衬塑钢管，储热水箱采用不锈钢316L。另外，温泉水总硬度较大，比较容易结垢，所以运行中需定期加药除垢，避免阻塞管道。该工程温泉水井采用一抽二灌，七星湖地区地下压力较大，需加压回灌，运行中要时刻注意回灌泵压力和回灌量，压力小回灌量不够，压力大回灌水不能及时扩散。#p#分页标题#e#
7.3问题因采用了大量可再生冷热源，又是双管制系统，所以冷热系统非常复杂，对自控系统要求较高，给运行人员增加了操作困难，但确实节能降耗。夏季和过渡季阴雨天连续时间较长时，则需开启锅炉补热。而此时若不需第三台水源热泵机组制冷时，完全可由其提供生活热水，应给第三台水源热泵机组加个旁路在夏季和过渡季供生活热水。第一口温泉回灌井距离抽水井较近，只有30m，虽然前期经有关单位专家进行了技术论证，地下径流速度为1m/d，但有可能会降低抽水井水温，而从影响热源热量。
智能化弱电系统与能源系统结合应用探讨
该酒店能源系统非常复杂，即有传统能源，又有可再生能源，运行中各种能源间的相互转化关系、优先级别、控制方式、节能模式等需根据酒店能源需求进行调节。若人工手动调节，则只能在固定运行模式下机械调节，不能达到按需供给、实时调节的效果，所以需通过智能化弱电系统对能源系统进行控制及调节。该项目上，中科院上海高等研究院提出了“三网互融、五能合一”的应用，“三网”即：微电网、微热网、物联网，“五能”即：产能、供能、储能、用能、节能，“三网五能”是该项目智能化弱电系统的核心内容，对能源系统最终的节能效果起着决定性作用。[6]楼控系统是“三网五能”顺利实施的基础条件，该酒店楼控系统有1845个采集监控点，将各能源系统和酒店各区域主要参数指标采集，经后台软件分析处理后，自动调节能源系统中各机电设备运行状态，根据终端实际用能产能供能。从某一种能源产能开始，到终端设备用能，能源利用的各个阶段都有节能措施，从而有效地优先利用可再生能源，降低酒店能耗。拿太阳能集热系统举例：集热管吸收免费的太阳能热量，产生热能(产能)，加热集热器上端集热箱中的水，热水经管道(保温增厚，热损降低)流入机房集热水箱内(供能)，集热水箱储存高温热水(储能)供酒店使用，生活热水从集热水箱经管道(保温增厚)流入终端设备，终端设备采用节水龙头(用能)。从热水能源这个利用来看，各阶段均有相应的节能措施，所以从能源产生的源头就开始节能降耗，体现了“五能合一”的理念。此外，该酒店在“三网互融”方面也有体现，酒店电网包括：地面光伏发电、BIPV发电、风光互补发电、市政供电(区内5万V变电站)及自备发电机组，这就构成了酒店区的区域电网，酒店热网包括：温泉水热、太阳能集热、水源热泵系统提供热量、锅炉热力，这也构成了酒店区的区域热网。有了这些基础的硬件设备，通过后台电脑软件，得知终端电力和热力需求，然后根据按需供给原则，通过物联网从微电网和微热网中提取能源，优先利用可再生能源，按需供给，实时调节，最大限度降低建筑能耗，减少二氧化碳排放。智能化弱电系统是能源系统科学运行的“神经系统”，智能化系统运行好坏，直接影响该酒店节能效果好坏，所以如何提高智能化系统与能源系统结合应用，是下一步重点研究的问题。
结语
七星湖景区地热能、太阳能资源比较丰富，所以该酒店能源系统因地制宜，采用这些可再生能源提供部分电力和冷热源是切实可行的；同时，应用这些可再生能源降低了酒店能耗，减少了二氧化碳排放量，节能减排实际效果显著。但在实际运行中，还需不断摸索运行经验，积累运行数据，科学操作智能化管理系统，经过几个运行周期，才能使酒店能源系统达到最佳的节能减排效果。