成为行业标杆的水蓄冷能源中心-成功案例！

大都市的用电供需矛盾常常体现为时间结构的不匹配和不均衡。即在白天（尤其是上午）和晚间（18∶00～21∶00），由于大部分生产、服务和事业单位以及居民同时都有较高用电需求，电力供不应求；而到了夜间，情况刚好相反，电力供大于求。为了协调和解决这个矛盾，很多城市都开始实行“分时电价”。例如，自2002年起，上海市供电局对浦东国际机场实行分时电价制：22∶00～06∶00为谷值时段，电价0.227元/kW·h；08∶00～11∶00和18∶00～21∶00为峰值时段，电价1.032元/kW·h；其余为平价时段，电价0.661元/kW·h。峰谷电价比为4.5∶1，绝对价差0.805元/kW·h。因此，如果企业用电能够“避峰用谷”，则既可减少电费支出，给企业带来经济效益；又可缓解社会用电紧张，具有明显的社会效益。正是在这样的背景下，浦东国际机场二期能源中心采用了蓄冷空调技术。浦东机场二期能源中心主要服务于二号航站楼、交通中心和远期航站楼主楼。二期能源中心总设计冷负荷为85 179 MW（24 400 RT），热负荷为501 665 MW。

浦东国际机场的蓄冷式空调系统也称“热储能系统”，其工作原理就是在用电低谷时间（也是建筑空调用冷低谷时间），开启电动制冷系统，并采取蓄冷设备进行冷能储蓄；在用电高峰时间（一般也是建筑空调用冷高峰时间）将储蓄冷能释放出来用于空调，此时电制冷机可以不开或少开。由此可见，“蓄冷空调”对城市电网的利用采取了“避峰用谷”策略。

冷能储蓄可利用水、冰、共晶盐水混合物等热媒。其中，水为显热热媒，其蓄冷、放冷是通过热媒自身温度下降和上升来实现的，蓄冷、放冷过程中热媒保持液体状态不变，只有温度变化，属于“显热”蓄冷；冰、共晶盐水混合物为潜热热媒，其蓄冷放冷是通过热媒自身的温变和相变（液相变固相、固相变液相）来实现的。相变过程中，热媒释放或吸收大量的凝固潜热或溶解潜热，属于“显热+潜热”的蓄冷方式。目前，共晶盐水混合物蓄冷系统由于受蓄冷介质相变次数限制，蓄冷释冷过程换热性能较差、系统初投资和运行费用高，使用较少。空调蓄冷系统中水蓄冷和冰蓄冷应用较多。

水蓄冷系统可直接与常规空调系统匹配，制冷机组蓄冷时蒸发温度为4℃，机组性能系数较高。系统可利用消防水池、蓄水设施或建筑物地下室作为蓄冷容器，降低水蓄冷系统初始投资。系统设备投资少、运行效率高、使用维护简单，缺点是单位体积热容量小，蓄冷装置占地较大。当蓄冷量大于7MW·h或蓄冷容积大于760 m3时，只要场地、空间许可，水蓄冷系统的经济性优势非常显著，且蓄冷罐体积越大，单位蓄冷量投资越低。因此，在经过近一年的技术经济与运营管理方案的比选之后，浦东机场二期能源中心采用了水蓄冷系统。

水蓄冷系统主要由制冷机组、蓄冷槽、蓄冷水泵和自控系统等设备组成。其中的关键技术，就是在满足供冷负荷需求前提下，维持较大的蓄冷温差、提高蓄冷效率，防止蓄水槽热回水与储存冷水之间混合。自然分层水蓄冷是一种结构简单、蓄冷效率较高、经济性较好的蓄冷方式，应用广泛，被浦东国际机场二期能源中心所采用。

图9-2　浦东国际机场水蓄冷能源中心

蓄冷罐对系统蓄冷效果和运行稳定有重要影响。浦东国际机场能源中心蓄冷罐为钢制直立罐（图9-2）。罐直径26 m，高21.86 m，容积11 600 m3。罐顶和底板分别均匀布置5327个圆柱形布水口。蓄冷罐外壁用聚氯乙烯保温。蓄冷罐利用水的温度密度特性，实现冷水、温水的自然分层。水的密度与温度密切相关。水温大于4℃时，温度升高、密度减小；0～4℃（准确值为3.98℃）范围，温度升高、密度增大，4℃时密度最大。在蓄冷罐中，温度为4～6℃的冷水沉在蓄冷罐下部，10～18℃的温水聚升到蓄冷罐上部，从而实现冷热水自然分层。蓄冷罐上、下部设置布水器，分别供温水、冷水流入或流出。为保证自然分层效果，应控制水流的雷诺数（Re数）、弗朗特数（Fr数），以防水的流入或流出对蓄冷罐造成扰动。

浦东国际机场二期能源中心蓄冷罐体积庞大，国内尚无先例，国外亦属罕见。为保证水蓄冷系统运行可靠、高效，机场委托研究机构采用流体力学方法对水蓄冷罐进行建模、仿真计算，得出直观的罐内温度场、速度场及其随时间的变化。深入、系统的研究为蓄冷罐的设计优化奠定了基础。(www.xing528.com)

浦东国际机场蓄冷空调可采用四种工作模式，即主机（电动冷水机组）供冷、主机供冷+罐蓄冷、主机供冷+罐放冷、蓄冷罐供冷。后两种模式中蓄冷罐都参与承担空调冷负荷。根据计算，浦东国际机场二期能源中心每年供冷期总计180天，其中100％、75％、50％和25％冷负荷率（实际供冷负荷/设计冷负荷）所对应天数分别为24天、60天、60天和36天。不同的冷负荷强度，应采用不同的蓄冷空调运行策略。

采用水蓄冷的浦东国际机场二期能源中心，在运营后证明非常成功，随后成了行业标杆。该项目获得了明显的技术、经济和环境效益：

（1）实现了对社会电力的“避峰用谷”。由于二期能源中心冷负荷巨大，所以“水蓄冷”方案对缓解城市用电供需矛盾作用显著。

（2）与常规电力冷水机组制冷和冰蓄冷方案相比，水蓄冷具有节约建设投资、日常运行费用低的显著优势。

（3）由于水蓄冷空调电力消耗小（比电制冷减少用电0.3％，比冰蓄冷减少用电17％），因此有助于机场节能减排。

鉴于水蓄冷系统在二期工程中取得了巨大成功，虹桥国际机场空间工程和浦东国际机场三期工程依然采用了水蓄冷的方式。