微型热电联产在游泳池项目中的应用研究（一）_石油与能源动力论

  游泳池最大的三项支出是：能源费用、人工工资和水费，其中能源支出，包括电费和天然气燃料费用是最大的一项成本支出，特别是在冬季。在北京大多游泳池在冬季是难以赢利的，其主要原因是冬季的燃料费用支出的大幅度增加，有的游泳池冬季每月亏损高达万元，甚至不得不关闭或暂停经营。造成这一问题的关键因素是没有能合理利用能源，如果合理有效利用资源，实现能量梯级利用，温度对口，采用热电联产技术，亏损可以大大减少。
   所谓热电联产就是在能源利用中，将高品位的热量转换成为高价值的电能，再将发电后的余热来满足低品位能源的需求，例如加温热水。通常热电联产给人们的印象是大型的工业巨人，是一些大型热电厂，随着技术的进步，热电设备越做越小，发电量从几万几千千瓦，下降到几百几十千瓦，可以适用于各种各样的终端用户的需求。
游泳池的设计是多种多样的，其尺寸、节能标准、客户对象等均有所不同，对于电力、热力的需求可能也不同，但是需要电力和热力才能维持运营的基本特性是没有区别的。我们可以根据各个游泳池不同的能量需求特性，针对性地采用新型热电联产和其他技术解决方案，以提高游泳池的经济性。
   游泳池不仅是一个用热大户，也是一个用电大户。一般游泳池安装了大量水泵、水过滤系统和照明等系统，需要较多的电力。往往游泳池不是一个独立的经营单元，它是其他经营项目的一个功能性组成部分，对电力需求的范围可能更大。而且，这些项目多属于娱乐性商业场所，购电电价很高。所以，发展热电联产将必然具有明显的经济性。
法律法规基础：
国家鼓励发展热电联产，节约资源的法律和政策是非常明确的。
《中华人民共和国节约能源法》 第三十九条：“国家鼓励发展下列通用节能技术：（一）推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率；”
《国家发展委员会、国家经济贸易委员会、建设部、国家环境保护总局（计基础）2000年1268号“关于发展热电联产的规定” 》第十四条：“积极支持发展燃气-蒸汽联合循环热电联产。4、以小型燃气发电机组和余热锅炉等设备组成的小型热电联产系统，适用于厂矿企业、写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等较分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保护环境、减少供电线损和应急突发事件等综合功能，在有条件的地区应逐步推广。”
需求分析研究：
   游泳池对于热量的需求分析是一个非常复杂的问题，游泳池的尺寸、节能实际水平、使用性质、季节温度变化与日间温度变化等因素，都对能源需求产生影响，为了技术应用的广泛性，我们对以下四种方式进行热电联产适用性研究。
   游泳池对热能的需求有三种性质：1、池水加温；2、淋浴水加温；3、采暖。采暖受游泳池使用性质影响比较大，例如比赛性泳池有观众看台，跳水型泳池高度较大，而且这两类泳池使用周期性特征明显，所以我们对采暖不做分析。本项目研究的重点是池水和淋浴用水加温。

池水加温需求

类型	单位	标准泳池	浅水泳池	小型泳池	宾馆泳池
泳池长度	m	50	50	25	15
泳池宽度	m	25	25	15	10
浅端深度	m	1.5	1.3	1.3	1.1
深端深度	m	2.1	1.6	1.5	1.3
池水容量	m3	2,250	1,813	525	180
水质量	kg	2,250,008	1,812,507	525,002	180,001
26-28℃焓差值	kj/kg	8.72	8.72	8.72	8.72
热值	kj	19,620,073	15,805,058	4,578,017	1,569,606
	kwh	5,450.02	4,390.29	1,271.67	436.00
0.5℃每小时补损	kwh	1,362.51	1,097.57	317.92	109.00
0.25℃每小时补损	kwh	681.25	548.79	158.96	54.50
0.1℃每小时补损	kwh	272.50	219.51	63.58	21.80

   游泳池的热量损耗主要受补水量、季节性和日间的环境温度变化影响，目前一般的游泳池都是循环用水，排放污水带走的热量是有有限的。北京某游泳池有一个标准池和一个小型池，安置3台0.7mw 小型燃气锅炉，实际上在冬季大多时间只要一台锅炉运行即可。上述四种游泳池，在正常情况下，如果节能措施得力，北京冬季每小时补充温度损失不会超过0.25℃，夏季常年平均温度损失降低到0.1℃。根据概率分析方法，前两种泳池平均需求值450kw，后两种在平均需求值90kw。       

北京地区平均温度变化

北京	1月	2月	3月	4月	5月	6月	7月	8月	9月	10月	11月	12月
日间平均温度	1	4	11	21	27	31	31	30	26	20	9	3
夜间平均温度	-10	-8	-1	7	13	15	21	20	14	6	-2	-8
月平均温度	-4.5	-2	5	14	20	23	26	25	20	13	3.5	-2.5

 上海地区平均温度变化

上海	1月	2月	3月	4月	5月	6月	7月	8月	9月	10月	11月	12月
日间平均温度	8	8	13	19	25	28	32	32	28	23	17	12
夜间平均温度	1	1	4	10	15	19	23	23	19	14	7	2
月平均温度	4.5	4.5	8.5	14.5	20	23.5	27.5	27.5	23.5	18.5	12	7

   淋浴用水的加温，是游泳池另一能源支出大项，而且基本没有回收。如果以外部给水温度10℃计算，加温到45℃，每公升需要125.46w。            

焓差计算

温度	单位	热值
10℃	kj/kg	41.99
45℃	kj/kg	167.45
焓值	kj/kg	125.46

  淋浴水加温

类型	单位	标准泳池	浅水泳池	小型泳池	宾馆泳池
平均顾客流量	人	50	50	25	15
50℃平均淋浴用水量	kg	25	25	25	25
总淋浴用水量	kg	1,250	1,250	625	375
10-45℃焓差值	kj/kg	125.46	125.46	125.46	125.46
淋浴水热值需求	kj	156,825	156,825	78,413	47,048
	kwh	43.56	43.56	21.78	13.07

   人流量按每小时每泳道5人考虑，每人每次淋浴平均使用25公升热水，水温不做调节，温度设定在45℃，标准池和浅池需要44kw，小型池22kw，宾馆泳池连加温带淋浴35-65kw之间。
利用时间：
   对于经营性游泳池而言，提高设施利用率是增加赢利的重要手段之一，目前的游泳池利用时间不断延长，北京的一些游泳池甚至从早上6:30开馆，一直延续到晚上9:30，每天开放时间多达15小时，设备利用率63%。但也有游泳池开放时间比较短，以下是一个典型游泳池的开发时间。

北京某泳池开发时间表（小时）

	开馆时间	闭馆时间	开发时间	清洁准备	合计
星期一	12:30	21:30	9	1	10
星期二	9:30	21:30	12	1	13
星期三	9:30	21:30	12	1	13
星期四	9:30	21:30	12	1	13
星期五	9:30	21:30	12	1	13
星期六	9:30	21:30	12	1	13
星期日	9:30	21:30	12	1	13
总计					88

      根据这个游泳池的时间表，每周设备运行时间88小时，一年52个星期，全年运行4576小时，利用率52%。本研究将根据这一指标分析。
设备选择：
   根据以上对需求的分析，从满足基本热量需求的角度分析，有两种设备是适用的。英国宝曼动力公司的tg80微型燃气轮机热电联产机组和美国stm动力公司4-120性外燃机热电联产机组。
1、 英国宝曼动力公司的tg80微型燃气轮机热电联产机组：
   tg80微型燃气轮机是英国宝曼动力公司专门为适合各种用户需求而设计的微型燃气轮机，最大的特点是供热量和电力输出可以自动调节，采用无人职守化的智能自动控制技术，并可以与电网同步供电，自动追踪电网的频率，确保供电安全。
   这种非常小的高速燃气轮机是采用了简单的径向设计原理，与大型的工业用燃机更加复杂的轴向设计相比，在概念上更加接近低成本的涡轮增加器，通常是源自于航空发动机。运行时的恒温排除了需要使用高成本的尖端材料，当大批量生产时，这种简便的设计便可降低成本。与往复式燃机相比，这种燃机维修成本更低，振动更小，排放更低，结构更紧凑，应用更加范围广泛。
       　 　

   

　

　

   体积小，重量轻，随处可放。一台宝曼tg80型微型燃气轮机热电联产装置，发电出力80kw，发电效率28%，供热能力在150-420kw之间任意调节，该设备可以单台运行，也可以多台并行，基本满足各种游泳池的热水、采暖供应需要以及变化。设备可以直接插在380v三相交流电插座上并入用户电网运行。

bowmantg80性能

发电输出功率	kw	80
效率	%	28
供热功率	kw	150-420
燃料消耗量	kw	308-567
功率输出总量	kw	230-500
天然气耗量	m3	31.76-58.56
热电总效率	%	75-89
转速	rpm	68000
尺寸（长/宽/高）	cm	201/76/107
大修周期	hrs	30000
设备寿命	年/hrs	20/90000
氮氧化物	ppm	25
噪音	分贝	75

 

安装在英国一体育中心的tg80