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為更好推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，落實(shí)《關(guān)于構(gòu)建市場(chǎng)導(dǎo)向的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》，加速綠色低碳技術(shù)升級(jí)，科技部社發(fā)司委托中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)組織編制了《國(guó)家綠色低碳先進(jìn)技術(shù)成果目錄》，并于2023年9月11日正式公布。為持續(xù)宣傳推廣《國(guó)家綠色低碳先進(jìn)技術(shù)成果目錄》成果，引導(dǎo)綠色低碳技術(shù)發(fā)展，中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)將陸續(xù)在官微推送目錄成果信息，敬請(qǐng)關(guān)注。
節(jié)能減排與低碳領(lǐng)域
01.技術(shù)名稱
高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機(jī)組設(shè)計(jì)制造技術(shù)
02.適用范圍
以水為介質(zhì)，夜間谷段電力(低電價(jià))以低溫冷凍冰形式儲(chǔ)存冷量，白天用電高峰時(shí)段(高電價(jià)時(shí))使用儲(chǔ)存的低溫冷凍水來(lái)作為冷源的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)。特別適用于有峰谷電價(jià)差的大型制冷系統(tǒng)。
03.技術(shù)內(nèi)容
技術(shù)原理
通過(guò)研制高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的中高壓變頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大功率高速永磁電機(jī)變頻調(diào)速，提升變頻雙工況機(jī)組的單機(jī)制冷量。通過(guò)“雙工況多點(diǎn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法”，均衡壓縮機(jī)制冷和制冰雙工況氣動(dòng)設(shè)計(jì)效率，滿足機(jī)組制冷和制冰雙工況壓比高、變化大的要求，提高機(jī)組工況適應(yīng)性，保證了機(jī)組制冷和制冰工況高能效。對(duì)于大冷量機(jī)組采用獨(dú)立雙系統(tǒng)串聯(lián)逆流設(shè)計(jì)，滿足了冰蓄冷大冷量和變負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的要求，提升可靠性。
主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
(1)創(chuàng)新高壓大功率變頻系統(tǒng)。研制了一種通過(guò)對(duì)10kV等中高壓電壓的調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，將720V以下的電壓作為變頻裝置的輸入，0-720V輸出作為變頻裝置的輸出至壓縮機(jī)電機(jī)端，實(shí)現(xiàn)高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的中高壓變頻系統(tǒng)。解決了低壓380V電機(jī)受導(dǎo)線承受能力限制、功率難以做大、生產(chǎn)時(shí)嵌線復(fù)雜，以及采用10kV等中高壓直接輸入變頻器需要采用移相變壓器和多模塊級(jí)聯(lián)、變頻裝置體積龐大且轉(zhuǎn)速低的問(wèn)題。
(2)高效雙工況多點(diǎn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)。針對(duì)機(jī)組制冷和制冰雙工況壓比高、變化大的特點(diǎn)，發(fā)明一種“雙工況多點(diǎn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法”，均衡壓縮機(jī)制冷和制冰雙工況氣動(dòng)設(shè)計(jì)效率。根據(jù)雙工況多點(diǎn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化壓縮機(jī)氣動(dòng)部件設(shè)計(jì)。研制了三元閉式全長(zhǎng)葉片葉輪、 “低稠度”葉片擴(kuò)壓器和串列葉片回流器，保證機(jī)組雙工況高能效，提高喘振隔離裕度，擴(kuò)展運(yùn)行范圍。
(3)研制新型大功率高轉(zhuǎn)速的永磁同步電機(jī)，采用低壓成型繞組，滿足660V額定電壓輸入，兆瓦級(jí)軸功率輸出，并通過(guò)定轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計(jì)、冷卻流道設(shè)計(jì)和主軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)等，解決大功率電機(jī)冷卻、軸承腐蝕、轉(zhuǎn)子重和長(zhǎng)所引起的剛性不足等一系列技術(shù)難題，成功實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在10kV配電、兆瓦級(jí)軸功率輸出條件下的高速運(yùn)行。電機(jī)全工況運(yùn)行效率在94%以上，最高可達(dá)97%。
(4)采用分段優(yōu)化的智能模糊PID控制和逐級(jí)逼近目標(biāo)的控制，保證機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程水溫平穩(wěn)且控制精確，杜絕水溫波動(dòng)，延長(zhǎng)制冰時(shí)間，提升制冰效率。采用了“四級(jí)”防喘措施，通過(guò)擴(kuò)寬壓縮機(jī)喘振裕量設(shè)計(jì)、變頻調(diào)節(jié)防喘振控制、設(shè)置輔助熱氣旁通措施以及設(shè)置喘振保護(hù)使得機(jī)組在正常使用條件內(nèi)無(wú)喘振運(yùn)行。同時(shí)，關(guān)鍵部件采用冗余設(shè)計(jì)等措施，保證機(jī)組可靠。
(5)獨(dú)立雙系統(tǒng)串聯(lián)逆流設(shè)計(jì)。既可均衡兩壓縮機(jī)的壓縮比和負(fù)荷，提升效率，又可通過(guò)雙壓縮機(jī)聯(lián)合運(yùn)行，滿足冰蓄冷大冷量和變負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的要求，提升機(jī)組可靠性。
圖 雙工況多點(diǎn)啟動(dòng)設(shè)計(jì)的自由曲面葉輪
04.節(jié)能與溫室氣體減排效果
以1臺(tái)2400RT冰蓄冷雙工況離心式冷水機(jī)組為例，對(duì)傳統(tǒng)定頻機(jī)組與高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機(jī)組運(yùn)行能耗進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比。制冷按AHRI標(biāo)準(zhǔn)部分負(fù)荷時(shí)間權(quán)重，制冰按滿負(fù)荷進(jìn)行能耗計(jì)算。結(jié)果表明，高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機(jī)組比傳統(tǒng)定頻離心式冰蓄冷雙工況機(jī)組節(jié)約能耗約172萬(wàn)kW·h，節(jié)能26%。折算節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤211.39t，減少二氧化碳排放量980.92t，減少二氧化硫排放量13.4t，減少氮氧化物排放量3.92t。
05.技術(shù)示范情況
項(xiàng)目已在29項(xiàng)工程中應(yīng)用，如中國(guó)尊、北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)等大型集中供冷項(xiàng)目。
以珠海橫琴冷站為例，其屬于橫琴多聯(lián)供燃?xì)饽茉凑卷?xiàng)目構(gòu)成之一，與其配套管網(wǎng)負(fù)責(zé)橫琴供冷項(xiàng)目?，F(xiàn)階段劃分五大供冷片區(qū)，擬建9個(gè)冷站，總裝機(jī)規(guī)模達(dá)30萬(wàn)冷噸，總投資近30億元。其中的3號(hào)冷站已采用一臺(tái)本項(xiàng)目2400冷噸機(jī)組LSBLX2400SVI，2017年7月投入使用至今，運(yùn)行情況良好。
2017年9月，經(jīng)合肥通用機(jī)電產(chǎn)品檢測(cè)院進(jìn)行委托檢驗(yàn)，測(cè)得機(jī)組制冷工況(冷凍出水溫度1.5℃～冷卻進(jìn)水溫度32℃)制冷量7519.553kW，性能系數(shù)5.04；蓄冰工況(-5.6℃～30℃)制冰量6787.688kW，性能系數(shù)4.30，滿足標(biāo)稱量。
06.投資估算
項(xiàng)目技術(shù)集成于高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機(jī)組。設(shè)備設(shè)計(jì)壽命25年，制冷量2400RT的機(jī)組采購(gòu)費(fèi)用480萬(wàn)元/臺(tái)。使用期間還需投資維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。
一臺(tái)2400RT雙工況機(jī)組年運(yùn)行耗電量490萬(wàn)kW·h，按高峰時(shí)段電價(jià)1.1元/kW·h，峰谷電價(jià)比4:1，則低谷時(shí)段電價(jià)0.275元/kW·h，年運(yùn)行電費(fèi)約302萬(wàn)元。
07.投資回收期
假定使用定頻單冷機(jī)組計(jì)算年運(yùn)行費(fèi)用570萬(wàn)元；而一臺(tái)2400RT該技術(shù)機(jī)組年運(yùn)行電費(fèi)約302萬(wàn)元，相比全部采用定頻單冷機(jī)組運(yùn)行方案節(jié)約電費(fèi)268萬(wàn)元。設(shè)備初投資480萬(wàn)元/臺(tái)，則投資回收期為1.8年。
08. 技術(shù)成果轉(zhuǎn)化推廣前景
高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機(jī)組具有突出的節(jié)能優(yōu)勢(shì)和對(duì)冰蓄冷系統(tǒng)的適應(yīng)性，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。目前我國(guó)每年公共建筑新增面積約3億m2，如其中30%采用高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機(jī)組，每年可節(jié)約電費(fèi)11.5億元，節(jié)煤96萬(wàn)t，減少二氧化碳排放260萬(wàn)t，減少二氧化硫排放3.5萬(wàn)t。
原標(biāo)題：國(guó)家綠色低碳先進(jìn)技術(shù)成果 |(七十五)高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機(jī)組設(shè)計(jì)制造技術(shù)
