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杜安環(huán)保
為更好推動科技成果轉化和產(chǎn)業(yè)化應用，落實《關于構建市場導向的綠色技術創(chuàng)新體系的指導意見》，加速綠色低碳技術升級，科技部社發(fā)司委托中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會組織編制了《國家綠色低碳先進技術成果目錄》，并于2023年9月11日正式公布。為持續(xù)宣傳推廣《國家綠色低碳先進技術成果目錄》成果，引導綠色低碳技術發(fā)展，中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會將陸續(xù)在官微推送目錄成果信息，敬請關注。
節(jié)能減排與低碳領域
01.技術名稱
高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機組設計制造技術
02.適用范圍
以水為介質，夜間谷段電力(低電價)以低溫冷凍冰形式儲存冷量，白天用電高峰時段(高電價時)使用儲存的低溫冷凍水來作為冷源的冰蓄冷中央空調系統(tǒng)。特別適用于有峰谷電價差的大型制冷系統(tǒng)。
03.技術內容
技術原理
通過研制高效率、高轉速、大功率的中高壓變頻系統(tǒng)，實現(xiàn)了大功率高速永磁電機變頻調速，提升變頻雙工況機組的單機制冷量。通過“雙工況多點氣動設計方法”，均衡壓縮機制冷和制冰雙工況氣動設計效率，滿足機組制冷和制冰雙工況壓比高、變化大的要求，提高機組工況適應性，保證了機組制冷和制冰工況高能效。對于大冷量機組采用獨立雙系統(tǒng)串聯(lián)逆流設計，滿足了冰蓄冷大冷量和變負荷穩(wěn)定運行的要求，提升可靠性。
主要創(chuàng)新點
(1)創(chuàng)新高壓大功率變頻系統(tǒng)。研制了一種通過對10kV等中高壓電壓的調節(jié)設計，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電機端，實現(xiàn)高效率、高轉速、大功率的中高壓變頻系統(tǒng)。解決了低壓380V電機受導線承受能力限制、功率難以做大、生產(chǎn)時嵌線復雜，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聯(lián)、變頻裝置體積龐大且轉速低的問題。
(2)高效雙工況多點氣動設計。針對機組制冷和制冰雙工況壓比高、變化大的特點，發(fā)明一種“雙工況多點氣動設計方法”，均衡壓縮機制冷和制冰雙工況氣動設計效率。根據(jù)雙工況多點氣動設計方法，優(yōu)化壓縮機氣動部件設計。研制了三元閉式全長葉片葉輪、 “低稠度”葉片擴壓器和串列葉片回流器，保證機組雙工況高能效，提高喘振隔離裕度，擴展運行范圍。
(3)研制新型大功率高轉速的永磁同步電機，采用低壓成型繞組，滿足660V額定電壓輸入，兆瓦級軸功率輸出，并通過定轉子沖片設計、冷卻流道設計和主軸強度設計等，解決大功率電機冷卻、軸承腐蝕、轉子重和長所引起的剛性不足等一系列技術難題，成功實現(xiàn)了電機在10kV配電、兆瓦級軸功率輸出條件下的高速運行。電機全工況運行效率在94%以上，最高可達97%。
(4)采用分段優(yōu)化的智能模糊PID控制和逐級逼近目標的控制，保證機組啟動過程水溫平穩(wěn)且控制精確，杜絕水溫波動，延長制冰時間，提升制冰效率。采用了“四級”防喘措施，通過擴寬壓縮機喘振裕量設計、變頻調節(jié)防喘振控制、設置輔助熱氣旁通措施以及設置喘振保護使得機組在正常使用條件內無喘振運行。同時，關鍵部件采用冗余設計等措施，保證機組可靠。
(5)獨立雙系統(tǒng)串聯(lián)逆流設計。既可均衡兩壓縮機的壓縮比和負荷，提升效率，又可通過雙壓縮機聯(lián)合運行，滿足冰蓄冷大冷量和變負荷穩(wěn)定運行的要求，提升機組可靠性。
圖 雙工況多點啟動設計的自由曲面葉輪
04.節(jié)能與溫室氣體減排效果
以1臺2400RT冰蓄冷雙工況離心式冷水機組為例，對傳統(tǒng)定頻機組與高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機組運行能耗進行簡單對比。制冷按AHRI標準部分負荷時間權重，制冰按滿負荷進行能耗計算。結果表明，高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機組比傳統(tǒng)定頻離心式冰蓄冷雙工況機組節(jié)約能耗約172萬kW·h，節(jié)能26%。折算節(jié)約標準煤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.技術示范情況
項目已在29項工程中應用，如中國尊、北京大興國際機場等大型集中供冷項目。
以珠海橫琴冷站為例，其屬于橫琴多聯(lián)供燃氣能源站項目構成之一，與其配套管網(wǎng)負責橫琴供冷項目。現(xiàn)階段劃分五大供冷片區(qū)，擬建9個冷站，總裝機規(guī)模達30萬冷噸，總投資近30億元。其中的3號冷站已采用一臺本項目2400冷噸機組LSBLX2400SVI，2017年7月投入使用至今，運行情況良好。
2017年9月，經(jīng)合肥通用機電產(chǎn)品檢測院進行委托檢驗，測得機組制冷工況(冷凍出水溫度1.5℃～冷卻進水溫度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，滿足標稱量。
06.投資估算
項目技術集成于高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機組。設備設計壽命25年，制冷量2400RT的機組采購費用480萬元/臺。使用期間還需投資維護保養(yǎng)費用。
一臺2400RT雙工況機組年運行耗電量490萬kW·h，按高峰時段電價1.1元/kW·h，峰谷電價比4:1，則低谷時段電價0.275元/kW·h，年運行電費約302萬元。
07.投資回收期
假定使用定頻單冷機組計算年運行費用570萬元；而一臺2400RT該技術機組年運行電費約302萬元，相比全部采用定頻單冷機組運行方案節(jié)約電費268萬元。設備初投資480萬元/臺，則投資回收期為1.8年。
08. 技術成果轉化推廣前景
高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機組具有突出的節(jié)能優(yōu)勢和對冰蓄冷系統(tǒng)的適應性，具有廣泛的推廣應用價值。目前我國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組，每年可節(jié)約電費11.5億元，節(jié)煤96萬t，減少二氧化碳排放260萬t，減少二氧化硫排放3.5萬t。
原標題：國家綠色低碳先進技術成果 |(七十五)高效永磁同步變頻離心式冰蓄冷雙工況機組設計制造技術
