本文使用一个超市案例来说明当今可以实现的双赢机会。它显示了如何使用环保的制冷剂和热网络将供热和制冷集成在一起，从而通过隐蔽的投资促进供热和最终制冷的隐藏资源。集成的H＆C系统可以成为需求响应的主要候选者。真正的智能系统概念和良好的业务案例。

介绍

全球能源趋势集中于增加无碳或中性能源的生产。它固有地意味着增加了可再生能源的数量，例如风能或太阳能，因此，在适应电力供应波动的电力需求管理中也面临挑战。

在这种情况下，储能是一个关键词，主要可以分为电，化学和热能存储。蓄热的优势在于，通常具有可用的存储容量或将其内置到系统中，例如在具有大型热水存储设施的热电网的情况下，并且它可以以相对较低的成本适用于基于热泵的系统。通常，与其他存储技术相比，热存储的成本非常低。 

具有成本竞争力的储热装置将进一步研究蒸汽压缩系统，以寻找对智能集成系统的潜在贡献。 

在图2中，概述了电力和热力电网以及供应工厂（CHP）和传统的耗能超市。传统上，超级市场被视为纯粹的消费者，但是现在该对这种感觉进行评估的时候了。它将表明，当今的技术可以用于智能，灵活的系统，使超市成为生产者和电力供应商的有效应变工具。

图2电网和热网中的超级市场
 

智能电网和超级市场

电网中载有高比例的可再生电力（如风和太阳）在平衡电力需求和电力供应方面面临着越来越大的挑战。在这种情况下，值得注意的是，在像德国这样的国家中，超级市场占所有用电量的1-2％[1]。超市由于要冷藏或冷冻的食物量而具有较高的热容量。这也意味着该行业可以通过调整电力消耗以保持食品温度水平以及进行其他耗电活动（例如展示柜的除霜和轨道加热）来起到稳定“虚拟发电厂”的作用。 

图3超市中的控制器层次结构以及与电网的连接

大多数超市通过中央控制器管理能源，该中央控制器连接到多个冷却箱以控制温度水平。超市中控件的层次结构以及与网格操作员的通信如图3所示。值得注意的是，即使在较旧的系统中，也可以在无需大量投资的情况下完成控制设置的更改，例如，无需更换压缩机制冷箱等主要资产。

表1.典型超市中的灵活性的结果和估计

灵活性服务可以有多种变体，具体取决于电力供应商的需求，见图4。当电网频率下降到某个临界值以下时，将应用短期响应，并且压缩机需要在5到10秒内关闭。可以通过智能能源存储利用或特定的定制除霜计划来获得较长时间和定期计划的消耗调整，例如在高峰时段。 如果管理得当，超级市场可以在20分钟左右的时间内将其正常应用的制冷能力提高60-80％，最重要的是，它可以根据特定的电网要求做出快速反应。图4-1显示了实际执行的反应时间可能在几秒钟到几分钟之内。较长的事件持续时间提供较小的容量，因为热容量是恒定的。从公用事业方面来看，灵活性的数量通常在MW范围内变得很有趣，因此必须对商店进行汇总，从而使超级市场连锁店非常适合管理这种汇总。通常，数百家商店可以提供有吸引力的运营能力。应该注意的是，灵活性并不总是降低负载的问题。电网的平衡问题也源于电力生产过剩，例如，在需求低迷的夜晚，风电场可能会产生大量电力。减少风电场是另一个问题，可以通过增加需求来缓解。 

图4超市灵活性机会

结合加热和冷却

冷却过程像热泵一样产生热量，但是传统上这种热量没有被使用过，因此会释放到周围环境中。如今，能源效率利益相关者正在就如何以及为什么这种浪费会发生以及在大多数批次中仍在发生的问题提出疑问。尽管可以肯定地回答这个问题很有趣–我们还是想扭转它，并务实地考虑未来减轻这种浪费的潜力。在这种情况下，CO 2制冷系统的发展似乎使热回收的商业案例非常有吸引力。

图5.具有热回收和区域供热（DH）连接的CO 2制冷系统的概念（简化）

可以相对容易地对系统进行改造以进行热回收，当然，需要注意特定的存储条件。但是，全面探索的好处很诱人，因此新商店应始终考虑最大限度地利用这一机会。图5显示了本文稍后将提及的热回收概念的简化轮廓。应用了两个加热回路以吸收尽可能多的热量。高温回路为仓库提供热水，并可能还为热量输出提供外部连接。第二加热回路用于商店中的低温空间加热。

CO2作为制冷剂

从2015年1月起，新的欧盟F气法规开始生效，从2019年起，全球将逐步淘汰HFC。但是，在2000年已经逐步淘汰HFC的政治压力促使丹麦等行业开始寻找替代制冷剂。具体地说，对于超市而言，这意味着从具有高全球变暖潜能值（GWP）的制冷剂到具有低全球升温潜能值的物质（如CO 2）发生了巨大变化。一旦引入市场，该系统的能效在2000年代就不断提高，但没有考虑热能回收–但是，一旦制冷COP与传统系统相提并论[4]，热能回收机会就开始得到调查，并很快出现。由于在相对较高的温度下CO 2的能量含量高，因此非常有吸引力。

热回收案例

为了量化在区域供热（DH）环境中结合加热和制冷的收益，选择并监控了一家试点商店。1100平方米的仓库位于丹麦南部，以前曾用作内部热量回收的案例研究[2]。从图6的研究得出的结论是，商店的热量回收消除了以前使用天然气加热的需要，回收的热量使总能源成本降低了28％，而CO 2排放量减少了约34％。另请参见图6。

图6超级市场案例的能源成本和CO 2排放

图7根据数据表[5]计算的超级市场中的平均负荷曲线

传统上，超级市场的​​设计考虑到高温和高湿度或更极端的极端夏季条件下的高制冷负荷         k = 1 Q c = K × ∑ Qc，k（1）n    

其中Q ç是整个系统和Q的冷却能力Ç，K在商店中的单个显示器的情况。K是一个安全系数，通常可以取为1.10 – 1.15。展示柜的制冷量与测试条件有关，意味着温度为25°C，湿度为60％（EU）。但是，由于季节性和每日变化或商店可能通风和装有空调的事实，名义容量很少被充分利用。

在丹麦一家典型但规模较小的超市中进行的一项彻底工作[5]揭示了名义产能的利用。值得注意的是，即使平均使用平均产能利用率也只有32％，请参见图7。在封闭的存储条件下，即室内温度较低和封闭的展示柜，容量利用率甚至可能下降到20％。冬季条件可能会产生更低的数字。总结 平均可能不会使用压缩机安装容量的65％-70％，这为寻找利用这些资产提供额外供暖和/或制冷服务的机会提供了巨大的机会。

用于热和/或冷输出的系统设置

一旦连接到热电网，超级市场将面临除传统热量回收之外的潜在新机遇。唯一且必要的条件是让客户使用该服务并能够确保良好的业务案例。加热系统的独特轮廓取决于要满足的加热需求。主要有两种不同的方法：

• 升高回流管的温度
• 将低温回水升级到出水管线温度。

选择哪种类型的解决方案取决于热网或DH操作员可以达到并接受的特定值。在设计系统时，还需要考虑一定程度的实用主义。轻松强大地适应现有系统

图8外部热电网到区域冷却（DC）和（DH）的主要轮廓。虚线是制冷剂管，实线是水管

而投资回报率是控制参数，而新商店更容易使用“从书中”优化的概念。

维修人员几乎被划分为各自的技术领域，并且不能低估合并冷却和加热系统的影响。谁拥有主要控制权，以及这如何影响“新”连接系统。为了克服这些潜在的陷阱，建议使用标准设置。

在集成智能能源系统中优化运行条件

根据定义，热量回收是基于存储中冷却装置中获得的能量，并且可以被视为“免费”额外能量。并行地，由于需要热量，传统的热泵处理是“合规”。但是，利用额外的压缩机容量进行制热和销售是一个交易机会，这种机会在整个24小时内都是动态的。因此，需要对何时以及如何操作额外容量以获得有吸引力的成本平衡进行自动评估。

假设一家超市平均以100 kW的制冷功率运行（占总容量的35％），而压缩机的电力消耗为40 kW，则进一步估算了成本，请参见图9。基准（系数100）。节省第一和第二个成本是由于应用了内部热量回收的结果，该热量仅用于存储，并且消除了气体加热系统。第三笔储蓄包括在正常负载条件下根据能量的剩余量向区域供热系统出售热量所获得的收入。

第四个节省被指定为进一步利用未用于制冷的可用压缩机容量。假设在25％的时间内，由于风能产量高，电价具有吸引力，并且供暖系数COP为1.5。节省的费用可能更高，但取决于当地条件。最后，第五个成本降低是基于向电网运营商出售灵活性（DSF）的收益。DSF旨在通过在高峰时段减少除霜和负荷来优化用电时间，以使电费最低。不平衡服务与快速减少负载有关，以帮助保持电网频率，如前所述。DSF服务还与热泵处理的扩展可能性有关。一年中，可再生能源的产量很多次超过了计划的数量，需要引入负荷。间接地，这已经考虑到第四次节能中的低电价，但是额外的快速和无计划的增加可能是对未来的激励。 

图9集成智能能源系统中累积的成本削减

可以通过计算节省的气体消耗中的二氧化碳含量来估算相关的二氧化碳排放量减少量（见图10），对于DH出口部分（第五列），可以计算出电力和热量生产之间的二氧化碳差异。DSF部分（第六列）被认为具有零的CO 2排放影响，因为它只是移动的能量消耗。但是，由于使用更多的风能时，由于基于CO 2排放的能源混合较少，因此可以节省电力供应方面的排放。 

图10。累计减少二氧化碳排放量

结论

传统的超市制冷系统可以通过一种全新的完整系统方法，将智能能源系统的可再生能源优势与环保制冷剂相结合，以最佳地使用灵活启用的电气和热网络。这种新的完整系统方法可以利用这些好处来确保积极的业务前景。

超级市场的​​实际负载条件是负载利用率低。这种低负荷使用可用于额外的热泵运行，从而使超级市场能够成为分散式供热商。

CO 2是非常适合用于加热和冷却集成的制冷剂，因为它在现有的组分基质中具有优异的加热和冷却性能。

超市可以通过在可变电价的情况下充分利用压缩机的能力来获得可观的累积成本和排放节省。累计节省40％。如果将节能的全部潜力考虑在内，则累计的CO2节省量可在60％至70％之间。如果可以结合使用区域制冷和区域供热，则可以进一步节省成本。

能源系统集成的具体设置将取决于当地条件和机遇。在每种情况下都需要开发一个详尽的业务案例。为了增加成功的确定性，强调了特定的解决方案准则以开发热回收潜力。

来源：danfoss  编译 陈讲运