電網(wǎng)企業(yè)建筑節(jié)電方法及其潛力分析

馮天瑞，黃瑞藝，石怡理，楊家豪，歐陽森

（華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣州 510640）

電網(wǎng)企業(yè)建筑節(jié)電方法及其潛力分析

馮天瑞，黃瑞藝，石怡理，楊家豪，歐陽森

（華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣州 510640）

對電網(wǎng)企業(yè)建筑電耗現(xiàn)狀進行調(diào)研。詳細分析電網(wǎng)企業(yè)建筑的主要類型及能耗分項計量情況，對在建筑電耗中占比最大的照明設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)建立節(jié)電潛力評估模型，從節(jié)能設(shè)備和管理手段2個方面有針對性地提出節(jié)電改造建議，并以某大型供電局辦公大樓、某通信大樓和某220 kV變電站等3個建筑為例進行深入分析，展示節(jié)電改造效果，最后對南方電網(wǎng)整體建筑節(jié)電潛力進行了概算。

電網(wǎng)企業(yè)；建筑能耗；建筑節(jié)電；潛力分析

節(jié)能減排是我國當前的國策之一，而建筑能耗約占全國能源消費總量的30%[1]，是節(jié)能減排工作重點之一[2]。電網(wǎng)企業(yè)自身的能耗主要包括網(wǎng)損和建筑能耗等，目前對電網(wǎng)企業(yè)降耗的研究多集中于降低網(wǎng)損，對電網(wǎng)企業(yè)建筑能耗涉及甚少[3]。因此，有必要對電網(wǎng)企業(yè)建筑能耗開展專項研究[4]。

電網(wǎng)企業(yè)的建筑能耗問題集中體現(xiàn)在電能的消耗上，其中，照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)又在建筑耗電量中占了最大的比例。因此，本文以照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)為重點，對電網(wǎng)企業(yè)建筑節(jié)電潛力展開全面分析，從節(jié)能設(shè)備、管理手段2個方面提出節(jié)電改造建議，并結(jié)合實例說明節(jié)電改造效果，最后進行南方電網(wǎng)整體建筑節(jié)電的潛力概算。

1 電網(wǎng)企業(yè)建筑節(jié)電概述

電網(wǎng)公司的建筑主要包括辦公大樓、營業(yè)廳和變電站。本文將辦公大樓、營業(yè)廳和變電站的節(jié)電稱為建筑節(jié)電。分項計量是指對建筑的不同用電系統(tǒng)進行分類、分項能耗計量，并利用計算機系統(tǒng)對其進行數(shù)據(jù)處理匯總，從而得到建筑物的總能源消耗量和不同能耗種類、不同功能系統(tǒng)分項消耗量。只有落實能耗分項計量工作，才能明確建筑物內(nèi)部各種負荷比例及耗能情況，才能有針對性地開展節(jié)能改造。

電網(wǎng)企業(yè)辦公大樓、營業(yè)廳和變電站中的主要負荷如表1所示。

本文以南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈、南方電網(wǎng)某通信大樓和南方電網(wǎng)某220 kV變電站為例，說明電網(wǎng)企業(yè)建筑中用電負荷的特點。

表1 電網(wǎng)企業(yè)建筑主要負荷統(tǒng)計表

（1）某大型供電局供電大廈用電情況

南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈是集辦公、會議、數(shù)據(jù)機房等為一體的綜合性大樓，總建筑面積53 254 m2，常駐辦公人數(shù)約600人。該大廈2010年耗電1 067萬kWh。年能效指標為200.45 kWh/m2。表2為該供電大廈電力消耗情況。

表2 南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈2010年分項電力消耗統(tǒng)計表

（2）某通信大樓用電情況

南方電網(wǎng)某通信大樓是集辦公、會議、計算機房等為一體的綜合性大樓，總建筑面積40 517 m2，經(jīng)常性辦公人員615人。該大樓作為調(diào)度通信指揮中心，有大量24 h連續(xù)運行的數(shù)據(jù)通信機房設(shè)備電耗及其專用恒溫恒濕空調(diào)電耗。其2010年總電耗986.50萬kWh。年能效指標為243.48 kWh/m2。表3為該供電大樓電力消耗情況。

表3 南方電網(wǎng)某通信大樓2010年分項電力消耗統(tǒng)計表

（3）某220 kV變電站用電情況

南方電網(wǎng)某220 kV變電站為全戶外式變電站。該變電站的站內(nèi)占地面積為36 441 m2，辦公綜合樓面積為500 m2，110 kV變電場占地8 900 m2，220 kV變電場占地14 670 m2，其余為工具房、保安門崗、道路及綠化面積。變電站白天工作人員約6—9個。該變電站2010年耗電量約為115萬kWh。該變電站主要負荷情況如表4所示。

表4 南方電網(wǎng)某220 kV變電站分項電力消耗統(tǒng)計表

綜上，照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)的耗電量占某大型供電局供電大廈總耗電量的90.52%，占某通信大樓的59.93%，占某220 kV變電站96%。由以上數(shù)據(jù)可知，從節(jié)電設(shè)備的角度來看，電網(wǎng)企業(yè)建筑節(jié)電潛力分析的重點應(yīng)主要集中在照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)。

2 建筑節(jié)電措施研究

本文從節(jié)能設(shè)備、管理手段2個角度分析建筑節(jié)電方法及其潛力。

2.1 基于節(jié)能設(shè)備的建筑節(jié)電

鑒于電網(wǎng)企業(yè)建筑能耗中照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)占了絕大多數(shù)，故本文討論的節(jié)能設(shè)備主要包括節(jié)能照明設(shè)備和節(jié)能空調(diào)[5]。

2.1.1 節(jié)能照明設(shè)備

目前電網(wǎng)企業(yè)主要采用的傳統(tǒng)照明設(shè)備包括：白熾燈、熒光燈、汞蒸氣燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈等，其中T8熒光燈占了絕大多數(shù)。T8燈管存在能耗高、發(fā)熱量大、功率因數(shù)低等缺點，而T5節(jié)能燈管與之相比不僅節(jié)電率明顯，光效更比T8直管熒光燈高出20%。若按照替換前后熒光燈管輸出的光通量相近原則，用28 W的T5熒光燈管代替36 W的T8熒光燈管，節(jié)電率為（36 W-28 W）/36 W=22.2%。而LED的發(fā)光效率是傳統(tǒng)照明設(shè)備的1倍，光衰是傳統(tǒng)照明設(shè)備的1/5，若使用LED替代傳統(tǒng)T8熒光燈管，同時與整流器相配合，可節(jié)電49.5%以上[6—7]。

2.1.2 節(jié)能空調(diào)

結(jié)合電網(wǎng)公司使用空調(diào)的場所和特點，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的主要途徑有2種，下面分別展開分析。

（1）提倡使用中央空調(diào)

2011年南方電網(wǎng)某大型供電局對其供電大廈的中央空調(diào)系統(tǒng)部分設(shè)施進行了變頻改造，其節(jié)電效果如表5所示。

表5 南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈中央空調(diào)變頻改造節(jié)能效果

由表5可見，現(xiàn)有普通中央空調(diào)系統(tǒng)進行變頻節(jié)能改造后，節(jié)電率約為30%。同時考慮目前市場上主流空調(diào)廠商變頻空調(diào)系統(tǒng)整體節(jié)電率在20%～40%，故本文中取中央變頻空調(diào)的節(jié)電率為30%進行計算。

綜上，在辦公樓、營業(yè)廳及變電站應(yīng)盡量使用中央空調(diào)并對其進行變頻節(jié)能改造，較單元式空調(diào)節(jié)電效果明顯。

（2）分體式空調(diào)采用變頻空調(diào)

分體式空調(diào)因其單臺功率小的特點，更適合用于變電站、分散的小型辦公和工作場所，以及建筑的局部場所。變頻空調(diào)通過壓縮機變頻調(diào)速技術(shù)減少電能損失。目前，市場上主流空調(diào)廠商的變頻空調(diào)產(chǎn)品相比于普通空調(diào)的節(jié)電率均在20%～40%，故本文取節(jié)電率為30%進行計算。

2.2 基于管理手段的建筑節(jié)電

電網(wǎng)企業(yè)建筑能耗管理可從完善組織機構(gòu)與職責分工、完善能耗統(tǒng)計體系、線損“四分”管理和建立三級計量監(jiān)測體系四方面著手。前3方面的工作，見參考文獻[8]—文獻[11]，本文主要針對建立三級計量監(jiān)測體系展開討論。

實行建筑能耗分級計量管理是建筑節(jié)電的一項基本措施。目前在歐美已有非常成熟的技術(shù)。據(jù)國外資料顯示：實行集中能耗計量管理后，其節(jié)能率可達5%～10%。依照有關(guān)規(guī)定，應(yīng)在公司內(nèi)部組建節(jié)能減排工作領(lǐng)導(dǎo)小組，各歸口部門設(shè)立計量工作管理機構(gòu)和專（兼）職計量管理人員，負責企業(yè)能耗的管理。依次逐步在公司內(nèi)建立相應(yīng)的三級能耗計量監(jiān)測體系。通過調(diào)研分析，本文提出的具體設(shè)置如下：

（1）辦公大樓的三級計量設(shè)置

在辦公大樓建立計量監(jiān)督機構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以“大樓、部門、重點耗能設(shè)備”形成三級計量監(jiān)督網(wǎng)。其中：一級計量是指以整個辦公大樓為核算單位進行管理的計量點；二級計量是指以部門為核算單位進行管理的計量點；三級計量是指以重點耗能設(shè)備為核算單位進行管理的計量點，重點耗能設(shè)備主要是指空調(diào)系統(tǒng)、照明設(shè)備和電梯。

（2）變電站的三級計量設(shè)置

在變電站建立計量監(jiān)督機構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以“變電站、功能室、重點耗能設(shè)備”形成三級計量監(jiān)督網(wǎng)。分別為：①變電站站用電總表，以及變電站子項總表，包括：照明設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)、其他等3類；②變電站功能室總表，包括辦公室、繼保室等；③變電站重點耗能設(shè)備計量表。

3 實例分析

3.1 南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈節(jié)電改造方案

（1）照明設(shè)備改造

該大廈照明設(shè)備多為T8熒光燈（12 311支），其他各類燈只占少數(shù)。2010年該大廈年用電量1 067.49萬kWh，其中照明設(shè)備用電量占9.32%（99.49萬kWh）。對該供電大廈進的進行照明設(shè)備節(jié)能改造，改造方案為：①高潛力方案。全部照明設(shè)備更換為LED，節(jié)電率為69.58%；②中潛力方案。全部T8熒光燈管和鹵素燈更換為LED，節(jié)電率為61.19%；③低潛力方案。全部T8熒光燈管更換為LED，節(jié)電率為59.19%。

（2）空調(diào)系統(tǒng)改造

南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈2010年耗電量為1 067.49萬kWh，其中空調(diào)用電量占81.2%，即866.80萬kWh。按照上文所述，取空調(diào)系統(tǒng)改造綜合節(jié)電率為30%。

（3）改造效果

對南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈的照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)按照上述改造方案進行改造后，年節(jié)電效果如表6所示。

由以上分析可知，南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈進行照明設(shè)備改造和空調(diào)系統(tǒng)改造后，節(jié)電效果可觀，每年最多可節(jié)電317.02萬kWh。

3.2 南方電網(wǎng)某220 kV變電站節(jié)電改造方案

（1）照明設(shè)備改造

如前所述，該變電站改造前照明設(shè)備年耗電量為20.72萬kWh。照明設(shè)備改造方案為：①高潛力方案。將變電站全部照明設(shè)備更換為LED照明設(shè)備，節(jié)電率為53.24%；②低潛力方案。將該變電站日照明時間超過10 h的照明設(shè)備全更換為LED照明設(shè)備，節(jié)電率為50.25%。

（2）空調(diào)系統(tǒng)改造

該變電站共配置了5種功率、共61臺各類型空調(diào)，空調(diào)功率合計為202 kW。本改造方案主要考慮將空調(diào)更換為變頻節(jié)能空調(diào)。更換后的節(jié)能計算原則為：對于1.5～5匹（1.2～4 kW）空調(diào)，按辦公室及宿舍區(qū)域每天使用10 h，主設(shè)備室區(qū)域每天使用18 h計算，更換變頻空調(diào)后節(jié)能率為30%。辦公室及宿舍區(qū)域每年使用天數(shù)為200天，主設(shè)備室區(qū)域每年使用天數(shù)365天。

表6 南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈節(jié)能改造效果

對該變電站空調(diào)系統(tǒng)的改造分為以下2種方案：①高潛力方案。將所有空調(diào)更換為變頻空調(diào)，節(jié)電率為35.44%；②低潛力方案。僅更換主設(shè)備室的空調(diào)，節(jié)電率為32.46%。

（3）改造效果

對南方電網(wǎng)某大型供電局供電大廈的照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)按照上述改造方案進行改造后，年節(jié)電效果如表7所示。

由以上分析可知，對該變電站進行照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造后，每年節(jié)電量最大值為44.47萬kWh。

4 南方電網(wǎng)建筑節(jié)電潛力概算

由于各地市節(jié)能減排潛力受到其經(jīng)濟發(fā)展水平、能源消費總量以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面的制約，存在較大的不確定性，難以精確分析并預(yù)測。故本文采取多種概算原則，以對南方電網(wǎng)所轄地區(qū)的建筑節(jié)電潛力進行分析概算。具體概算原則如表8所示。

表7 南方電網(wǎng)某220 kV變電站節(jié)能改造效果

由以上數(shù)據(jù)和概算原則，可得到南方電網(wǎng)一年通過建筑節(jié)電減少的電能消耗，具體數(shù)據(jù)如表9所示。

表8 南方電網(wǎng)建筑節(jié)電概算原則

表9 南方電網(wǎng)建筑節(jié)電潛力概算

由表9可知，進行針對照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)的建筑節(jié)電改造后，南方電網(wǎng)公司在高潛力方案下，每年可節(jié)電8.21億kWh，折合標準煤10.09萬t；在低潛力方案下每年可節(jié)電7.62萬kWh，折合標準煤9.36萬t。可見，電網(wǎng)企業(yè)進行建筑節(jié)電，有巨大的潛力。

5 結(jié)束語

將建筑節(jié)電作為電網(wǎng)企業(yè)節(jié)能減排的重點已勢在必行，建筑節(jié)電也是電網(wǎng)企業(yè)存在巨大節(jié)能潛力的地方。本文通過分析電網(wǎng)企業(yè)建筑電耗的現(xiàn)狀，論證了電網(wǎng)企業(yè)開展建筑節(jié)電工作的必要性，并針對在電網(wǎng)企業(yè)電耗中占比最大的照明設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)，有針對性地提出節(jié)能改造建議。通過實例分析，驗證了本文所提改造建議的正確性與可行性。最后通過對南方電網(wǎng)節(jié)電潛力的概算，展示了電網(wǎng)企業(yè)進行建筑節(jié)電改造的巨大潛力。

：

[1]華虹,陳孚江.國外建筑節(jié)能與節(jié)能技術(shù)新發(fā)展[J].華中科技大學(xué)學(xué)報：城市科學(xué)版,2006,23(1)：148-152.

[2]于來福.節(jié)能減排：供電企業(yè)的重大責任[J].電力需求側(cè)管理,2008,10(2)：39-39.

[3]梁境,武涌,金振星.大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系技術(shù)實現(xiàn)路線研究[J].暖通空調(diào),2007.37(8)：13-18.

[4]丁宇.省級電網(wǎng)公司促進用戶側(cè)節(jié)能減排的思路分析[J].電力需求側(cè)管理,2011,13(3)：10-14.

[5]Guan Xiaohong,Xu Zhanbo,Jia Qingshan.Energy?Efficient Buildings Facilitated by Microgrid[J].IEEE Trans on Smart Grid,2010,1(3)：243-252.

[6]劉艾,廖曉惠.LED燈具——未來節(jié)能燈具的發(fā)展方向[J].能源研究與管理,2009(1)：64-67.

[7]Alonso J M,Vina J,Vaquero D G,et al.Analysis and Design of the Integrated Double Buck?Boost Converter as a High?Power?Factor Driver for Power?LED Lamps[J].IEEE Transon Industrial Electronics.2012,59(4)：1 689-1 697.

[8]唐桂忠,張廣明.公共建筑能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].建筑科學(xué),2009.25(10)：27-30.

[9]楊秀,魏慶芃,江億.建筑能耗統(tǒng)計方法探討[J].建筑節(jié)能,2007,35(1)：7-10.

[10]南方電網(wǎng)綜合能源有限公司.廣州供電局供電大廈初步建筑能耗調(diào)查報告及改造建議[R].廣州：南方電網(wǎng)綜合能源有限公司,2009.

[11]張焱,高賜威,王磊.華東電力節(jié)能減排監(jiān)管現(xiàn)狀及措施分析[J].電力需求側(cè)管理,2010,12(4)：5-10.

[12]廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.廣東省建筑節(jié)能“十二五”規(guī)劃[R].廣州：廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳,2011.

[13]中國南方電網(wǎng)有限責任公司.電網(wǎng)企業(yè)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能減排潛力研究[R].廣州：南方電網(wǎng)綜合能源有限公司,2005.

Building power?saving method of power grid enterprises and its potential analysis

FENG Tian?rui,HUANG Rui?yi,SHI Yi?li,YANG Jia?hao,OUYANG Sen
（South China University of Technology,Guangzhou 510640,China）

Building power consumptionis are analysed in de?tail by sorting the building type and expatiating the subentrymeasure?ment of power grid enterprises.The models of lighting equipment and airconditioning system are built because they account for the largest proportion of building power consumption.Then the power?saving countermeasures are discussed by proposing the power?saving rec?ommendations based on energy equipment and management tools.The power saving effect is showed by taking an office building of a large power supply bureau，a communication building and a 220 kV substation as examples.In the end of this paper,the budgetary esti?mateand countermeasureis madefor the overall building power?sav?ing potential of CSG.

power grid enterprises;building power?saving;potential analysis;energy consumption

TU111.195；F407.61

B

1009-1831（2013）05-0027-05

2013-05-16；修回日期：2013-08-26

國家自然科學(xué)基金重點資助項目（50937001）;中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目（012ZM0018）

馮天瑞（1989），男，湖北襄樊人，碩士研究生，主要從事電能質(zhì)量分析與控制方向的研究。