“清潔替代+電能替代”的綠色供電所建設(shè)

王 慶，王 峰，馬 研

（國網(wǎng)江蘇節(jié)能服務(wù)有限公司，南京 210019）

“清潔替代+電能替代”的綠色供電所建設(shè)

王 慶，王 峰，馬 研

（國網(wǎng)江蘇節(jié)能服務(wù)有限公司，南京 210019）

近年來我國各地頻繁發(fā)生嚴(yán)重霧霾，引起全社會對環(huán)保問題的高度關(guān)注，也引起了對我國能源發(fā)展方式的深刻反思。構(gòu)建“清潔替代+電能替代”的能源發(fā)展方式是解決上述問題行之有效的方法。通過在供電所實施光伏電站、綠色照明、蓄熱式電鍋爐、廚房電器化改造，建立“清潔替代+電能替代”示范點，以此擴(kuò)大“清潔替代+電能替代”的社會影響力。

清潔替代；電能替代；供電所；能源

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增加，一次能源（煤炭、石油、天然氣等）在終端能源消費占比高，導(dǎo)致近年來我國大部分地區(qū)頻繁發(fā)生嚴(yán)重霧霾天氣。面對日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，國務(wù)院印發(fā)《大氣污染防治行動計劃》，提出到2017年，全國PM10濃度普降10%，京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域的PM2.5濃度分別下降25%、20%和15%左右的目標(biāo)。因此，創(chuàng)新能源消費理念，構(gòu)建與能源發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和能源戰(zhàn)略相適應(yīng)的綠色能源消費模式，成為目前面臨的重大課題。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)是能源發(fā)展的方向和未來，作為其基石和前提，“清潔替代”和“電能替代”是實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是從根本上解決能源環(huán)境和氣候變化等問題的方式。所謂“兩個替代”，是指在能源開發(fā)上實施清潔替代，以可再生的太陽能、風(fēng)能等清潔能源替代化石能源，形成清潔能源為主導(dǎo)的新格局；在能源消費上實施電能替代，以電代煤、石油等化石能源直接消費。因此，加強(qiáng)“清潔替代+電能替代”意識的推廣，讓全社會對此能有感性的認(rèn)識，是實現(xiàn)上述問題的基礎(chǔ)。

本文對淮安市金湖縣塔集鎮(zhèn)供電所的用能現(xiàn)狀進(jìn)行全面梳理，通過在供電所建設(shè)分布式光伏電站、建設(shè)蓄熱式電鍋爐、實施綠色照明改造、實施廚房電器化改造等，從供電所的實際應(yīng)用層面建立起一個“清潔替代+電能替代”的示范點，實現(xiàn)“清潔替代+電能替代”在供電所這個用戶窗口的現(xiàn)場展示，以期擴(kuò)大“清潔替代+電能替代”的社會影響力。

1 供電所用能系統(tǒng)分析

供電所用能系統(tǒng)根據(jù)用途不同主要分為供能系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、生活用能系統(tǒng)等。

1.1 供能系統(tǒng)現(xiàn)狀

供電所現(xiàn)有約270 m2屋頂，并沒有對此進(jìn)行有效利用，而且整個建筑為磚混框架，周邊無遮擋，建筑主體朝向佳，太陽能開發(fā)利用資源較好，滿足建設(shè)光伏電站的要求，在這種情況下可通過建設(shè)屋頂光伏電站實現(xiàn)分布式供能。

1.2 照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

供電所營業(yè)廳使用的是傳統(tǒng)的U型節(jié)能燈管筒燈；業(yè)務(wù)窗口及機(jī)房表單庫使用的是傳統(tǒng)的3管格柵燈；辦公室、員工宿舍、員工活動中心使用的是傳統(tǒng)的熒光燈管；以上這些燈具存在能耗較高、效率低下、散熱差、長時間使用頻閃較高、不環(huán)保等問題。

1.3 生活用能系統(tǒng)

（1）供電所廚房使用的能源是瓶裝液化氣，在日常的使用過程中存在突然斷氣的問題，而且具有能源成本高、熱效率低下、不環(huán)保、液化氣泄漏等問題。

（2）供電所屋頂裝有一臺太陽能熱水器，用來供員工洗浴，但是經(jīng)過現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)太陽能熱水器使用年限較長，導(dǎo)致太陽能制熱效果下降；且淮安屬于亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候，四季分明，據(jù)統(tǒng)計全年降水日數(shù)在110天左右，最長降水日數(shù)10天左右，所以雨水天氣較多是影響太陽能熱水器有效利用的主要因素。

2 技術(shù)介紹

2.1 供能系統(tǒng)—屋頂光伏電站建設(shè)

在供電所屋頂建設(shè)一套太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)（如圖1），通過自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的方式補(bǔ)充供電所的能源供應(yīng)。

圖1 光伏整體示意圖

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、逆變器、支架、直交流接線箱及計量等相關(guān)附件構(gòu)成。其工作原理是太陽能電池方陣在光照的條件下產(chǎn)生直流電，直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電后并入低壓電網(wǎng)。

太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價格最高的部分。其作用是將太陽的光能轉(zhuǎn)換為電能；

并網(wǎng)逆變器：太陽能系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部件，其作用是通過并網(wǎng)孤島保護(hù)、最大功率跟蹤等功能將直流電逆變成我們生活用電；

其它附件，主要包括控制檢測系統(tǒng)、防雷接地保護(hù)、電纜及支架等。

2.2 照明系統(tǒng)—LED照明+營業(yè)廳智能控制

針對供電所實際情況，將原有的普通燈具替換成LED燈具，同時在營業(yè)廳建設(shè)一套辦公照明智能控制系統(tǒng)，包括智能調(diào)光、智能插座、微波雷達(dá)感應(yīng)、自適應(yīng)光照度等模塊。

智能調(diào)光模塊工作原理：用戶在觸控面板上選擇照明模式，觸控面板發(fā)送指令給智能調(diào)光器，智能調(diào)光器接受指令后并將其轉(zhuǎn)換成0～10 V的電壓信號輸出給驅(qū)動電源，由驅(qū)動電源根據(jù)收到的電壓信號來控制LED燈的亮度。

智能插座工作原理：用戶在觸控面板上選擇模式，觸控面板發(fā)送（開/關(guān)）指令給智能插座，智能插座根據(jù)收到的指令控制市電220 V（導(dǎo)通/斷開），控制大功率電器是否工作。

微波雷達(dá)感應(yīng)模塊原理：墻體開關(guān)開通以后，微波雷達(dá)感應(yīng)器會自動檢測是否有人通過。有人通過時感應(yīng)器導(dǎo)通，市電220 V向驅(qū)動電源供電，燈亮。反之，燈滅。

自適應(yīng)光照度感應(yīng)器原理：自適應(yīng)光照度感應(yīng)器將檢測到的光照度轉(zhuǎn)換為0～10 V的電壓信號輸出。當(dāng)外界的光照度發(fā)生變化，光照感應(yīng)器通過改變輸出的0～10 V電壓信號，使LED驅(qū)動電源改變輸出的電壓電流。從而改變LED燈的亮度。當(dāng)外界光照度大于設(shè)定值時，光照感應(yīng)器輸出0 V電壓信號，LED燈熄滅。

2.3 用能系統(tǒng)—蓄熱式電鍋爐建設(shè)+電器化改造

（1）在供電所內(nèi)建設(shè)一套蓄熱式電鍋爐系統(tǒng)來滿足員工生活用水需求（如圖2）。蓄熱式電鍋爐應(yīng)用電磁感應(yīng)加熱原理，充分利用夜間低谷電蓄熱功能，夜間將蓄熱水箱內(nèi)的水加熱到60℃，白天用恒壓水泵輸送至食堂及淋浴管網(wǎng)以供使用。這種用電方式充分利用了夜間的低谷電，實現(xiàn)“削峰填谷”。

圖2 蓄熱式電鍋爐運行圖

（2）針對供電所廚房用能情況，采用電炊具替代原有的液化氣炊具，實現(xiàn)廚房清潔能源的使用。

電炊具原理：電炊具是一種利用交變磁場直接作用在鍋底并引起鍋底的快速升溫來對食物進(jìn)行加熱的炊具，其升溫時間長短與線圈和機(jī)芯大小相關(guān)，在整個過程中不需要空氣等傳熱介質(zhì)，沒有高溫?zé)煔馀欧牛虼藷崃繐p失極少，可有效降低能源消耗量及其成本。電磁爐加熱圖如圖3所示。

圖3 電磁爐加熱圖

3 改造效果評估

3.1 屋頂光伏系統(tǒng)運行效果

利用供電所屋頂建設(shè)容量為12 kW的光伏系統(tǒng)，整個光伏電站采用380 V低壓并網(wǎng)方式與電網(wǎng)連接，裝機(jī)量如表1所示。金湖地區(qū)年平均輻射量為5 098 MJ/m2，相當(dāng)于1 416 kWh/m2，光伏系統(tǒng)整體效率為0.8。

表1 供電所屋頂光伏系統(tǒng)裝機(jī)量

光伏系統(tǒng)發(fā)電量公式如下

式中：Q1為系統(tǒng)發(fā)電量；N為當(dāng)年天數(shù)，按照365天計算；P為光伏系統(tǒng)容量；H為日平均太陽輻射量；η為整體效率。

表2為光伏電站年發(fā)電量與減排效果。

表2 光伏電站年發(fā)電量與減排效果

此外還可節(jié)約用水，減少相應(yīng)的廢水和溫排水等對水環(huán)境的污染。由上可見，光伏系統(tǒng)在實際運行中有明顯的節(jié)能減排、改善環(huán)境的效果。

3.2 照明系統(tǒng)改造效果

針對供電所原有的高耗能燈具，利用綠色照明技術(shù)對原有燈具進(jìn)行改造，配套建設(shè)一套辦公照明控制系統(tǒng)。改造內(nèi)容包括以下幾個方面：

（1）供電所大廳及營業(yè)窗口做智能照明控制替換；

（2）樓梯及走道區(qū)域照明用自動微波感應(yīng)式吸頂燈具進(jìn)行替換，做到人來亮燈人走燈滅的效果；

（3）營業(yè)廳20盞筒燈，分為中間區(qū)域8盞一個回路，四周12盞一個回路，對兩路燈具分別做開關(guān)、調(diào)光控制；

（4）營業(yè)窗口的4個面板燈分別做4個單路控制，分別做開關(guān)、調(diào)光控制；

（5）空調(diào)機(jī)飲水機(jī)插座更換智能插座，一并納入控制系統(tǒng)。

（6）其它辦公、宿舍、活動室等區(qū)域做燈具節(jié)能替換。表3、表4分別為改造前后照明情況。

表3 改造前照明情況

式中：Q2為年節(jié)約電量；W1為改造前照明系統(tǒng)總功率；W2為改造后照明系統(tǒng)總功率；W3為營業(yè)廳智能控制節(jié)約功率；n為年利用小時數(shù)（經(jīng)統(tǒng)計，供電所年亮燈約2 920 h）。

表5為照明系統(tǒng)年節(jié)約電量與減排效果。

照明系統(tǒng)節(jié)電量計算公式如下

表5 照明系統(tǒng)年節(jié)約電量與減排效果

3.3 蓄熱式電鍋爐建設(shè)

在供電所內(nèi)建設(shè)一套50 kW、容量1.5 t的蓄熱式電鍋爐，整個蓄熱系統(tǒng)采用PLC自動控制，可實現(xiàn)無人值守。

供電所自來水年均水溫為15℃，需要熱水溫度60℃，則需要熱量為

式中：Q3為熱量；C為比熱容；m為質(zhì)量；Δt為溫度差值。

通過計算可得需要熱量283.5 MJ，等同于需要電量78.75 kWh，年需用電量28 743 kWh。

從火電的角度分析，使用高品位電能直接轉(zhuǎn)換成低品位熱能,浪費很大。然而火電不會因為用電負(fù)荷的變化隨意啟停，谷電得不到使用等同于電能的直接浪費，因此利用谷電本身就是節(jié)能。表6為蓄熱式電鍋爐年利用谷電與減排效果。

表6 蓄熱式電鍋爐年利用谷電與減排效果

3.4 廚房電氣化改造

在供電所廚房添置一臺總功率35 kW的小炒（15 kW）+大鍋組合灶（20 kW），以此來替代廚房原有的液化氣雙頭炒灶，達(dá)到廚房安全可靠、低碳環(huán)保、清潔衛(wèi)生的效果。

經(jīng)統(tǒng)計，供電所廚房年用時約180 h，且電磁爐在正常使用拋鍋盛菜時會自動降低功率，負(fù)載率約為75%，則每臺電炊具每年電能替代電量為

式中：Q4為電量；P為電炊具功率；h為年使用時間；ξ為電磁爐負(fù)載率。表7為電炊具電能替代電量與減排效果。

表7 電炊具電能替代電量與減排效果

4 結(jié)束語

塔集綠色供電所試點項目改造成功，其成果將在江蘇全省符合條件的農(nóng)村供電所中推廣應(yīng)用，以此擴(kuò)大光伏發(fā)電、綠色照明、電炊具、蓄熱式電鍋爐等技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)用范圍，促進(jìn)全省綠色、生態(tài)、低碳發(fā)展，爭取取得更大的社會效益。D

［1］ 國家發(fā)展和改革委員會，國家電網(wǎng)公司.電力需求側(cè)管理工作指南［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］ 國家電網(wǎng)公司電力需求側(cè)管理指導(dǎo)中心.電力需求側(cè)管理實用技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2005.

The green power supply office construction based on clean energy alternative and electrical power alternative

WANG Qing，WANG Feng，MA Yan

（State Grid Jiangsu Energy Saving Service Corporation，Nanjing 210019，China）

In recent years atmospheric haze has frequently oc?cured in most area of our country.This phenomenon has attached highly attention on environment problems,also is worthy of deeply rethinking of energy development strategy.For these problems,the most efficient way is to build energy development way called“clean fuelalterna?tive and electrical power replacement".This paper illustrates renovation projects on roof?mounted PV system,green lighting,electrical boil?er system and kitchen electrictrification in power supply office to realize a live demonstration on two alternatives through the public window for the purpose of expanding the influence of two alternatives in society.

clean energy alternative;electrical power alternative;power supply office;energy

10.3969/j.issn.1009-1831.2016.06.008

F407.61；TK018

B

2016-08-08

王慶（1988），男，陜西渭南人，碩士，主要從事電力系統(tǒng)能效分析、電力需求側(cè)管理等方面的研究工作；王峰（1978），男，江蘇南京人，本科，高級工程師，主要從事電力節(jié)能工作；馬研（1983），男，江蘇泰州人，本科，助理工程師，主要從事電力節(jié)能工作。