適用于北京市大型公建的電力需求側(cè)管理

陳曉東+郁燦

[摘 要] 電力需求側(cè)管理是指為提高電力資源利用效率，改進(jìn)用電方式，實(shí)現(xiàn)科學(xué)用電、節(jié)約用電、有序用電所開展的相關(guān)活動(dòng)。本文介紹了適用于大型公建的電力需求側(cè)管理節(jié)電技術(shù)，并針對(duì)綠色照明、電機(jī)變頻和熱泵空調(diào)三種節(jié)電效果顯著的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，有助于大型公建開展節(jié)電改造，提高用電效率。

[關(guān)鍵詞] 電力需求側(cè)管理；節(jié)電；綠色照明；變頻；熱泵

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 17. 048

[中圖分類號(hào)] F270.7；F407.61 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2017）17- 0097- 02

1 電力需求側(cè)管理工作現(xiàn)狀

電力需求側(cè)管理的主要內(nèi)容可概括為以下兩個(gè)方面：一是提高能效、節(jié)約用電量。通過一系列措施鼓勵(lì)用電單位使用高效用電設(shè)備替代低效用電設(shè)備，減少電力用戶的電力消耗需求。二是負(fù)荷管理、減少高峰電力需求。通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)措施激勵(lì)用戶調(diào)整其負(fù)荷曲線形狀，有效地降低電力高峰負(fù)荷需求或增加電力低谷需求。本文主要是對(duì)電力需求側(cè)管理的節(jié)電技術(shù)進(jìn)行分析。

電力需求側(cè)管理于1993年從美國引入我國開始試點(diǎn)，至今已形成一定規(guī)模，國家發(fā)展改革委制定了《電力需求側(cè)管理辦法》、《有序用電管理辦法》等一系列政策文件，并指導(dǎo)全國各省市開展電力需求側(cè)管理宣傳培訓(xùn)、電價(jià)出臺(tái)以及城市綜合試點(diǎn)建設(shè)等各項(xiàng)工作的有序開展。

2 北京市開展電力需求側(cè)管理工作的必要性

北京市夏季的日電力負(fù)荷曲線呈現(xiàn)出明顯的峰谷特性（詳見圖1）。夏季電力負(fù)荷從11：00-17：00都在高峰時(shí)段運(yùn)行，最大電力負(fù)荷一般出現(xiàn)在11：00-14：00左右，但是夜間全市電力負(fù)荷較小，日負(fù)荷峰谷差率最大可達(dá)到50%，大量發(fā)電和供配電設(shè)備在夜間處于閑置狀態(tài)，浪費(fèi)了電力資源。

2015年北京市最大電力負(fù)荷為1 856.6萬千瓦，其中空調(diào)降溫負(fù)荷占近50%。隨著夏季悶熱天氣的到來，空調(diào)用電增多導(dǎo)致最大電力負(fù)荷持續(xù)高位運(yùn)行，給城市電網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了較大壓力，急需通過實(shí)施電力需求側(cè)管理項(xiàng)目節(jié)約用電。

3 大型公建電力需求側(cè)管理節(jié)電技術(shù)分析

大型公建的主要用電部分包括照明用電、電機(jī)用電及空調(diào)用電等部分，針對(duì)這三部分用電分別分析綠色照明、電機(jī)變頻和熱泵空調(diào)三種電力需求側(cè)管理節(jié)電技術(shù)。

3.1 綠色照明

綠色照明技術(shù)主要是指通過科學(xué)照明設(shè)計(jì)，采用高效、節(jié)能、環(huán)保、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，提高人們的生活質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個(gè)安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、有益的照明環(huán)境。現(xiàn)階段主要為采用LED高效照明產(chǎn)品取代白熾燈等低效照明設(shè)備，節(jié)約能源，改善照明效果。各種類型照明燈具基本特點(diǎn)詳見表1。

已知大型公建實(shí)施綠色照明改造項(xiàng)目，項(xiàng)目改造前燈具（包含燈具本身和鎮(zhèn)流器）平均功率為P1（單位：瓦），燈具數(shù)量為n1，項(xiàng)目改造后燈具（包含燈具本身和鎮(zhèn)流器）平均功率為P2（單位：瓦），燈具數(shù)量為n2，燈具年利用時(shí)間平均為T（單位：小時(shí)），則該綠色照明項(xiàng)目節(jié)約電力負(fù)荷計(jì)算公式為：

ΔP=（P1×n1-P2×n2）/1 000

綠色照明項(xiàng)目年節(jié)約電量計(jì)算公式為：

ΔE=ΔP×T

3.2 電機(jī)變頻

隨著電力電子以及自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流變頻技術(shù)得到迅猛發(fā)展。通過調(diào)整交流電源頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，減小電機(jī)電流，起到節(jié)約用電的效果。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能、改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的有效措施。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率和節(jié)能效果，在工業(yè)和公建領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。大型公建應(yīng)用變頻技術(shù)主要包括電梯變頻調(diào)速、空調(diào)變頻改造、水泵變頻改造等。

已知大型公建實(shí)施變頻調(diào)速改造項(xiàng)目，項(xiàng)目改造前電動(dòng)機(jī)平均輸入功率為P1（單位：千瓦），平均頻率為f1（單位：赫茲）；項(xiàng)目改造后電動(dòng)機(jī)平均輸入功率為P2（單位：千瓦），平均頻率為f2（單位：赫茲）；則變頻調(diào)速項(xiàng)目節(jié)約電力負(fù)荷計(jì)算公式為：

ΔP=P1-P2

或ΔP=P1×[1-（f2/f1）3]×100%

變頻調(diào)速項(xiàng)目年節(jié)約電量計(jì)算公式為：

ΔE=ΔP×T

3.3 熱泵空調(diào)

熱泵空調(diào)是指一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。熱泵空調(diào)可以把不能直接利用的低位熱能（如空氣、土壤、水中所含的熱能）轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能（如煤、熱氣、油、電能等）的目的。熱泵空調(diào)一般應(yīng)用于建筑物原有常規(guī)空調(diào)或采暖鍋爐的替代，項(xiàng)目改造后可達(dá)到與改造前相同的供熱或制冷效果。與原有設(shè)備相比，運(yùn)行時(shí)所需的電功率將大大下降，項(xiàng)目節(jié)約電力效果較顯著。

已知大型公建實(shí)施熱泵空調(diào)改造項(xiàng)目，熱泵系統(tǒng)在電網(wǎng)高峰時(shí)段平均耗電功率為P（單位：千瓦），熱泵空調(diào)能源利用效率值為cop1，原有采暖或制冷設(shè)備能源利用效率值為cop2，則熱泵空調(diào)項(xiàng)目節(jié)約電力負(fù)荷計(jì)算公式為：

熱泵空調(diào)項(xiàng)目年節(jié)約電量計(jì)算公式為：

ΔE=ΔP×T

4 實(shí)際應(yīng)用分析

某大型公建采用LED燈具對(duì)其原有白熾燈、鹵素?zé)艉凸?jié)能燈分別進(jìn)行改造，共改造燈具約3 000只，累計(jì)投資約31萬余元，通過計(jì)算，該綠色照明項(xiàng)目節(jié)約電力為77千瓦，年節(jié)約電能為203 654千瓦時(shí)，約1.5年即可收回投資。

該大型公建對(duì)其原有工頻運(yùn)行的供暖水泵進(jìn)行變頻改造，改造前兩臺(tái)水泵的實(shí)測(cè)功率分別為75和45千瓦，改造后兩臺(tái)水泵的實(shí)測(cè)功率分別為50和30千瓦，累計(jì)投資約13.5萬元。通過計(jì)算，該綠色照明項(xiàng)目節(jié)約電力為16千瓦，年節(jié)約電能為80 000千瓦時(shí)，約1.3年即可收回投資。

該大型公建同時(shí)建設(shè)空氣源熱泵系統(tǒng)取代原電鍋爐加熱系統(tǒng)，滿足非供暖季節(jié)生活熱水需求。本項(xiàng)目采用的4臺(tái)熱泵額定功率P為22.5千瓦，能源利用效率cop1為4，原有電鍋爐能源利用效率cop2較低，只有0.95，取同時(shí)使用系數(shù)0.8，項(xiàng)目累計(jì)投資74萬元。通過計(jì)算，得該項(xiàng)目節(jié)約電力負(fù)荷為231.2千瓦，年節(jié)約電能為369 920千瓦時(shí)，約2年可收回投資。

綜上，該大型公建采用綠色照明、電機(jī)變頻和調(diào)速及熱泵空調(diào)技術(shù)共可節(jié)約電力負(fù)荷324千瓦，年節(jié)電能65.3萬度。對(duì)比上述三種電力需求側(cè)管理節(jié)約用電技術(shù)應(yīng)用分析，熱泵空調(diào)項(xiàng)目節(jié)約電力負(fù)荷和年節(jié)約電能效果相比綠色照明和變頻調(diào)試項(xiàng)目較為明顯，且其在夏冬兩季用電高峰期均能夠有效減少用電。

5 結(jié) 語

本文介紹了電力需求側(cè)管理基本概念和主要內(nèi)容及目的，并從對(duì)北京市近年來最大電力負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，提出北京市迫切需要通過在大型公建領(lǐng)域開展電力需求側(cè)管理工作，減輕高峰用電期城市電網(wǎng)運(yùn)行壓力。鑒于篇幅的限制，本文選取了在大型公建領(lǐng)域便于開展、且節(jié)約用電效果顯著的綠色照明、變頻調(diào)速和熱泵空調(diào)技術(shù)，從技術(shù)概述、節(jié)電計(jì)算和案例分析進(jìn)行了介紹，并對(duì)比了三種技術(shù)實(shí)際使用效果，對(duì)大型公建開展電力需求側(cè)管理節(jié)約用電技術(shù)具有一定的指導(dǎo)意義。

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