葛洲壩電力公司辦公樓綜合能源改造分析

潘 露，高鵬飛

(中國葛洲壩集團電力有限責任公司，湖北 宜昌 443099)

中國葛洲壩電力公司辦公大樓坐落于宜昌市沿江大道和東湖二路交匯處，始建于20世紀70年代。辦公樓建筑共計9層，建筑總面積約為3 300 m2，因年久失修致使辦公樓出現多處安全隱患，如窗臺檐板鋼筋裸露、塑鋼窗漏水、外墻脫落等。為較好的展示中國葛洲壩電力公司整體形象，突出公司在綜合能源領域的專業優勢，綜合運用光伏、儲能、智能照明、智慧樓宇綜合能源管理系統等技術，將原辦公樓改造為行業領先的智慧樓宇。通過辦公樓綜合能源項目的建設，實現了樓內多種能源全生命周期在線監測、優化調控、運行維護、計量結算，保證能源智能和智慧供給。

1 光伏發電系統

太陽能資源分布廣泛且取之不盡、用之不竭。太陽能光伏發電具有安全可靠、能源質量高、無噪聲、無污染排放、無需消耗燃料、建設周期短等優點，是一種最具可持續發展理想特征的可再生能源發電技術[1-3]。

本項目辦公樓屋頂呈波浪形，傾角34°，面積約200 m2(見圖1)。為最大程度的利用屋頂面積，光伏組件根據屋頂傾角來布置，共安裝110塊YL310D-30b型單晶太陽能電池組件，單塊容量為310 Wp，總容量為34.1 kWp(見圖2)。設置1臺SUN2000-33KTL型組串式逆變器(最大輸入直流功率36 kW，額定輸出功率33 kW)和2臺SK-SU5000E儲能逆變一體機(最大輸入直流功率7 kW，額定輸出功率5 kW)。其中接入SUN2000-33KTL型組串式逆變器的光伏組串由22塊組件串聯而成，共3個光伏組串匯入逆變器；接入SK-SU5000E儲能逆變一體機的光伏組串由11塊組件串聯而成，共4個光伏組串，每2個組串接入一臺儲能逆變一體機，逆變器交流側通過電力電纜接至并網配電箱。據計算，光伏系統每年發電量約2.74萬kWh，減少CO2排放約27.32 t。

圖1 原始辦公樓屋頂

圖2 安裝光伏組件后的辦公樓屋頂

2 儲能系統

儲能系統既可以作為獨立的單元接入電網，對電網起到削峰填谷、補償無功等作用；也可以與新能源組成風光儲系統，平滑發電側新能源并網功率。同時，儲能系統還可與新能源發電系統在負荷中心組成微網系統，提升電能質量、提高供電可靠性[4-6]。

為提高能源利用效率，本項目在建設34.1 kWp光伏系統的基礎上，同時建設兩套5 kW容量的儲能裝置，組屏布置于一樓配電室內。儲能裝置包括：逆變器、蓄電池及相關附件。當光伏系統發電時，儲能逆變器優先向蓄電池充電，蓄電池充滿后余電上網；當市電停電及光伏系統未發電時，蓄電池通過逆變器轉換成交流電后給辦公樓重要負荷供電。整個電氣系統接線原理圖如圖3所示。

圖3 電氣系統接線原理圖

3 智能照明系統

智能照明系統是利用先進的電磁調壓及電子感應技術，對供電系統進行實時監控與跟蹤，自動平滑地調節電路的電壓和電流幅度，改善照明電路中不平衡負荷所帶來的額外功耗，提高功率因素，降低燈具和導線的工作溫度，以高能源效率確保建筑物不同場所獲得理想照明[7]。

本辦公樓共9層，每層設置一個照明箱，共計37個照明回路。每個照明回路配置一套智能照明控制終端，可實現遠程指令控制。每3層采用一個無線網關，負責通訊和管理智能照明控制終端。無線網關與核心控制器進行通訊，實現與整個綜合能源管控系統互通互聯。該系統可通過設置照明回路的開啟數量及順序以達到不同的燈光環境，實現照明的智能情景控制(見圖4)。同時該系統具有良好的可擴展性，在電梯廳、公共走廊、衛生間等區域安裝智能測控器，即可實現人體感應控制照明自動通斷。

圖4 智能照明系統拓撲圖

4 智慧樓宇綜合能源管理系統

智慧樓宇綜合能源管理系統集樓宇設備的監控、調度、分析、管理于一體，縱向網絡貫通、橫向數據融合。智慧樓宇能源管理系統定位“平臺化、自動化、信息化和智能化”四個方向，努力實現“安全、舒適、節能、增效”四個目標。本項目設置一套可視化、數字化、網絡化的綜合能源管理系統，該管理系統軟件界面如圖5。該系統通過云平臺對辦公樓能源信息進行采集、存儲、展示、計算和分析，主要實現以下功能。

圖5 智慧樓宇綜合能源管理系統軟件界面

1)實現對屋頂光伏系統的運行數據實時監控，響應“自發自用、余電上網、就近消納、電網調節”的運營模式。通過物聯網技術，實現對光伏組件、蓄電池組、逆變器的監測，根據光伏發電并網運行監測、功率預測和優化運行等數據的分析，達到光伏發電高效利用和系統安全運行的目的。

2)實現對變配電、照明、消防、視頻監控、環境監測、供水管網等子系統的大融合，匯總后由云平臺統一調度。

3)采用實時能源監控、分項能源統計分析、優化系統運行，實現減少能源消耗。通過重點能耗設備監控、能耗費率分析等多種手段，使管理者能夠準確掌握能源成本比重及發展趨勢，制訂有針對性的節能策略。

4)實現建筑最優管理和指揮，優化能源效益，降低樓宇運營成本。

5)監控辦公環境舒適信息，主要包括環境的溫度、濕度、空氣質量指標等。

6)具有開放的兼容性，保證后期接入的子系統(例如新能源汽車充電樁等)能接入樓宇綜合能源管理智能化系統。

5 結 語

作為智慧城市的重要組成部分，樓宇型智慧能源是未來發展的主要方向。智慧能源包括新能源利用、電能儲存、節能減排、能源互聯網應用等多個方面，樓宇的智慧能源，即在使用傳統電網供電的基礎上，增加其他形式的新能源合理轉化使用，同時將富足能源實現儲存以供調用，從而獲得節能減排，達到能源種類多樣化、使用靈活化、能耗高效化的目的。本文簡述了光伏、儲能、智能照明、智慧樓宇綜合能源管理系統等技術在中國葛洲壩電力公司辦公樓綜合能源改造中的應用情況及堅持低碳、綠色、節能、環保智慧的設計理念。具有一定的示范意義，可供今后類似項目參考借鑒。