“清洁替代+电能替代”的绿色供电所建设

2016-12-27王庆，王峰，马研

电力需求侧管理 2016年6期

关键词：电锅炉供电所电能

王庆，王峰，马研

（国网江苏节能服务有限公司，南京 210019）

“清洁替代+电能替代”的绿色供电所建设

王庆，王峰，马研

（国网江苏节能服务有限公司，南京 210019）

近年来我国各地频繁发生严重雾霾，引起全社会对环保问题的高度关注，也引起了对我国能源发展方式的深刻反思。构建“清洁替代+电能替代”的能源发展方式是解决上述问题行之有效的方法。通过在供电所实施光伏电站、绿色照明、蓄热式电锅炉、厨房电器化改造，建立“清洁替代+电能替代”示范点，以此扩大“清洁替代+电能替代”的社会影响力。

清洁替代；电能替代；供电所；能源

随着经济发展和人口增加，一次能源（煤炭、石油、天然气等）在终端能源消费占比高，导致近年来我国大部分地区频繁发生严重雾霾天气。面对日益严重的环境问题，国务院印发《大气污染防治行动计划》，提出到2017年，全国PM10浓度普降10%，京津冀、长三角、珠三角等区域的PM2.5浓度分别下降25%、20%和15%左右的目标。因此，创新能源消费理念，构建与能源发展方式转变和能源战略相适应的绿色能源消费模式，成为目前面临的重大课题。

全球能源互联网是能源发展的方向和未来，作为其基石和前提，“清洁替代”和“电能替代”是实现能源可持续发展的必由之路，是从根本上解决能源环境和气候变化等问题的方式。所谓“两个替代”，是指在能源开发上实施清洁替代，以可再生的太阳能、风能等清洁能源替代化石能源，形成清洁能源为主导的新格局；在能源消费上实施电能替代，以电代煤、石油等化石能源直接消费。因此，加强“清洁替代+电能替代”意识的推广，让全社会对此能有感性的认识，是实现上述问题的基础。

本文对淮安市金湖县塔集镇供电所的用能现状进行全面梳理，通过在供电所建设分布式光伏电站、建设蓄热式电锅炉、实施绿色照明改造、实施厨房电器化改造等，从供电所的实际应用层面建立起一个“清洁替代+电能替代”的示范点，实现“清洁替代+电能替代”在供电所这个用户窗口的现场展示，以期扩大“清洁替代+电能替代”的社会影响力。

1 供电所用能系统分析

供电所用能系统根据用途不同主要分为供能系统、照明系统、生活用能系统等。

1.1 供能系统现状

供电所现有约270 m2屋顶，并没有对此进行有效利用，而且整个建筑为砖混框架，周边无遮挡，建筑主体朝向佳，太阳能开发利用资源较好，满足建设光伏电站的要求，在这种情况下可通过建设屋顶光伏电站实现分布式供能。

1.2 照明系统现状

供电所营业厅使用的是传统的U型节能灯管筒灯；业务窗口及机房表单库使用的是传统的3管格栅灯；办公室、员工宿舍、员工活动中心使用的是传统的荧光灯管；以上这些灯具存在能耗较高、效率低下、散热差、长时间使用频闪较高、不环保等问题。

1.3 生活用能系统

（1）供电所厨房使用的能源是瓶装液化气，在日常的使用过程中存在突然断气的问题，而且具有能源成本高、热效率低下、不环保、液化气泄漏等问题。

（2）供电所屋顶装有一台太阳能热水器，用来供员工洗浴，但是经过现场考察发现太阳能热水器使用年限较长，导致太阳能制热效果下降；且淮安属于亚热带温润季风气候，四季分明，据统计全年降水日数在110天左右，最长降水日数10天左右，所以雨水天气较多是影响太阳能热水器有效利用的主要因素。

2 技术介绍

2.1 供能系统—屋顶光伏电站建设

在供电所屋顶建设一套太阳能光伏发电系统（如图1），通过自发自用、余电上网的方式补充供电所的能源供应。

图1 光伏整体示意图

太阳能光伏发电系统由太阳能电池板、逆变器、支架、直交流接线箱及计量等相关附件构成。其工作原理是太阳能电池方阵在光照的条件下产生直流电，直流电通过逆变器转换为交流电后并入低压电网。

太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部件，也是太阳能发电系统中价格最高的部分。其作用是将太阳的光能转换为电能；

并网逆变器：太阳能系统的关键组成部件，其作用是通过并网孤岛保护、最大功率跟踪等功能将直流电逆变成我们生活用电；

其它附件，主要包括控制检测系统、防雷接地保护、电缆及支架等。

2.2 照明系统—LED照明+营业厅智能控制

针对供电所实际情况，将原有的普通灯具替换成LED灯具，同时在营业厅建设一套办公照明智能控制系统，包括智能调光、智能插座、微波雷达感应、自适应光照度等模块。

智能调光模块工作原理：用户在触控面板上选择照明模式，触控面板发送指令给智能调光器，智能调光器接受指令后并将其转换成0～10 V的电压信号输出给驱动电源，由驱动电源根据收到的电压信号来控制LED灯的亮度。

智能插座工作原理：用户在触控面板上选择模式，触控面板发送（开/关）指令给智能插座，智能插座根据收到的指令控制市电220 V（导通/断开），控制大功率电器是否工作。

微波雷达感应模块原理：墙体开关开通以后，微波雷达感应器会自动检测是否有人通过。有人通过时感应器导通，市电220 V向驱动电源供电，灯亮。反之，灯灭。

自适应光照度感应器原理：自适应光照度感应器将检测到的光照度转换为0～10 V的电压信号输出。当外界的光照度发生变化，光照感应器通过改变输出的0～10 V电压信号，使LED驱动电源改变输出的电压电流。从而改变LED灯的亮度。当外界光照度大于设定值时，光照感应器输出0 V电压信号，LED灯熄灭。

2.3 用能系统—蓄热式电锅炉建设+电器化改造

（1）在供电所内建设一套蓄热式电锅炉系统来满足员工生活用水需求（如图2）。蓄热式电锅炉应用电磁感应加热原理，充分利用夜间低谷电蓄热功能，夜间将蓄热水箱内的水加热到60℃，白天用恒压水泵输送至食堂及淋浴管网以供使用。这种用电方式充分利用了夜间的低谷电，实现“削峰填谷”。

图2 蓄热式电锅炉运行图

（2）针对供电所厨房用能情况，采用电炊具替代原有的液化气炊具，实现厨房清洁能源的使用。

电炊具原理：电炊具是一种利用交变磁场直接作用在锅底并引起锅底的快速升温来对食物进行加热的炊具，其升温时间长短与线圈和机芯大小相关，在整个过程中不需要空气等传热介质，没有高温烟气排放，因此热量损失极少，可有效降低能源消耗量及其成本。电磁炉加热图如图3所示。

图3 电磁炉加热图

3 改造效果评估

3.1 屋顶光伏系统运行效果

利用供电所屋顶建设容量为12 kW的光伏系统，整个光伏电站采用380 V低压并网方式与电网连接，装机量如表1所示。金湖地区年平均辐射量为5 098 MJ/m2，相当于1 416 kWh/m2，光伏系统整体效率为0.8。

表1 供电所屋顶光伏系统装机量

光伏系统发电量公式如下

式中：Q1为系统发电量；N为当年天数，按照365天计算；P为光伏系统容量；H为日平均太阳辐射量；η为整体效率。

表2为光伏电站年发电量与减排效果。

表2 光伏电站年发电量与减排效果

此外还可节约用水，减少相应的废水和温排水等对水环境的污染。由上可见，光伏系统在实际运行中有明显的节能减排、改善环境的效果。

3.2 照明系统改造效果

针对供电所原有的高耗能灯具，利用绿色照明技术对原有灯具进行改造，配套建设一套办公照明控制系统。改造内容包括以下几个方面：

（1）供电所大厅及营业窗口做智能照明控制替换；

（2）楼梯及走道区域照明用自动微波感应式吸顶灯具进行替换，做到人来亮灯人走灯灭的效果；

（3）营业厅20盏筒灯，分为中间区域8盏一个回路，四周12盏一个回路，对两路灯具分别做开关、调光控制；

（4）营业窗口的4个面板灯分别做4个单路控制，分别做开关、调光控制；

（5）空调机饮水机插座更换智能插座，一并纳入控制系统。

（6）其它办公、宿舍、活动室等区域做灯具节能替换。表3、表4分别为改造前后照明情况。

表3 改造前照明情况

式中：Q2为年节约电量；W1为改造前照明系统总功率；W2为改造后照明系统总功率；W3为营业厅智能控制节约功率；n为年利用小时数（经统计，供电所年亮灯约2 920 h）。

表5为照明系统年节约电量与减排效果。

照明系统节电量计算公式如下

表5 照明系统年节约电量与减排效果

3.3 蓄热式电锅炉建设

在供电所内建设一套50 kW、容量1.5 t的蓄热式电锅炉，整个蓄热系统采用PLC自动控制，可实现无人值守。

供电所自来水年均水温为15℃，需要热水温度60℃，则需要热量为

式中：Q3为热量；C为比热容；m为质量；Δt为温度差值。

通过计算可得需要热量283.5 MJ，等同于需要电量78.75 kWh，年需用电量28 743 kWh。

从火电的角度分析，使用高品位电能直接转换成低品位热能,浪费很大。然而火电不会因为用电负荷的变化随意启停，谷电得不到使用等同于电能的直接浪费，因此利用谷电本身就是节能。表6为蓄热式电锅炉年利用谷电与减排效果。

表6 蓄热式电锅炉年利用谷电与减排效果

3.4 厨房电气化改造

在供电所厨房添置一台总功率35 kW的小炒（15 kW）+大锅组合灶（20 kW），以此来替代厨房原有的液化气双头炒灶，达到厨房安全可靠、低碳环保、清洁卫生的效果。

经统计，供电所厨房年用时约180 h，且电磁炉在正常使用抛锅盛菜时会自动降低功率，负载率约为75%，则每台电炊具每年电能替代电量为

式中：Q4为电量；P为电炊具功率；h为年使用时间；ξ为电磁炉负载率。表7为电炊具电能替代电量与减排效果。

表7 电炊具电能替代电量与减排效果

4 结束语

塔集绿色供电所试点项目改造成功，其成果将在江苏全省符合条件的农村供电所中推广应用，以此扩大光伏发电、绿色照明、电炊具、蓄热式电锅炉等技术在农村地区的应用范围，促进全省绿色、生态、低碳发展，争取取得更大的社会效益。D

［1］国家发展和改革委员会，国家电网公司.电力需求侧管理工作指南［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］国家电网公司电力需求侧管理指导中心.电力需求侧管理实用技术［M］.北京：中国电力出版社，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