办公楼宇型综合能源技术应用设计

国网江苏省电力有限公司如东县供电分公司 戴园园

目前，我国的办公楼宇其电力消耗较高，而且开销也较大。为有效减少办公楼宇的能源消耗，需要进一步提升对能源的利用度，实现节能的目的。因此，在规划办公楼宇的过程中，需要结合楼宇结构和办公场地以及办公人员等方面情况，明确楼宇能源需求，设计出科学的综合能源系统，有利于提高办公楼宇能源利用率。

1 综合能源概述

为了可以代替原有电能的技术，对于办公楼宇而言可以使用综合能源系统，并以此为核心，采用多元能源方式，将光伏发电、风力发电替代电能使用。为更好开展耦合的转化作用，可以使用热泵、锅炉等设备，采用智能能源管理系统，对多能源进行优化，发挥出相互补充的作用，满足客户对于多种能源的要求[1]。

一般而言，综合能源常使用的技术包括了电储能、蓄冷等，因各技术的特点不同，各适用对象也有不同，因此需要根据用户对冷电、热电等不同的需求，采用针对性的组合，使用不同的能源技术，有利于提升整体能源水平。

1.1 天然气分布式能源

天然气发电系统一般是小规模、分散型的，这种能源以利用热、冷电三联的梯级，对能源有效利用。通常而言，这种分布式能源综合利用率可达到70%以上。并且可以减少由于煤炭燃烧所带来的污染。分布式能源还有另一种优势，即响应速度快，运行时较为灵活，可快速跟踪一些区域的复合波动，确定可再生能源的出力变化。在这一条件下，可持续性地供应复合中心的电力资源。当前，主要是工业园区和数据中心以及大型酒店、大型办公写字楼中利用天然气分布式能源[2]。

1.2 分布式光伏

分布式光伏主要是利用光伏组件转化太阳能为电能，通常是利用自发自用和余电上网等运行方式。在利用分布式光伏过程中不会排放污染气体，也不会产生噪音，可以生产清洁能源。在建筑屋顶的墙面安装分布式光伏，这种用电模式几乎接近了用户的复合，可以减少输电过程中带来的消耗，提高能源利用效率。而且这种光伏发电吻合太阳光照射以及城市的复合最高峰，可以相应的减少城市中的用电高峰复合。可使用在一些大型建筑中，如政府机构、工厂，等等。

1.3 蓄冷

蓄冷技术指的是在用电谷期制冷，实现低温水或者冰存储蓄冷，在用电峰期释放冷源，可以供应中央空调利用。蓄冷主要包括水蓄冷和冰蓄冷，水蓄冷具有较高的制冷能效，对于技术并没有提出较高的要求。整个系统较为简单，可以保障系统运行的稳定性，在后续工作也无需耗费较多的维护费用。设备具有较高的选择性和可用性，选用的蓄冷罐可以是消防水池和原有蓄水设施以及建筑物地下室。而冰蓄冷具有较大的蓄冷密度，降温速度快，可以实现低温送风的效果。可以维持室内相对湿度，因此具有较高的舒适度。当前主要是在大型工业客户和大型商业体中利用蓄冷技术[3]。

1.4 储能

储能的方式包括物理储能、电化学储能、电磁储能。结合电储能以及其他的综合能源，其灵活性高。其优势在于可以跟踪计划，实现平稳的输出，确保可再生能源的收益。同时，储能参与到电力的辅佐服务，包括备用容量，调频电压支持等。并且减少接近过载的输配电节能潮流，让输配电的设施可以长时间投入使用，有效节省了电网的投资投入。特别是在用电高峰期的时候能实现按需管理电费，提升用户的用电经济性。当前主要是在大型工业客户和大型办公写字楼中利用储能。

2 办公楼宇型综合能源设计

终端用户对于电热冷等能源提出不同的需求，社会经济不断发展，创新了各行业产业的经济，社会各界要求高质量的服务，推进专业办公楼发展。办公楼可实现企业的集中和高效性办公，当前社会广泛关注办公楼区的能耗情况。所以，针对办公楼设计高效的能源运用系统，可以有效降低办公楼的能耗成本，同时可以更加高效地利用能源。

2.1 办公楼宇概况

某科技园规划新建一栋办公建筑，其作用在于完善日常的办公需求。该办公楼占地面积为8000m2。最初规划建设7层，22间办公室，可容纳200人工作。

2.2 能源需求分析

在办公楼宇设计过程中，利用综合能源技术，通常需要分析建筑冷热电符合的需求，根据需求占比选择供给和设备类型技术，利用其他技术确保能源的平稳性，提高总体水平。且实际地区的平均气温较高，采暖设备无需布置，但要注意布置制冷设备。

2.3 技术选型

为提升并利用能源，优先采用天然气的分布能源。完善电能储能的系统以及分布式光伏系统，建设微网能源的管理系统，利用多协同供应能源，完成能源的高效利用。

2.3.1 天然气分布式能源

天然气分布式能源选择的基础包括了燃气内燃机、微燃机、燃气轮机。对于可容纳百人的办公大楼，可利用计算机控制发电机组。冷负荷源为烟气型溴化锂机组和螺杆式制冷机组。同时，利用全热回收型空气源热泵作为辅助设施。该系统需要遵守以下几点原则：

一是主机充分利用燃气的发电机以及其他设备，如预热设备，烟气型，吸收式设备等。二是注机械型号，通过设置旁路的烟道能实现混合排放，提升能源的利用率。三是利用余热利用的设备，满足建筑冷热负荷的根本需求。运用这种系统进行功能可以实现基本的冷热复合。四是选择冷负荷调峰设备为螺杆式的冷水机组，以及全热回收型的空气源热泵。其中，全热回收型空气源热泵是一种热负荷的调风设备。

2.3.2 分布式光伏和电储能系统

该楼宇屋顶面积为798m2，可以利用300m2的地面积建设光伏系统。根据单个光伏组件290W 标准功率完成计算工作，综合10组件作为一个单元，光伏系统包括80块组件数量，可以设计23.2kW 总容量的分布式光伏系统，有利于降低屋顶环境的温度，因此减少建筑空调用电负荷。此外，可增加电储能系统和分布式光伏组网运行，有利于充分利用能源。光伏系统在白天发电，向办公楼宇用电负载提供电力，实现本地消纳，通过交直流边缘器，在电储能电池中可以把多余的电能储存。如果遇到阴天或者是雨天，系统发电量小于用电的时，可采用交流变换器，把储存在电池中的能量释放出来，有效满足办公的复合需求，让楼宇的用电量可以有效减少。

图1 分布式光伏和电储能系统示意图

2.3.3 微网能源管理系统

微网能源管理系统可以监控楼宇发电设备和储能设备，以及负荷设备的状态，同时可以发挥能效分析的作用。一是微网能源管理系统利用开放式和分层全分布系统结构，利用站控层和通信层以及间隔层等分布管理数据。二是构建各种能耗模型，有助于制定科学的能源管理策略，对系统的设备运行过程进行优化，可以减少系统的能耗。三是充分发挥系统的运维管理，做好数据报表分析工作。同时，可以利用自动调节冷源运行模式，控制用户多级权限。四是可以自动化控制室内灯光照明和自动遮光窗帘以及通风空调等设备，实现楼宇智能化管理效果。

3 办公楼宇型综合能源技术发展方向

在办公楼宇型综合能源技术应用设计过程中，存在一些制约因素，这些因素包括技术和政策以及经济与环境等方面的制约，因此在后续发展过程中，相关技术人员需要综合各方面因素，把握办公楼宇型综合能源技术发展方向。

3.1 办公楼宇型综合能源技术近期发展方向

近年来，我国不断降低光伏系统和风电系统的发电成本，逐渐形成配用电侧市场化趋势，为综合能源技术带来发展机遇。为了促进传统供能系统转变为综合能源系统，办公楼综合能源技术发展重点包括了一体化规划以及冷热电多能互补等几个方面，具体如下。

一是一体规划技术。规划办公楼履行综合能源系统发展时，需考虑能源生产的波动以及随机性。且用户测能源消费有不确定性，所以需要考虑办公楼与综合能源系统的经济性以及环境效益，考虑电气热各自约束的情况，优化配置产业园的各项资源。

二是采用冷热电多功能互补的方式。办公楼与各分布式能源在自然因素下提高了波动以及随机性的情况，由于办公楼定位使用功能让聚集性的程度极高，同时负荷特点也有规律可循。所以需要分析办公楼与自然资源以及复合的规律，明确不同资源的互补能力。通过能源转换以及储存和分配等技术调整多类型人员，发挥每一种能源的最大优势，减少分布式能源的负面情况，办公楼里可以更好地容纳可再生资源。

三是微电网技术。充分使用大楼限制配好的电网设备，建立增量配电网。产业园区内配置新能源的微电网群和微电网，平衡负荷以及人员供应。利用电力电子技术集成并测控微电网各分布式的新能源以及分布式的储能系统，有利于灵活利用办公楼宇的能源。

3.2 办公楼宇型综合能源系统中期发展方向

分布式能源具有稳定性，同时多能互补规划技术也逐渐趋于成熟，办公楼宇型综合能源系统可以合理地分配资源，而且逐渐打破行业之间的壁垒，有利于实现信息共享，因此在发展办公楼宇型综合能源技术的过程中，需要注重融合多能子系统。

一是能源大数据的集成技术。通过该项技术，可以有效整合能源和气象的资源，做好准确的预测工作。二是构建信息共享平台。采用互联网快速更新的能力，针对供应商以及用户搭建平台。能源供应商利用平台共享关键的信息，确保高效的协同性。用户通过平台的共享信息能方便用户的消费行为选择。三是清洁能源市场的交易技术。采用互联网技术构建交易信息平台，突出功能辅助，凸显商品价值。这样做的目的在于，为不同的用户提供对应的绿色能源供应，可以在综合能源交易市场中融入更多的社会资本和用户，有利于推动办公楼宇型综合能源系统交易模式可持续发展。

3.3 办公楼宇型综合能源系统远期发展方向

一是信息物理系统高效集成以及智能化的技术。该系统可以融合各环节实时感知综合的能源系统，提升信息反馈率精确落实。采用电子以及信息通信和互联网技术，做好能量信息的实时共享。使用智能化的共享资源，可以根据智能化进行能源的匹配工作。

二是综合能源智能的调度控制技术。该项技术是在云架构发展实施共享技术的基础上形成的，可以有效调控并评估产业的综合能量控制。而且可向云端实时传送楼宇的各项数据，实现远端智能集群调度的有效控制。运用综合能源系统时，采用云架构综合能源的调度控制技术，有效减少建设成本，可方便做好调度管理，掌握综合能源，实现能源的高效利用。

三是完善办公楼宇型综合能源系统质量认证体系，综合利用大数据技术和互联网信息共享平台，实时采集系统中的设备信息，构建办公楼宇综合能源系统生产数据和检测评价体系，推动相关产业健康发展。

通过完善办公楼宇综合能源技术体系，可以综合利用通信系统技术和数据处理，以及多能子系统交互接口技术等。可以在能源领域中高效生产和灵活转换各种能源，协调配合系统域和能源领域以及工作域，支撑办公楼宇综合能源系统建设和运营的稳定性。

4 结语

针对办公楼宇能耗问题，深入分析办公楼宇冷热电负荷，落实办公楼宇型综合能源技术应用设计，可以监控各种能源设备的运行，有效控制整体系统的运行，进一步提高办公楼宇能效水平。