棉纺车间太阳能技术的适用性分析

从当前棉纺企业生产需求、经济成本和环境要求等因素考量，在激烈的市场竞争中做好生产成本控制至关重要。本文通过对棉纺企业生产特点、成本构成、厂房特性等方面分析，以降低电力成本作为主要目标，重点关注棉纺企业运用光伏发电技术进行节能减排的实例并进行分析，总结出棉纺车间较为适用的光伏节能方式，为行业绿色转型发展提供参考和借鉴。

棉纺企业能源消耗现状分析

棉纺工艺过程包括清梳联、并条、粗纱、细纱及络筒等多个加工步骤，具有流程长、工艺复杂、占地面积大、能耗高的特点，为保证高效生产和满足纱线高品质要求，棉纺生产车间需要良好的温湿度环境，对电能消耗相对较大。

棉纺企业经营成本主要由原材料、燃料动力及工资等方面构成，其中原材料成本占比最高，占72%—80%，燃料动力成本占10%—12%，工资及福利成本占8%—10%。原材料成本易受多种因素影响，常出现较大波动而较难控制，但燃料动力与人工价格则相对稳定，是成本控制的另一主要对象。在燃料动力消耗组成中电力消耗占比最高，其中工艺设备电力成本占68%左右，空调除尘等占27%左右，照明约在2%左右。（见表1）

表1 棉纺企业生产经营成本与电耗构成

资料来源：中国纺织建设规划院数据库

由此可以看出，从燃料动力中的电力消耗入手是棉纺企业实现节能降耗、降低成本的重点方向。为此，充分利用棉纺企业厂房面积大的特性，借助光伏发电装置，逆向匹配电力波峰波谷，是棉纺企业利用绿电实现节能减排、降本增效的又一新的尝试。

棉纺厂房结构的节能效果分析

棉纺厂房通常采用门式轻钢结构、双T板屋面结构、风道大梁屋面结构等型式，具有跨度大、造价低、抗震好、施工周期短、设备布置灵活等优点，与传统锯齿形厂房相比，经加装吊顶后的生产车间在温湿度控制与能耗方面优势明显（见表2），特别是单层大跨度、轻屋盖的门式封闭轻钢结构厂房已成为棉纺企业的首选。

表 2 四种典型厂房建筑性能评价表

资料来源：中国纺织建设规划院数据库

BAPV技术在棉纺车间的应用与节能效益分析

从当前我国棉纺车间常用的绿电光伏节能方式看，采用建筑屋顶附加分布式光伏（BAPV）已成为普遍方式。以南方某10万锭棉纺企业为例，该企业采用门式轻钢结构厂房，通过在厂房屋面铺设BAPV系统配套建设光伏发电站，实现了企业的绿电节能。该企业10万锭生产车间的人字形坡顶面积约5万平方米，实际可利用屋面面积约4万平方米，共安装18000块410Wp单晶硅太阳能组件，结合7300kW高效单晶太阳能光伏发电站，采用自发自用、余电上网。该BAPV系统工程总投资为1500万元，经过一年的生产实践，年发电约700万kW·h，约占全厂实际总耗电量的15%，与企业空调等辅助设施实际耗电量相当，节能效果十分明显，年减少购电费用532万元，可在2.8年内收回项目全部投资费用。相较BAPV系统30年寿命周期，该项目厂房屋顶铺设光伏组件的绿电工程不仅经济而且可行，值得在行业中推广应用。

通常，屋面安装BAPV系统涉及到屋面安装铺设光伏组件、固定件及零配件等，需对屋面荷载是否满足光伏系统安装进行核算，即对比安装BAPV系统的新增永久荷载是否与设计图纸屋面荷载相符，以初步判断是否适合安装光伏系统。

屋面新增光伏荷载包括永久荷载（原结构自重、光伏电站系统荷载）、可变荷载（风雨雪荷载、施工荷载、地震作用）和活荷载（光伏组件）的验算。光伏组件及其零配件的自重属于新增恒荷载，计入厂房屋面的永久荷载中，若采用支架方式安装需计入支架的重量。对于可变荷载变化需专业设计院进行详细荷载校验。新建项目车间设计时会将系统荷载纳入考虑，而利用原有厂房设施的技术改造项目，由于BAPV系统荷载普遍较低，通常不会超出原有钢结构屋面的承载范围，因此BAPV系统成为棉纺行业进行绿色电力节能改造的首选方案。

BIPV技术在棉纺车间的应用与节能效益分析

相较于利用屋面附加BAPV系统节电，建筑光伏一体化（BIPV）因其效能更高、外观更加美观而成为既有建筑改造和新建建筑的另一种新型主流建造形式。BIPV是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的新型技术，它是光伏与建材深度融合后的新型建筑材料，可广泛应用于屋顶、墙面及其他建筑构件的铺装。

目前，BIPV技术已应用于既有车间的屋面改造以及新建厂房的屋面建设。在既有车间改造中，同样需要核算原有厂房荷载情况，同时还应在保证原建筑内部功能的前提下，考虑施工难度与增加一定额外成本。同样以南方某棉纺企业屋面BIPV技改项目为例，厂房屋面面积约1万平方米，实际可利用有效面积约60%，安装共有1.2MW光伏组件及配套发电系统，项目总投资约500万元。经一年的生产时间，年发电约144万kW·h，全部自发自用，年可减少购电费用115万元，可在4.3年内收回投资。

BIPV技术在新建厂房中应用时，作为建筑建材，已将其系统荷载和技术要求在厂房设计初期就纳入设计图纸中，在满足发电要求的同时，要综合考虑必备的安全性、防水、通风、耐候性，结合方式的牢固性和密闭性。需要注意的是，由于BIPV技术的安装精度远高于传统彩钢瓦屋顶，施工过程中可能会因更换屋面而影响生产，从而带来一定的生产损失。

由于BIPV工业厂房建设项目的发展仍处于初步阶段，应用于纺织行业的实例更是少数，多用于商业屋顶及电子、新型建材行业的生产型厂房，对于棉纺车间的应用值得持续关注。

结语

BAPV与BIPV技术分别在棉纺企业利用既有车间屋面进行绿电改造和新建项目中各具优势，可有效推动棉纺企业向可持续发展的绿色转型。BAPV技术因其技术成熟、对生产干扰小、成本较低和回收期短等特点，成为棉纺企业既有车间绿色改造的理想选择。而BIPV技术，虽然在生产型企业中的应用尚不广泛，对于既有车间的改造存在一定的施工难度和较高的初期投入，回收期也相对较长，但其作为建筑材料的一部分，通过一体化设计施工，能够显著提升建筑性能并延长其使用寿命，从长远角度来看，有助于降低建筑的整体建设成本，因此，BIPV技术更适用于棉纺车间的新建项目。

综上，棉纺企业技术改造项目利用既有车间应推广使用BAPV系统，新建棉纺车间应优先考虑采用BIPV系统，推动我国工业企业实现双碳目标。（作者单位：中国纺织建设规划院）