浅谈变电站节能技术的应用

郭江辉

1 概述

1.1 工业建筑节能的意义

当今世界的一个首要问题就是能源与资源。在对世界能源的巨大消耗中,建筑又是能源的消耗大户,占总能源消耗量的45%。不仅如此,建筑对资源的消耗也是非常巨大的,据统计建筑消耗了全世界 17%的净水资源,25%的木材和 40%的其他材料。所以世界各国都在努力提高建筑领域的节约力度。

建筑能耗即建筑使用能耗,包括采暖、空调、热水供应、炊事、家用电器等方面的能耗。其中,以建筑采暖和空调能耗为主,占建筑总能耗的 50%～70%。因此,建筑节能是贯彻可持续发展战略、实现国家节能规划目标、减排温室气体的重要措施,符合全球发展趋势。其解决途径只有两种:1)通过开发利用可再生能源及节能建材等途径降低建筑能耗的需求;2)提高能耗系统的效率,从而降低终端能源使用量。

1.2 目前变电站能耗现状

变电站的能耗主要体现在变电站的建筑能耗及电气设备运行、维护能耗。现有变电站建设是以传统施工方式为主,施工现场有大量的湿作业工序,现场需要大量的水泥,砂石,钢筋等建筑材料,会产生大量废水、废浆等污染物。按传统施工方式,造成很多资源的消耗,不符合“两型一化”的资源节约型的建设原则。在以往的设计中,生产建筑的墙体多为粘土烧结多孔砖,墙体能耗比较大;采用常规空调及排风机能耗也较大。基于建筑节能是工业建设发展的趋势,在全寿命周期内设计理念的指导下,变电站电气设备的运行、维护能耗成本也是变电站节能的重点。因此我们需要比较分析,优化设计,采用更符合“两型一化”和低耗能的新型变电站建设模式。

1.3 变电站节能技术应用的必要性、依据

1.3.1 建筑节能面临的形势

坚持以人为本,全面、协调、可持续的科学发展观,处理好经济社会发展与资源、环境之间的关系,努力缓解能源资源短缺的矛盾,大力发展循环经济,建设资源节约型、环境友好型社会是我国经济社会发展的一项主要任务。在当前形势下,建筑节能已经成为缓解我国能源供应紧张、促进国民经济健康发展的一项重要技术经济政策。

1.3.2 运用全寿命周期成本管理(LCC)方法构建变电站节能评价体系

本文建议采取全寿命周期成本(LCC)的方法来评估节能体系,将 LCC方法应用于变电站的全寿命周期中,即从规划设计、建筑施工、运行使用、维护保养、拆除报废和回收利用的整个过程,计算全寿命周期系统内相应的影响指标并进行成本比较分析,以寻求建筑功能、资源利用、能源消耗和环境污染之间的合理平衡,从而达到资源节约和环境友好的建设理念。

变电站LCC计算模型:LCC=IC+OC+FC+TC+DC。

其中,IC为一次投资成本(Investment Costs);OC为运行成本(Operation Costs);FC为中断供电损失(Failure Costs);TC为因为建设时间变化影响的成本(Time Costs);DC为报废成本(Discard Costs)。

2 变电站节能技术措施

2.1 建筑墙体节能措施的应用

2000年来,粘土砖承担着为人们建房子的重任,然而,进入新世纪后,新型环保墙体材料的出现,不仅使粘土砖在建筑业老大的地位遭到质疑,还面临被取代的命运。粘土砖最古老的状态是实心粘土砖,这是世界上最古老的建筑材料之一。但是,烧制实心粘土砖的原材料来自可耕地,据资料显示,我国烧制粘土砖每年损毁的良田达 70万亩。除了破坏耕地外,实心粘土砖的另一危害是大量消耗能源。

本文推荐采用的是蒸压灰砂砖,这是一种新型的建筑墙体材料,它节能环保,不以消耗耕地、破坏生态和污染环境为代价。灰砂砖是用石灰和天然砂或工业废渣(粉煤灰、选矿粉、炉渣、矸石)经混合搅拌、陈化、轮碾、加压成型、蒸养而制得的。它的抗冻性、耐蚀性、抗压强度等多项性能都优于实心粘土砖的人工石材。砖的规格尺寸与普通实心粘土砖也完全一致,为 240mm×115mm×53mm,所以用蒸压灰砂砖可以直接代替实心粘土砖。

2.2 建筑外窗节能措施的应用

本文建议采用下面几个措施来提高窗户的节能效果:

1)合理确定窗墙面积比,尽量减小窗户尺寸。采暖耗能热量随着窗墙比例的增加而增加,窗墙面积比设计越小,热量损耗就越小,节能效果越佳。

2)选择密封性好的塑钢窗户。洞口密封材料的质量,不仅影响着房屋的保温节能效果,也关系到墙体的防水性能。

3)配置双层中空玻璃。中空玻璃是以两片或多片玻璃,采用间隔条来控制中空玻璃的内外两片的间距。双玻璃周边用密封胶翻结密封,使玻璃层间形成干燥气体,具有隔音、隔热、防结露和降低能耗的作用。

2.3 暖通节能措施的应用

建筑空调、风机能耗均是变电站的主要能耗。本文建议采用T35-11系列轴流式风机。该系列与老式风机相比,具有流量大、运转平稳、耗电省、效率高、风量大、噪声低等优点。

对空调选型,结合变电站的具体情况,本文建议在二次设备室采用变频空调。与普通空调相比,变频空调在节能上有非常明显的优势:变频空调刚开机时,压缩机高速运转,制冷量或制热量很大,使室内温度快速达到所设定的温度,此时空调的耗电量很大。当室内温度达到所设定的温度后,压缩机进入低速运转阶段,维持室内温度不变。当整个房间的温度都均匀地到达所设定的温度后,此时空调的压缩机运转速度最慢,耗电量也最小,长时间保持这种状态,就能充分达到节电的目的,比普通空调省电30%以上。二次设备室空调开启时间长,正适合采用这种可以自动以低频维持运转的变频空调,但由于变频空调只有在每次开机时间很长的情况下(超过 5h),才能充分发挥其节电的优势,如果开机时间短,就无法发挥其节电的优势了,甚至比普通定速空调还费电,因此对于保安室,仍选用普通的壁式空调即可。

2.4 建筑电气的节能应用

2.4.1 户外配电装置照明

对于无人值班站,根据运行经验,正常时不需考虑场区照明,因此可不设置庭院灯,仅采用额定功率为 400W的防眩通路灯用于检修及事故处理。防眩通路灯以特制大功率气体放电灯作光源,高效节能,光通量达到 36000 lm,平均使用寿命在 2万 h以上;采用特制反光镜和超低眩光技术;灯具附件采用减震、散热结构和密封、防腐处理,增添了灯具的可靠性,降低了故障率;安装支架设置调节机构,可垂直方向上 25°,水平方向上 360°调节照明角度。虽然防眩通路灯在初期建设费用上高于普通照明产品,但在同照度下所需数量少、光源显色性及光通量好、使用寿命长、年耗电量少、能够做到免维护、全寿命周期内的经济性好,因此在技术和经济上均占优势。

2.4.2 建筑物室内照明

1)日常照明通过优化,可改用节能型 LED日光灯照明。2)事故照明仍采用传统白炽灯。虽然白炽灯效率低、寿命短,大面积使用不利于节能,但显色性好,具备瞬时点燃、不产生电磁干扰、耐受频繁开关等特性。若采用防眩应急通路灯,虽然其所需数量少、光源显色性及光通量好、使用寿命长、年耗电量少、能够做到免维护,但初期建设费用过高。作为事故照明,使用率很少,所以从全寿命周期的经济性考虑,仍选用白炽灯。

3 结语

变电站的节能技术应用在变电站安全可靠性、可维护性、可扩展性的基础上体现了工程的节能环保性、施工机械化,与全寿命周期成本协调统一,从而取得最大的经济利益与社会效益。

将 LCC方法应用于变电站的全寿命周期中,即从规划设计、建筑施工、运行使用、维护保养、拆除报废和回收利用的整个过程,计算全寿命周期系统内相应的影响指标并进行成本比较分析,以寻求建筑功能、资源利用、能源消耗和环境污染之间的合理平衡,从而达到资源节约和环境友好的建设理念。

[1] 赵秀红.节能节电的实际应用[J].山西建筑,2009,35(7):236-237.