电网企业建筑节电方法及其潜力分析

冯天瑞，黄瑞艺，石怡理，杨家豪，欧阳森

（华南理工大学 电力学院，广州 510640）

电网企业建筑节电方法及其潜力分析

冯天瑞，黄瑞艺，石怡理，杨家豪，欧阳森

（华南理工大学 电力学院，广州 510640）

对电网企业建筑电耗现状进行调研。详细分析电网企业建筑的主要类型及能耗分项计量情况，对在建筑电耗中占比最大的照明设备、空调系统建立节电潜力评估模型，从节能设备和管理手段2个方面有针对性地提出节电改造建议，并以某大型供电局办公大楼、某通信大楼和某220 kV变电站等3个建筑为例进行深入分析，展示节电改造效果，最后对南方电网整体建筑节电潜力进行了概算。

电网企业；建筑能耗；建筑节电；潜力分析

节能减排是我国当前的国策之一，而建筑能耗约占全国能源消费总量的30%[1]，是节能减排工作重点之一[2]。电网企业自身的能耗主要包括网损和建筑能耗等，目前对电网企业降耗的研究多集中于降低网损，对电网企业建筑能耗涉及甚少[3]。因此，有必要对电网企业建筑能耗开展专项研究[4]。

电网企业的建筑能耗问题集中体现在电能的消耗上，其中，照明设备和空调系统又在建筑耗电量中占了最大的比例。因此，本文以照明设备和空调系统为重点，对电网企业建筑节电潜力展开全面分析，从节能设备、管理手段2个方面提出节电改造建议，并结合实例说明节电改造效果，最后进行南方电网整体建筑节电的潜力概算。

1 电网企业建筑节电概述

电网公司的建筑主要包括办公大楼、营业厅和变电站。本文将办公大楼、营业厅和变电站的节电称为建筑节电。分项计量是指对建筑的不同用电系统进行分类、分项能耗计量，并利用计算机系统对其进行数据处理汇总，从而得到建筑物的总能源消耗量和不同能耗种类、不同功能系统分项消耗量。只有落实能耗分项计量工作，才能明确建筑物内部各种负荷比例及耗能情况，才能有针对性地开展节能改造。

电网企业办公大楼、营业厅和变电站中的主要负荷如表1所示。

本文以南方电网某大型供电局供电大厦、南方电网某通信大楼和南方电网某220 kV变电站为例，说明电网企业建筑中用电负荷的特点。

表1 电网企业建筑主要负荷统计表

（1）某大型供电局供电大厦用电情况

南方电网某大型供电局供电大厦是集办公、会议、数据机房等为一体的综合性大楼，总建筑面积53 254 m2，常驻办公人数约600人。该大厦2010年耗电1 067万kWh。年能效指标为200.45 kWh/m2。表2为该供电大厦电力消耗情况。

表2 南方电网某大型供电局供电大厦2010年分项电力消耗统计表

（2）某通信大楼用电情况

南方电网某通信大楼是集办公、会议、计算机房等为一体的综合性大楼，总建筑面积40 517 m2，经常性办公人员615人。该大楼作为调度通信指挥中心，有大量24 h连续运行的数据通信机房设备电耗及其专用恒温恒湿空调电耗。其2010年总电耗986.50万kWh。年能效指标为243.48 kWh/m2。表3为该供电大楼电力消耗情况。

表3 南方电网某通信大楼2010年分项电力消耗统计表

（3）某220 kV变电站用电情况

南方电网某220 kV变电站为全户外式变电站。该变电站的站内占地面积为36 441 m2，办公综合楼面积为500 m2，110 kV变电场占地8 900 m2，220 kV变电场占地14 670 m2，其余为工具房、保安门岗、道路及绿化面积。变电站白天工作人员约6—9个。该变电站2010年耗电量约为115万kWh。该变电站主要负荷情况如表4所示。

表4 南方电网某220 kV变电站分项电力消耗统计表

综上，照明设备和空调系统的耗电量占某大型供电局供电大厦总耗电量的90.52%，占某通信大楼的59.93%，占某220 kV变电站96%。由以上数据可知，从节电设备的角度来看，电网企业建筑节电潜力分析的重点应主要集中在照明设备和空调系统。

2 建筑节电措施研究

本文从节能设备、管理手段2个角度分析建筑节电方法及其潜力。

2.1 基于节能设备的建筑节电

鉴于电网企业建筑能耗中照明设备和空调系统占了绝大多数，故本文讨论的节能设备主要包括节能照明设备和节能空调[5]。

2.1.1 节能照明设备

目前电网企业主要采用的传统照明设备包括：白炽灯、荧光灯、汞蒸气灯、金属卤化物灯、高压钠灯、低压钠灯等，其中T8荧光灯占了绝大多数。T8灯管存在能耗高、发热量大、功率因数低等缺点，而T5节能灯管与之相比不仅节电率明显，光效更比T8直管荧光灯高出20%。若按照替换前后荧光灯管输出的光通量相近原则，用28 W的T5荧光灯管代替36 W的T8荧光灯管，节电率为（36 W-28 W）/36 W=22.2%。而LED的发光效率是传统照明设备的1倍，光衰是传统照明设备的1/5，若使用LED替代传统T8荧光灯管，同时与整流器相配合，可节电49.5%以上[6—7]。

2.1.2 节能空调

结合电网公司使用空调的场所和特点，空调系统节能的主要途径有2种，下面分别展开分析。

（1）提倡使用中央空调

2011年南方电网某大型供电局对其供电大厦的中央空调系统部分设施进行了变频改造，其节电效果如表5所示。

表5 南方电网某大型供电局供电大厦中央空调变频改造节能效果

由表5可见，现有普通中央空调系统进行变频节能改造后，节电率约为30%。同时考虑目前市场上主流空调厂商变频空调系统整体节电率在20%～40%，故本文中取中央变频空调的节电率为30%进行计算。

综上，在办公楼、营业厅及变电站应尽量使用中央空调并对其进行变频节能改造，较单元式空调节电效果明显。

（2）分体式空调采用变频空调

分体式空调因其单台功率小的特点，更适合用于变电站、分散的小型办公和工作场所，以及建筑的局部场所。变频空调通过压缩机变频调速技术减少电能损失。目前，市场上主流空调厂商的变频空调产品相比于普通空调的节电率均在20%～40%，故本文取节电率为30%进行计算。

2.2 基于管理手段的建筑节电

电网企业建筑能耗管理可从完善组织机构与职责分工、完善能耗统计体系、线损“四分”管理和建立三级计量监测体系四方面着手。前3方面的工作，见参考文献[8]—文献[11]，本文主要针对建立三级计量监测体系展开讨论。

实行建筑能耗分级计量管理是建筑节电的一项基本措施。目前在欧美已有非常成熟的技术。据国外资料显示：实行集中能耗计量管理后，其节能率可达5%～10%。依照有关规定，应在公司内部组建节能减排工作领导小组，各归口部门设立计量工作管理机构和专（兼）职计量管理人员，负责企业能耗的管理。依次逐步在公司内建立相应的三级能耗计量监测体系。通过调研分析，本文提出的具体设置如下：

（1）办公大楼的三级计量设置

在办公大楼建立计量监督机构网络，以“大楼、部门、重点耗能设备”形成三级计量监督网。其中：一级计量是指以整个办公大楼为核算单位进行管理的计量点；二级计量是指以部门为核算单位进行管理的计量点；三级计量是指以重点耗能设备为核算单位进行管理的计量点，重点耗能设备主要是指空调系统、照明设备和电梯。

（2）变电站的三级计量设置

在变电站建立计量监督机构网络，以“变电站、功能室、重点耗能设备”形成三级计量监督网。分别为：①变电站站用电总表，以及变电站子项总表，包括：照明设备、空调系统、其他等3类；②变电站功能室总表，包括办公室、继保室等；③变电站重点耗能设备计量表。

3 实例分析

3.1 南方电网某大型供电局供电大厦节电改造方案

（1）照明设备改造

该大厦照明设备多为T8荧光灯（12 311支），其他各类灯只占少数。2010年该大厦年用电量1 067.49万kWh，其中照明设备用电量占9.32%（99.49万kWh）。对该供电大厦进的进行照明设备节能改造，改造方案为：①高潜力方案。全部照明设备更换为LED，节电率为69.58%；②中潜力方案。全部T8荧光灯管和卤素灯更换为LED，节电率为61.19%；③低潜力方案。全部T8荧光灯管更换为LED，节电率为59.19%。

（2）空调系统改造

南方电网某大型供电局供电大厦2010年耗电量为1 067.49万kWh，其中空调用电量占81.2%，即866.80万kWh。按照上文所述，取空调系统改造综合节电率为30%。

（3）改造效果

对南方电网某大型供电局供电大厦的照明设备和空调系统按照上述改造方案进行改造后，年节电效果如表6所示。

由以上分析可知，南方电网某大型供电局供电大厦进行照明设备改造和空调系统改造后，节电效果可观，每年最多可节电317.02万kWh。

3.2 南方电网某220 kV变电站节电改造方案

（1）照明设备改造

如前所述，该变电站改造前照明设备年耗电量为20.72万kWh。照明设备改造方案为：①高潜力方案。将变电站全部照明设备更换为LED照明设备，节电率为53.24%；②低潜力方案。将该变电站日照明时间超过10 h的照明设备全更换为LED照明设备，节电率为50.25%。

（2）空调系统改造

该变电站共配置了5种功率、共61台各类型空调，空调功率合计为202 kW。本改造方案主要考虑将空调更换为变频节能空调。更换后的节能计算原则为：对于1.5～5匹（1.2～4 kW）空调，按办公室及宿舍区域每天使用10 h，主设备室区域每天使用18 h计算，更换变频空调后节能率为30%。办公室及宿舍区域每年使用天数为200天，主设备室区域每年使用天数365天。

表6 南方电网某大型供电局供电大厦节能改造效果

对该变电站空调系统的改造分为以下2种方案：①高潜力方案。将所有空调更换为变频空调，节电率为35.44%；②低潜力方案。仅更换主设备室的空调，节电率为32.46%。

（3）改造效果

对南方电网某大型供电局供电大厦的照明设备和空调系统按照上述改造方案进行改造后，年节电效果如表7所示。

由以上分析可知，对该变电站进行照明设备和空调系统的节能改造后，每年节电量最大值为44.47万kWh。

4 南方电网建筑节电潜力概算

由于各地市节能减排潜力受到其经济发展水平、能源消费总量以及产业结构等方面的制约，存在较大的不确定性，难以精确分析并预测。故本文采取多种概算原则，以对南方电网所辖地区的建筑节电潜力进行分析概算。具体概算原则如表8所示。

表7 南方电网某220 kV变电站节能改造效果

由以上数据和概算原则，可得到南方电网一年通过建筑节电减少的电能消耗，具体数据如表9所示。

表8 南方电网建筑节电概算原则

表9 南方电网建筑节电潜力概算

由表9可知，进行针对照明设备和空调系统的建筑节电改造后，南方电网公司在高潜力方案下，每年可节电8.21亿kWh，折合标准煤10.09万t；在低潜力方案下每年可节电7.62万kWh，折合标准煤9.36万t。可见，电网企业进行建筑节电，有巨大的潜力。

5 结束语

将建筑节电作为电网企业节能减排的重点已势在必行，建筑节电也是电网企业存在巨大节能潜力的地方。本文通过分析电网企业建筑电耗的现状，论证了电网企业开展建筑节电工作的必要性，并针对在电网企业电耗中占比最大的照明设备和空调系统，有针对性地提出节能改造建议。通过实例分析，验证了本文所提改造建议的正确性与可行性。最后通过对南方电网节电潜力的概算，展示了电网企业进行建筑节电改造的巨大潜力。

：

[1]华虹,陈孚江.国外建筑节能与节能技术新发展[J].华中科技大学学报：城市科学版,2006,23(1)：148-152.

[2]于来福.节能减排：供电企业的重大责任[J].电力需求侧管理,2008,10(2)：39-39.

[3]梁境,武涌,金振星.大型公共建筑节能监管体系技术实现路线研究[J].暖通空调,2007.37(8)：13-18.

[4]丁宇.省级电网公司促进用户侧节能减排的思路分析[J].电力需求侧管理,2011,13(3)：10-14.

[5]Guan Xiaohong,Xu Zhanbo,Jia Qingshan.Energy⁃Efficient Buildings Facilitated by Microgrid[J].IEEE Trans on Smart Grid,2010,1(3)：243-252.

[6]刘艾,廖晓惠.LED灯具——未来节能灯具的发展方向[J].能源研究与管理,2009(1)：64-67.

[7]Alonso J M,Vina J,Vaquero D G,et al.Analysis and Design of the Integrated Double Buck⁃Boost Converter as a High⁃Power⁃Factor Driver for Power⁃LED Lamps[J].IEEE Transon Industrial Electronics.2012,59(4)：1 689-1 697.

[8]唐桂忠,张广明.公共建筑能耗监测与管理系统关键技术研究[J].建筑科学,2009.25(10)：27-30.

[9]杨秀,魏庆芃,江亿.建筑能耗统计方法探讨[J].建筑节能,2007,35(1)：7-10.

[10]南方电网综合能源有限公司.广州供电局供电大厦初步建筑能耗调查报告及改造建议[R].广州：南方电网综合能源有限公司,2009.

[11]张焱,高赐威,王磊.华东电力节能减排监管现状及措施分析[J].电力需求侧管理,2010,12(4)：5-10.

[12]广东省住房和城乡建设厅.广东省建筑节能“十二五”规划[R].广州：广东省住房和城乡建设厅,2011.

[13]中国南方电网有限责任公司.电网企业能耗现状及节能减排潜力研究[R].广州：南方电网综合能源有限公司,2005.

Building power⁃saving method of power grid enterprises and its potential analysis

FENG Tian⁃rui,HUANG Rui⁃yi,SHI Yi⁃li,YANG Jia⁃hao,OUYANG Sen
（South China University of Technology,Guangzhou 510640,China）

Building power consumptionis are analysed in de⁃tail by sorting the building type and expatiating the subentrymeasure⁃ment of power grid enterprises.The models of lighting equipment and airconditioning system are built because they account for the largest proportion of building power consumption.Then the power⁃saving countermeasures are discussed by proposing the power⁃saving rec⁃ommendations based on energy equipment and management tools.The power saving effect is showed by taking an office building of a large power supply bureau，a communication building and a 220 kV substation as examples.In the end of this paper,the budgetary esti⁃mateand countermeasureis madefor the overall building power⁃sav⁃ing potential of CSG.

power grid enterprises;building power⁃saving;potential analysis;energy consumption

TU111.195；F407.61

B

1009-1831（2013）05-0027-05

2013-05-16；修回日期：2013-08-26

国家自然科学基金重点资助项目（50937001）;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（012ZM0018）

冯天瑞（1989），男，湖北襄樊人，硕士研究生，主要从事电能质量分析与控制方向的研究。