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做如风电项目前期可行性研究是前提风电发展面临的问题和挑战
“十二五”以来,湖北省共投产风电装机51.5万千瓦,截至2014年底,全省风电投产装机60.79万千瓦,主要为钟祥华山观(大唐集团)、随州二妹山(华润集团)、大悟五岳山一、二期(中广核)、恩施利川(三峡新能源)、恩施利川齐岳山一、二期(省能源)等14个风电项目。全省已获得核准批复的在建和拟建风电场项目总装机约93.13万千瓦,已取得路条待核准规模159万千瓦,拟开展前期工作风电规模约124万千瓦。根据湖北省“十二五”电力发展规划,2015年省内风电装机容量将达到200万千瓦,占全省总装机规模的42%。在项目开发上处于落后地位的企业,应不断提高项目开发管理水平。
做好前期工作的指导思想和具体措施
分析外部建设条件。风电项目的外部建设条件直接制约项目的实施。项目前期要具体落实:征林征地、交通运输、电网接入系统、外送线路走廊、环保、地质、水文、军事设施等外部条件,并取得相关的协议或书面承诺。
深入项目可行性的研究。要进一步论证风电场建设的可行性,复核可研投资估算和经济评价是否符合企业投资管理规定。在山区等地形复杂且低于5万千瓦的风电项目,原则上应安装2基(含)以上测风塔进行测量。为减少推算误差,测风仪器的最高安装高度要达到风机轮毂高度。对于覆冰区域的风电场应同时观测温度和湿度参数。可行性研究中,每种单机容量应选取3种机型进行比选,要重点研究极端风速、湍流强度、风频分布以及限电等对机组载荷计算影响较大的因素特征。如果场内风资源分布相差较大,则需要根据实际情况采用混装方案。
强化设计优化工作。将“效益优先”的理念贯彻到前期工作各环节,针对湖北风电资源风速低、湍流强度较大、地势复杂等一些特点,尽早组织现场踏勘及地形图测绘。加强对工程量、工程造价的复核。重点做好微观选址、机型比选、道路优化等工作。同时,按总体规划、分期建设的要求,适时开展投运项目加密扩建规划研究,提高项目的整体投资效益。
重视征林征地工作。风电项目永久(临时)征地征林工作是工作难点,政策性强、征用范围大、涉及农户多、工作耗时较长。一是征林征地工作的启动时间应尽早,建议投资决策程序通过后,申请征林征地费用,再履行开工决策。二是要重视施工过程中生态保护,要加大工程建设中环保和水保的建设资金,建议概算要实际开列生态修复费用,并明确标准。三是要依法依规的办理用地用林相关行政许可手续。充分依靠地方政府及有关部门及时签订土地补偿协议;依靠乡镇政府和村干部给村民做好解释工作,取得村民的信任和理解。
控制好风电项目的造价是关键
风电造价管理面临的问题和难点
风电造价降幅放缓。据相关部门统计,风电概算单位造价逐年降低,2011年9732元/千瓦,2012年9036元/千瓦,2014年8619元/千瓦,为世界最低水平,主要受益于风机价格、原材料价格走低。2016年元旦开始,风电机组、风机发动机零件、风电设备零件进口关税税率由8%、8%、3%下降至5%、5%、1%,关税降低虽有利于国产风电设备成本的下降,也使进口风机与国产风机之间的竞争更加激烈,但风电机组目前暂无突破性技术可以大幅降低机组成本,占整个风电项目成本一半的风机购置成本下降空间较小。
环评和水保验收更加规范。风电大规模发展初期,地方政府默许项目在未取得土地、林业、环保等前置手续情况下开工建设,建设期间也疏于对水土保持、生态环境保护的监测管理,部分风电项目违规用地、乱砍乱伐给当地生态环境造成了显著的影响。目前,风电项目水保和环保验收条件逐年提高,不断增加工程的造价。
项目的建设条件和外部条件存在着风险。项目施工凡涉及到边界及征林征地补偿到位问题,协调难度不断加大。在征地补偿中,村民对补偿金额的要求往往超出政府文件规定,稍不如意,就直接阻工,造成项目全线停工。施工条件的恶化,拖延了工期,加大了工程投入资金。
做好工程造价控制的指导思想和具体措施
不断化道路设计方案。目前设计单位存在着“重设计、轻经济”的观念,概预算人员机械地按照设计图纸编制概预算,优化设计仅停留在口头。湖北省的风电项目大多在山区、野外施工,道路的设计深度不够直接影响着工程的造价。在已建成的风电项目中,由于存在未设计挡土墙、未充分考虑山路的转弯半径等设计深度不够的问题,造成的施工难度加大,造价难以控制的实例。因此,要不断优化道路设计方案,一要加强对施工图的审查施工图与实际情况不相符时,应及时组织设计单位、监理单位、施工方重新调整施工方案。二是推行设计监理制度。让一部分有经验的监理人员(最好是造价控制人员)参与到设计阶段来,减少设计过程中可能存在的缺陷与失误,提高设计质量,有效控制工程造价。
不断加强施工过程的管控力度。工程造价人员要及时收集整理同区域、同类型、同时期、同类型风场的造价情况,对不同标段的单位造价做到了然于胸,实时进行对标管理,能够依据山区的土石比、施工位置的海拔高度、运输设备的特性等分析出单位造价的合理性。主要做好以下工作:一是每月做好工程量的统计工作,每季度完成项目的造价分析,对比执行概算及时分析存在差异的原因,提出解决办法和措施,形成书面报告。二是每月针对造价统计与执行概算的差异,及时与造价咨询公司和跟踪审计公司探讨解决方案,对招标中的综合单价要进行拆分,形成单项价格,有利于过程结算不突破综合单价,尽早解决过程管控中的风险。三是要注意土石方工程的挖填平衡,避免出现大的弃渣,增加投资。四是及时做好工程归概工作,将合同的量、价、费归入执行概算,并依据工程进度及时掌握相关信息,严格杜绝超概情况发生。五是分清现场签证、设计变更、另外委托等事项,分门别类履行审批手续,确保过程管控程序的合理合法。
不断加强工程财务费用的控制力度。风电项目投资一般采用20%的自有资金;80%依靠银行贷款。财务费用占比较大,控制财务费用也是降低工程造价的重点。依据经验,首先确保项目资本金尽早及时到位。二是依据工程进度情况编制付款计划,合理安排资金,节约总体投资。在确保工程工期的前提下,要求对资金的控制做到及时、准确。三是加强与银行的协调力度,争取采用银行承兑汇票结算工程进度款,同时在工程和设备的招标过程、合同签订过程中关注票据结算的条款,必须协调施工方和设备厂家同意接受汇票结算方式,节约工程财务费用。
优化风电项目运营方式是保障
加强风场成本控制,持续提升企业经营质效。一是将预算管控与双提升、星级评定、区域对标等工作紧密结合,深化标准成本和成本管控模型应用,深入开展风电企业成本费用及资金对标工作,经济有效安排生产成本、合法合规列支人工成本、严格控制基建成本,管理成本,推进企业成本线不断下移,持续改善公司的核心管控指标及其排名。二是深入研究外送线路的运维管理方式。风场的外送线路属自建工程,风场不仅要承担线损(线损一般为0.5-0.6%),而且要承担线路的运行维护费用。要进一步降低线路损耗和运维费用,有效控制成本。三是进一步压降检修运维费用。风电场未配备区域检修人员,年度检修工作主要靠外委,外包项目中人工费用占合同价款的绝大部分,体现为检修费用,致使单位容量维修维护费用过高。建议按风场2.57人/万千瓦的标准,采取对外招聘、专业人才引进、一级人才岗位激励等方式,配置风场运维人员,加强区域检修力量,提高运维合一集约化管理水平,整合区域风场技术力量,加强人员调配管理。
【关键词】风电;产业链条;发展现状
引言
经过十多年的发展,我国风电行业形成了完整的产业链条和较大的产业规模,成为我国新能源产业的重要组成部分。据国家风电信息管理中心2012年度风电产业信息统计,截止2012年底,我国风电并网装机容量为6266万千瓦,同比增长31%,全年风电发电量1008亿千瓦时,风电发电量约占全国总上网电量的2%。
尽管风电发展取得了令人欣喜的成就,但相对于我国风资源储备,以及国家对风能在新能源产业中的战略定位,风电产业发展的道路只是刚刚开始,仍然处于成长期。而当前在产业链条各个环节上所暴露出来的问题,无疑是制约风电产业健康长远发展的现实障碍。本文试图从产业链条的角度找出风电产业发展中存在的问题,分析原因,探索对策,为风电产业发展略进绵力。
1、风电产业链条组成和运行机制
1.1风电产业链条组成
目前,我国风电产业链条包含三个组成部分:(1)风电设备制造业,负责风电配套设备研发、生产、安装和调试,包括整机供应和配件供应;(2)风电投资运维业,负责风电场的开发、建设、运行和维护;(3)风电服务业,风资源评估、风电标准体系建设、风电检测与认定,以及风电保险。三部分发展特点如下:
风电设备制造业:(1)风电配套设备运行可靠性被普遍重视;(2)以企业为依托的风电技术研发体系日益完善;(3)风电整机制造业上下游一体化发展趋势明显[1]。主要企业为:金风科技、联合动力、华锐风电、广东明阳、湘电风能和上海电气等。
风电投资运维业:(1)央企为主力军;(2)资金壁垒;(3)政府主导。主要企业为:国电(龙源)、大唐、华能、华电、中电投、中广核和京能等。
风电服务业:目前处于发展初期,未建立起完善的体系,对行业发展支撑力度有限。主要机构为:国家电网、南方电网、中国气象局风能太阳能评估中心、保险公司等。
1.2风电产业链条运行机制
风电产业链条运行机制概括为:以风电投资企业为主导和驱动力,以风电设备制造业为硬件供应,以风电服务业为服务支撑,沿着风资源评估—风电场规划—风电场建设—并网发电—风电场运维的主线运行。
2、风电产业发展中的问题及原因分析
2.1风电设备制造业
2.1.1产能偏离市场需求,产能过剩现象严重
据中国可再生能源学会风能专业委员会统计,2011年我国主要风电设备制造业产能已超过300万千瓦。但是,2011年国内新增风机装机容量仅为180万千瓦,这导致40%以上的国产设备产能处于闲置状态。目前2012年的有关数据尚未公布,但从主要风机企业披露的年度财务报表来看,风电设备产能过剩的现象得到了一定程度的改善,但仍保持着较大的库存。产能过剩的原因在于两点:一是,风电设备制造企业基于对于市场的乐观预期不断扩张生产规模;二是,风电设备制造业竞争日益激烈,企业通过扩大产能来增加竞争优势,提高项目中标概率。
2.1.2技术挑战日益增加,技术研发成为关键
由于风机运行环境复杂多变、风资源优劣千差万别,以及电网企业对风电并网的苛刻要求,导致风电投资企业对风电设备技术参数的要求十分严格。为满足要求,风电设备制造企业加大对风机等配套设备研发的投入,实现风机技术的创新。但是,这些新技术的应用在提高风机竞争力的同时,也带来了巨大的技术风险。一些风电设备制造企业刻意追求机组单机容量大和新机型应用速度快的效果,对引进技术的消化吸收和再创造能力不足,对产品质量重视力度不够,以至部分风电机组性能不稳定,出现了多起严重风机质量事故。随着海上风电产业的逐步发展,对风电设备制造企业提出了更高的挑战。能否生产出满足风电投资企业需求的风机,确保设备运行的稳定性和可靠性,成为整个风电设备制造业取得突破性发展的关键所在。
2.2风电投资运维业
2.2.1项目资金需求量大,资金回收速度较慢
据统计,每千瓦的风电投资需要7000-10000元,据此计算一个5万千瓦的中型风电场的建设资金在3.5亿元到5亿元之间。而风电运营收入靠售电实现,资金回收速度较慢,因此这巨额的资金大多需要企业从外部解决。当前,风电企业的主要融资渠道主要有:(1)银行贷款。通过所依托的集团做担保,或将电价收费权做抵押来获取建设资金;(2)上市融资。部分风电公司已经通过上市实现融资渠道的拓展。国家能源局在2020年的风电产能规划是20000万千瓦,可以估算出,未来7年内我国风电行业需要投资8700-12000亿元。在保障资金安全的前提下,获取低成本的资金来源成为风电投资企业提高运营效率和投资收益率的重要着力点。
2.2.2缺乏风电运营经验,存在专业人才缺口
目前,我国的前十大风电投资运维企业有七家都是中央企业,除了中广核以外均是以火电和风电为主业,在发展风电的理念和经验上,与国外成熟风电企业都有着相当的差距。同时,风电专业人才的缺乏也限制着风电行业的发展,这些专业人才覆盖风电场的规划、投资、建设、管理和运维。从某种意义上说,专业人才的数量和质量决定了风电产业竞争力的水平和提升速度。相较于火电和水电,风电的建设和运营环境更为复杂,更加凸显了行业人才和行业运营经验的重要性。
2.3风电服务业
2.3.1各方角色定位不清,运行机制不够顺畅
2012年,我国电力发电体制和可再生能源发展体制依然不顺,被业内广泛关注的《可再生能源电力配额管理办法》尚未,风电投资商、设备制造商、电网、地方政府和国家能源主管部门在风电开发中的责任缺少明确清晰的制度规定,缺乏统一的价值取向,部分规定未得到足够的重视,排斥、逃避责任的现象时有发生。这种各方定位模糊的情况,直接导致风电产业链的各个环节,如项目核准、电场建设、电网输送和调度,以及风电消纳和并网等方面存在责任不对接或不配套的情况,造成运行机制不通畅,影响风电产业的持续健康发展。2012年,我国风电总装机容量7532万千瓦,并网装机容量为6266万千瓦,接近17%的风电机组当年不能并入电网。除了风电机组仍需安装调试的原因外,风电场投资建设与电网建设未协调发展的问题依然是关键所在。
2.3.2政策执行力度不够,行业发展导向不明
风电产业快速发展的同时,面临着巨额投资和并网困难的两大难题,这决定了风电产业具有投资风险高,对国家政策依赖性强的特点。然而,一方面,风电收入依赖国家补贴,《可再生能源法》的出台,虽然制订了“可再生能源发电全额保障性收购”的条款,但是收购价格未定、对电网不收购行为缺少对应的惩罚措施,导致政策的执行力度减弱;另一方面,风电接入电网缺乏政策导向,管理体制仍需完善、利益分配不均衡,电网公司面临风电上网和远距离输送成本费用高、技术难度大等问题,导致电网公司接入风电并网的意愿不强,风电并网难度大的问题一直得不到改善。如果不解决行业导向问题,风电发展的健康性和发展速度势必受到严重限制。
3、风电发展对策分析
3.1加快建设行业标准,共享行业运行数据
行业标准建设的完善程度是一个产业发展成熟程度的重要标志,可以有效推动行业内企业协同发展。建立风电行业标准,应该包括风电技术标准和风电场运营标准,具体内容为:(1)风电技术标准,包含风电设备技术参数、风机微观选址标准、并网技术标准和风电项目建设标准等,满足风电企业在风机选型、电场建设验收和风电并网等方面的需要;(2)风电场运营标准,包括不同类型风电场的运营条件标准、安全标准、人员标准以及成本标准等。同时,国家有关机构对风电行业数据及时收集和共享,使行业内的企业和非企业机构对风电行业的发展有较为清楚和深层次的认识,加强企业风险意识,促进不断调整发展方向,提高企业运营能力。
3.2平衡参与各方利益,明确行业发展导向
风电产业的快速发展是国家产业政策倾斜的结果,风电产业的健康稳步发展需要建立在各方共同利益得到平衡的基础之上。由于风电场通常建设在偏远地区,其并网、输送成本都相对偏高,这使得电网在电力调度上倾向于对风电限电。因此,平衡风电投资企业、火电企业和电网之间的利益关系,明确整个电力行业的发展导向,为风电产业创造适宜的发展环境,对风电产业乃至整个电力行业的发展至关重要。尤其是当前受欧洲经济形势低迷、CDM市场疲软的情况下,风电产业的发展更需要相关各方的支持。
3.3创新产业合作模式,解决人才技术难题
风力发电技术难题的解决有赖于技术人才,归根结底是人才培养模式和创新合作机制的问题。首先,建立以风电企业为主体,科研院所和高等院校为阵地的产学研创新合作模式是解决风电技术难题的根本途径,通过整合资源、联合创造、合理安排市场份额和知识产权,使科研院所、高等院校和风电企业优势互补、共同发展[2];其次,要建立企业与高校联合培养的风电人才培养模式,同时加大对外合作力度,为风电人才出国深造创造条件,培养一批具备专业知识和科研能力的风电技术人才,为我国风电产业发展提供强有力的人才保障。
4、结论和展望
依托我国经济发展导向处于转变的发展机遇,风电作为较为成熟的新能源之一,风电产业在能源结构调整中的作用会日趋显著,因此,我们有理由相信,只要能够完善风电产业标准体系、有效平衡参与主体利益、构建产学研合作模式以及加大人才培养的相关投入,我国风电产业未来将会实现更健康长远的发展。
参考文献
[1]2012中国风电发展报告,中国可再生能源学会风能专业委员会,2012:44-47
[2]杨威.促进我国风电可持续发展的激励机制与产业政策研究[D].北京:华北电力大学,2011:58
我国能源互联网概念的提出,是信息通信技术和互联网理念与传统能源电力深度融合的集中体现。
我国能源互联网具有五个特点:1)电网骨干网架广泛互联,可以通过电网实现大规模清洁能源的大范围优化配置;2)促进信息与能源深度融合,通过提高能源系统的可观性和可控性,实现荷-网-源的深度互动;3)推动多种能源互补协调,可以因地制宜的通过与燃气、热力、车联网、制冷、储能等系统的互补协调,提升可再生能源的利用比例,并提高能源使用效率;4)具有互联网理念融合下的商业模式创新机制,能够在能源系统本体之上形成连接消费者、生产者、制造商、运维商等各方;5)具有能源商品价值的实现机制,通过能源互联、信息互联以及市场交易机制的整体协同,满足用户对多种用能和产销者一体化服务的需求。
能源互联网与智能电网的范畴总体一致,但与智能电网强调发-输-变-配-用电以及调度、通信等电网各环节的智能化、信息化与互动化相比,能源互联网更加突出了用户需求、交易业态、多能互补三大“亮点”。可以说,抓住这三个亮点,也就抓住了从智能电网到能源互联网发展机遇的“牛鼻子”。
能源互联网下的典型业态新模式
1、以虚拟电厂为代表的交易新模式
随着分布式可再生能源、电动汽车的蓬勃发展,越来越多的用户具有“产消者“一体化的身份,既是电能的生产者也是电能的消费者。此类用户需求的大量出现,也催生出了新的业务模式。例如,虚拟电厂就是一类典型的技术与商业模式相结合的新业态,德国分布式可再生能源的快速发展很大程度上得益于这类新模式的推广应用。虚拟电厂(Virtual Power Plant; VPP)是一种聚合协调分布式能源参与电力市场交易的增值服务模式,通常由商业型虚拟电厂(Commercial VPP; CVPP)和技术型虚拟电厂(Technical VPP; TVPP)组成。
从运行机制和功能看,CVPP是从商业收益角度考虑的虚拟电厂 ,是分布式电源(Distributed Energy Resource; DER)投资组合的一种灵活表述。其基本功能是基于用户需求、负荷预测和发电潜力预测,制定最优发电计划,并参与市场竞标。而TVPP则是从系统管理角度考虑的虚拟电厂,考虑DER聚合对本地网络的实时影响,并代表投资组合的成本和运行特性。TVPP整合CVPP提供数据以及网络信息(拓扑结构、限制条件等),计算本地系统中每个DER可作出的贡献,形成TVPP成本和运行特性。TVPP的成本及运行特性同传统发电厂一起由TSO进行评估,一旦得到技术确认,技术型虚拟电厂将控制DER执行发电计划。
从可提供的业务服务来看,首先,在发电侧,虚拟电厂通过制定发电计划,以节约发电成本,减少电能浪费,帮助新能源发电参与上网竞价,促进发电的管理更加科学、有序。其次,在交易侧,虚拟电厂通过智能融合实时市场数据信息,优化能源投资组合方式,对即将进行的交易数据进行监测和管理,最终使电力交易侧合理有序地运行。第三,在售电侧,通过先进的量测技术,实时反馈用户侧的电能需求信息,实现对用户侧用电特性的分析,并进行负荷分类,作为发电计划制定依据。第四、在用电侧,虚拟电厂可实时监控用户用电状况,对于拥有新能源发电的用户,智能调整和优化用户的用电方式,提供用电账单核对功能。第五、在电网侧,虚拟电厂可实现电网实时监测,管理负荷信息,使得电网得以持续高效稳定地运行,并在电网故障时,进行分析判断,最大限度地降低损失。
从实际应用成效看,由德国西门子公司和RWE发电公司于 2008年联合发起专业虚拟发电厂(ProVPP) 项目在德国Niederense试点地区已正式进入运行。在ProVPP项目中,通过将新能源发电与电力大用户(例如: 炼铝厂、大型钢厂等高耗能企业)进行联合,利用能量调度系统与信息管理系统进行统一管理,使得电力供应趋于一体化、结构化。
分布式发电管理系统(DEMS)是该项目的核心,也是该项目的智能管理和控制中心,不但可以显示发电系统的当前状态,还可以生成预测和报价信息,以及按系统制定好的发电计划控制电能的生产。与此同时,该系统集成了 TVPP与CVPP的功能,一方面为业主提供整个电厂系统内各机组的实时负荷状况和发电量等状态参数,另一方面,自动将发电厂的运行状态信息与市场预测信息相比较,生成预测数据信息。最终,在电力贸易商给出报价之前,发电经理批准分布式发电管理系统所给出的价格后,由其给每座虚拟电厂分配运行计划,从而准确设定了各发电厂在规定时间必须生产的电量。
2、以能源站为代表的多能互补新模式
针对用户终端的冷、热、电、气等多元化能源需求,越来越多的基于区域供能系统设计、运营和维护的综合能源供应商涌现出来。通过构建区域级的能源站将各个类型和等级的能源系统有机连接,集中分配冷、热源和电能到各类负荷终端,不仅具有显著的环保价值,还可以通过获取通过集中空调制冷、热水的生产和销售所带来的规模效益。
从系统组成看,能源站通常采用集中供冷、供热、供电系统,一般可再生能源系统、热泵系统是能源生产的主体供应方,同时辅以燃气轮机、冷热电三联供系统以及蓄能装置等设备配合,共同构成一个典型的能源站,通常能源站规模较小,与大电网相连,少数也可独立运行。
在运行方面,能源站属于靠近用户端的多能源梯级利用综合设施。以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户附近,可独立输出冷、热、电、气等能源。各供能设备既相互独立又融合贯通,具备一定的独立供能能力。通过能源站的形式,可以根据用户的不同类型用能需求灵活调节不同种类能源的输出比例,也可发挥各能源间的互补联动特性,获得消峰填谷、出力互补优势。此外,若其中某个设备出现故障,可以及时调配能源站内的其他设备进行备用,以保证能源站整体系统的可靠运行。
在运营模式上,可以根据用户的类型和用能特性差异化设计商业运营模式。对于用户数量多、用能规模小的分散化用户,可以采取常规零售或包年套餐等模式,成为售电企业的新的盈利领域;对于单一大型用户,可以提供整体解决方案,并利用合同能源管理等模式。
从实际应用成效看,天津市已开始试点推广部分综合能源站。比较典型的模式是以土壤源热泵+冷水机组+烟气型溴冷机组构成区域内供热供冷系统,为一组建筑群提供冷、热、电综合能源服务。电制冷机组主要在夏季白天工作时间段开启,直接向用户侧提供冷水。热泵机组能够实现冬季制热、夏季制冷,运行工况又分为直供工况和蓄能工况。直供工况一般在白天,土壤源热泵机组向用户侧直接提供空调冷水和热水;土壤源热泵机组与能源站设置的蓄能水罐构成土壤源热泵复合水蓄能系统。土壤源热泵夜间开启,向蓄能罐提供冷水和热水进行蓄能。白天蓄能罐经由蓄能板换向用户提供空调冷水和热水。系统实现了制冷、制热用电的移峰填谷以及热泵机组的间歇运行。烟气余热型溴冷机组与能源站内配置的燃气内燃机发电机组相联接,构成三联供系统。
发展机遇与建议
我国能源互联网的发展刚刚起步,未来三年将是试点示范的重要阶段。建议能源企业从三个方面把握机遇、力争主动。
一是积极通过产业联盟等方式建立健全标准体系。目前,我国能源互联网的发展主要集中在用户侧,特别是在试点阶段,重点是探索区域级的方案和模式。确保多利益主体参与、多重设备互联、多类能源互补运行的前提就是建立规范、互操作的技术标准体系。由于配用电侧的发展一直是我国电网发展的薄弱环节,设备设施水平参差不齐,许多标准不通用不兼容。因此,积极推动形成政府主导、各方参与、合作共赢的产业联盟,建立健全标准体系,将为市场化、规模化发展奠定坚实基础,有利于占据发展主动。
二是积极推动大云物移等信息技术在能源领域的深度应用。我国能源互联网发展的重要驱动力就在于信息革命在能源领域的价值释放,运用比特管理瓦特,实现比特与瓦特的深度融合是大势所趋。加快在信息物理融合、电力大数据与云平台、用户行为分析、分布式能量管理、能源区块链等技术领域实现突破,率先将技术转化为商业化应用模式将成为把握市场先机的关键。
关键词:绿色建筑 电气设计 供配电系统 可再生能源 智能化系统
Abstract:According to the requirements of “Green Building Evaluation Standard”,simply describes the electrical design of green building in outpatient ward building of Shandong TCM hospital.
Key words: Green buildingPower supply and distribution system Measurement
Renewable energyIntelligent system
山东省中医院门诊病房综合楼,主要功能为门诊、医技、病房、手术及配套辅助服务设施。地下1层,地上14层,局部机房层。建筑面积50300m2,建筑高度59m。建筑为一类高层,耐火等级为一级,楼面均为现浇板,结构形式为框剪,基础形式为筏基。
绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。
山东省中医院门诊病房综合楼是山东省中医院精心打造的一个绿色医疗建筑项目。在设计阶段就定位于绿色医疗建筑,严格按照《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006的规定进行设计。绿色建筑电气设计在山东省中医院门诊病房综合楼项目中的应用主要体现在以下几方面――
一、建筑场地安全范围内无电磁辐射危害和火、爆、有毒物质等危险源
综合楼在地下一层设变配电室,变配电室上下及四周贴邻部位均为人员常驻场所,且变配电室室内墙、地、顶板面均做防辐射处理措施。变配电室内设无管网气体灭火及火灾自动报警装置。综合楼的供氧机房设在综合楼外面,与本建筑保持足够的安全距离。
二、场地环境噪声符合现行国家标准《声环境质量标准》的规定
《声环境质量标准》GB3096-2008规定了五类声环境功能区的环境噪声限值及测量方法。对于综合楼需要保持安静的区域,应满足1类环境功能区的要求:昼间55dB,夜间45 dB。柴油发电机房、空调机组、水泵运行的噪声符合环境噪声等效声级限值的要求,排烟井均排烟至屋顶,水泵安装基础均设减震措施。
三、不采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源
综合楼在采暖和制冷的方案制定时避免采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源,而是采用VRV多联机进行采暖及空气调节。
四、避免选用淘汰产品及设备
综合楼在设计阶段避免选用淘汰产品及设备,电气淘汰产品目录查阅国家经贸委的《淘汰落后生产、工艺和产品的目录》。除避免选用淘汰产品外,选用的电气设备、器件和线路还需满足产品制造标准中的节能指标要求。
五、使用节能型变压器
(一)本综合楼选择用SC(B)10节能型变压器,正确选择变压器的变压比和电压分接头
(二)合理选择变压器的容量和台数
选择变压器容量和台数时,根据负荷情况,综合考虑投资和年运行费用,对负荷进行合理分配,选取容量与电力负荷相适应的变压器,使其工作在高效区。本综合楼选择4台1250KVA干式变压器,变压器负载率保持在70%~80%左右,其中两台专供空调等季节性负荷,在不用空调的季节可以停掉变压器。
(三)加强运行管理,实现变压器经济运行
在综合楼负荷变化的情况下,如投运变压器台数和容量不变,其负载率和运行效率都将发生变化,使其超出经济运行范围,因此要及时投入或切除部分变压器,防止变压器轻载或空载运行。
六、设计高效节能的供配电系统
(一)供配电系统线损率
从电网到综合楼的电能,经一次或二次降压后,经高、低压线路送到地下一层变配电室,构成综合楼的供配电系统。电能在变压输送过程中造成损耗,这部分损耗称线变损或简称电损,综合楼在设计上满足《评价企业合理用电技术导则》 GB/T3485中规定线损率要求:一次变压不得超过3.5%;二次变压不得超过5.5%;三次变压不得超过7%。
(二)供配电系统节能的主要环节
1.合理设计供配电系统
根据综合楼的负荷容量、供电距离及分布、用电设备特点等因素,合理设计供配电系统和选择供电电压,进户选择10KV电压,供配电系统简单可靠,同一电压供电系统配电级数不超过三级。
综合楼变配电室、各层配电小间位置靠近负荷中心,缩短供电半径,减少线路损失。
配电系统注意减少供电电压偏差、降低三相低压配电系统的不对称度、单相负荷尽量均匀平衡到三相负荷中,以减少电压损失。
降低系统阻抗。合理选用导线材质和截面,当供电距离较远时计算至用电末端的电压降进而采取提高导体截面等措施弥补。
对部分大面积长时间照明场所按经济电流密度合理选择导线截面。
2.提高功率因数减少电能损耗
提高变压器二次侧的功率因数,可使总的负荷电流减少,从而减少变压器的铜损。提高了功率因数,减少了无功电流,相应减少了线路及变压器的电流,从而减少了电压降。另外在基建时提高了功率因数,减少了电源线路的截面及变压器的容量,节约设备投资。
提高功率因数的措施:减少供用电设备的无功消耗,提高自然功率因数;
用静电电容器进行无功补偿:按全国供用电规则规定,高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户,在当地供电局规定的电网高峰负荷时功率因数应不低于0.9。
七、各房间和场所的照明功率密度值不高于现行国家标准规定的现行值
各房间或场所的照明功率密度值不高于现行国家标准《建筑照明设计标准》GB50034-2004规定的现行值,见表1。
八、建筑室内照度、统一眩光值、一般显色指数等指标满足现行国家标准
(一)综合楼各室内照度见上表、眩光值、显色指数等指标也要满足上述国标要求
(二)采用高效长寿命光源
综合楼主要采用T8单双管荧光灯作为主要光源。T8灯管由于其直径减少,体积减少近一半,荧光粉等有害物质耗量也减少,大大有利于环保。
(三)采用高效节能的照明灯具
灯具是除光源外的第二要素,而且是不容易为人们所重视的因素。灯具的主要功能是合理分配光源辐射的光通量,满足环境和作业的配光要求,并且不产生眩光和严重的光幕反射。综合楼在选择灯具时,除考虑环境光分布和限制眩目的要求外,还考虑灯具的效率。设计对于高光效灯具的基本要求如下:
1.灯具效率要满足《建筑照明设计标准》GB50034-2004的要求。
2.较高的光通维持率。
3.配光合理、品种齐全,以适应不同体形的空间,不同使用要求(照度、均匀度、眩光限制等)的场所的需要。
4.与新型高效光源配套、系列较完整。
(四)采用高效节能的照明电器附件
选用节能型电感式镇流器和电子镇流器。提高镇流器的质量,对节能很有意义。若使用电感镇流器,则应带电容补偿,使每个灯具的功率因数在0.9以上。
(五)采用合理的照明控制
在综合楼的走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明,采用DDC楼宇自控系统集中控制,并按建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制措施。有天然采光的楼梯间、走道的照明多采用节能自熄开关。每个照明开关所控灯具不多。照明场所装设有两列或多列灯具时,按下列方式分组控制:所控灯列与侧窗平行。
九、冷热源、输配系统和照明等各部分能耗进行独立分项计量
综合楼各科室及公共用电、用冷、用热均设智能计量表进行远传管理,有功电度表准确度等级不低于1.0级,所配电流互感器不低于0.5级。
十、根据当地气候和自然资源条件,充分利用太阳能、地热能等可再生能源
可再生能源产生的热水量不低于建筑生活热水消耗量的10%,或可再生能源发电量不低于建筑用电量的2%。
综合楼设集中太阳能热水系统,大楼各病房、诊室、卫生间等所用热水均采用由太阳能热水系统供给,大楼不设电热水器。在屋面设太阳能光伏系统,整个系统与现在配电系统并网,光伏系统发电量达到3%。
十一、设备、管道的设置便于维修、改造和更换
综合楼在各层设强电间、弱电间各一个,所有电气主竖向管线、桥架均在强弱电间敷设。水平向在吊顶内敷设,与设备管线保持合适距离,并在相关位置预留检修口。
十二、建筑智能化系统定位合理,信息网络系统功能完善
综合楼设置技术先进、经济合理、实用可靠的智能化系统,用以增强综合楼的科技功能和提升建筑物的应用价值且具有可扩性、开放性和灵活性。具体有:紧急广播和公共广播系统、安全防范系统、停车场管理系统、IC卡系统、综合布线系统、卫星电视与有线电视系统、电话程控交换机、计算机网络设备、综合医疗信息管理的软件与硬件、触摸屏信息查询系统、医用对讲系统、视频示教系统等。
信息系统的具体构成。
十三、建筑通风、空调、照明等设备自动监控系统技术合理,系统高效运营
(一)综合楼内的建筑设备(除消防设备外)按照集中管理分散控制的原则,采用楼宇自动化控制设备对其进行监视、控制和维护
(二)楼宇自动化系统的设置充分考虑以节能、管理操作方便和节省人力为主要目的
(三)设计对综合楼内的系统进行监视和控制
1.冷源系统及热源系统;
2.空调系统及送排风系统;
3.大楼内、外公共场所的照明系统(如:对内部的公共走廊、外部的标志照明、立面照明、路灯照明及庭院照明等);
4.电力系统(高低压变配电);
5.给排水系统;
6.医疗用气系统(氧气、真空吸引、压缩空气、笑气、氮气等);
7.电梯设备。
(四)各机电系统的监控原则
所有的机电设备应能通过楼宇控制设备进行自动控制并对其手/自动状态、运行和故障状态进行监视。建筑设备监控系统的主机宜设置在消防控制室,通过计算机显示终端完成对所有机电设备的监视、操作和管理。
十四、病房家庭化
病房家庭化是为了提高治疗效果,增加病员的亲切感,产生“宾至如归”的感觉。在极其有限的空间内,实现家庭化,我们在设计省中医综合楼时,连普通病房都设在空调、卫生间、电视、电话、宽带网络接口;每位病员床头均安装有设备带,内设有中心供氧、吸引,对讲和台灯及其电灯开关;每个病房内还设计了可调节的公共背景音乐系统;高级病房及危重病房设备更多。
十五、环保措施
(一) 所有变压器均采用低噪声变压器
(二)优化电磁环境
严格选用电磁兼容性能符合国家标准的电子、电气设备,保持对辐射干扰源的防护间距。
(三)治疗室、病房内采用棱晶面的格栅灯,减少眩光对卧床患者造成的不适
(四)大楼电缆和电线
采用的WDZ(N)-YJE-0.6/1.0KV、WDZ(N)-BYJ-0.45/0.75KV无卤低烟阻燃(耐火)型,具有阻燃、无毒、无公害等优点,在满足普通电力电缆性能基础上,能将电缆燃烧时发烟量、毒性指数、pH值测试降到较低。部分消防类干线采用的矿物绝缘电力电缆因结构组成中不含有机材料,完全无烟无毒,即使将铜融化也不会产生烟雾和毒气。
关键词:电厂节能减排;自动化技术;运用
煤炭资源不足制约了我国电力企业发展,要解决这一问题,节能是关键。人们的生活水平逐渐提高,其对环境具有更高的要求,因此企业走向绿色、低碳生产方式是企业发展的根本目标。火电厂的污染严重,始终是节能减排的主要对象。而自动化技术在电厂节能中的应用主要体现为自动一体化系统的运用、生产自动化与管理信息化的结合以及节能产品的应用。下文我们将从这三个方面进行分析。
一、自动一体化系统的运用
实现企业的信息化和自动化是其发展的最终目标,要实现这一点,技术的革新是关键。电力企业虽然是传统行业,但自动化技术的运用仍然能够提高其运行效率,实现节能减排,满足企业社会发展需求。火电厂在发电过程的主要原料是煤炭,其自动化系统的运行主要以节能减排为主。过程自动化系统是电力企业一体化系统的主要表现形式,其由过程控制层、经营规划层和制造执行层共同组成。这要求电力企业在发电过程中应逐渐提高工艺技术,并且购进先进的设备,以建立全过程的自动化运行系统。
工业自身具有耗能高、污染严重的特点,火电厂更是重中之重。因此,在企业中采用节能减排的控制装置和高度优化的系统,实现高端工业自动化是企业生产的目标,是电力企业产业化进程中的重要步骤。目前,火电厂的自动一体化系统和相关技术主要表现为:固体废物焚烧的最优控制技术,除尘与脱硫优化技术以及分离和控制技术。其中,无论何种模式的自动化系统,其主要目的是为了实现发电过程的节能减排。
二、生产自动化与管理信息化的应用
工业控制自动化技术是指由自动化的硬件、软件以及自动化系统构成的信息处理技术。工业生产自动化基于控制理论,并以计算机为依托,对发电企业的生产过程进行监测和分析,从而促进其产品质量的提高。通过检测、优化、调度和管理等一系列的措施,实现企业的节能减排,因此我们说工业控制自动化技术是一项具有综合特征的技术。随着计算机技术和网络系统的先进化,工业自动化逐步实现,在火电厂中出现了先进的检测器,单片机技术,使工业质量控制和信息管理实现了无线化,提高了管理效率。我国自动化生产中存在着重技术、轻管理的问题,使得企业管理信息始终落后于生产信息,出现一系列的管理矛盾,责任划分不明确,人机一体化并未充分体现。而要维持火电厂的可持续发展,实现企业的生产自动化与管理信息化生产有机结合是其必然途径。
三、节能产品的应用
火力发电厂的主要原料是煤炭,其自身具有污染大的特点。要从根本上改变这一问题,应从开发节能减排产品为主,减少煤炭的使用,合理利用新开发能源,改变发电形式是企业生产的重点。现代企业的节能产品开发主要表现为以下几个方面。
第一:企业节能产品的生产应与国际接轨,将国外先进的产品和技术引入国内。将煤炭发电技术转化为其它发电技术,在发电过程中采用多种节能技术。
其次:利用微电脑技术设计电子跟踪检测技术、电子安全保护技术和移相控制技术等电子技术利用一系列的技术来提高电机输出功率,使其同负载功率的需求保持一致,从根本上实现节能减排。
另外:在火电厂节能减排的过程中,逐渐出现了ABB节能技术、AFE等技术。其主要目的在于利用先进的技术开发可再生资源或污染小的新能源,并利用自动化控制系统进行信息和产品的管理,从而促进可再生能源的生产、存储和运输以及应用效率的提高。
四、总结
我国发电企业以火电厂为主,其主要资源为煤炭。由于煤炭自身具有污染大的特点,因此实现节能减排是发电企业的重要目标之一。针对社会需求和国家相关政策,要求我国火电厂引进先进的节能减排技术,满足环保、节能等要求。针对我国当前火电厂机组能耗情况以及国家相关部门对火电厂节能、环保方面提出的要求,节能减排是电厂发展的关键。(作者单位:海南师范大学)
参考文献:
[1]任继德.自动化技术在电厂节能减排中的应用研究[J].中国科技信息,2014(17).