潘 露，高鵬飛

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)電力有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443099)

中國(guó)葛洲壩電力公司辦公大樓坐落于宜昌市沿江大道和東湖二路交匯處，始建于20世紀(jì)70年代。辦公樓建筑共計(jì)9層，建筑總面積約為3 300 m2，因年久失修致使辦公樓出現(xiàn)多處安全隱患，如窗臺(tái)檐板鋼筋裸露、塑鋼窗漏水、外墻脫落等。為較好的展示中國(guó)葛洲壩電力公司整體形象，突出公司在綜合能源領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，綜合運(yùn)用光伏、儲(chǔ)能、智能照明、智慧樓宇綜合能源管理系統(tǒng)等技術(shù)，將原辦公樓改造為行業(yè)領(lǐng)先的智慧樓宇。通過(guò)辦公樓綜合能源項(xiàng)目的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了樓內(nèi)多種能源全生命周期在線監(jiān)測(cè)、優(yōu)化調(diào)控、運(yùn)行維護(hù)、計(jì)量結(jié)算，保證能源智能和智慧供給。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽(yáng)能資源分布廣泛且取之不盡、用之不竭。太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有安全可靠、能源質(zhì)量高、無(wú)噪聲、無(wú)污染排放、無(wú)需消耗燃料、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，是一種最具可持續(xù)發(fā)展理想特征的可再生能源發(fā)電技術(shù)[1-3]。

本項(xiàng)目辦公樓屋頂呈波浪形，傾角34°，面積約200 m2(見(jiàn)圖1)。為最大程度的利用屋頂面積，光伏組件根據(jù)屋頂傾角來(lái)布置，共安裝110塊YL310D-30b型單晶太陽(yáng)能電池組件，單塊容量為310 Wp，總?cè)萘繛?4.1 kWp(見(jiàn)圖2)。設(shè)置1臺(tái)SUN2000-33KTL型組串式逆變器(最大輸入直流功率36 kW，額定輸出功率33 kW)和2臺(tái)SK-SU5000E儲(chǔ)能逆變一體機(jī)(最大輸入直流功率7 kW，額定輸出功率5 kW)。其中接入SUN2000-33KTL型組串式逆變器的光伏組串由22塊組件串聯(lián)而成，共3個(gè)光伏組串匯入逆變器；接入SK-SU5000E儲(chǔ)能逆變一體機(jī)的光伏組串由11塊組件串聯(lián)而成，共4個(gè)光伏組串，每2個(gè)組串接入一臺(tái)儲(chǔ)能逆變一體機(jī)，逆變器交流側(cè)通過(guò)電力電纜接至并網(wǎng)配電箱。據(jù)計(jì)算，光伏系統(tǒng)每年發(fā)電量約2.74萬(wàn)kWh，減少CO2排放約27.32 t。

圖1 原始辦公樓屋頂

圖2 安裝光伏組件后的辦公樓屋頂

2 儲(chǔ)能系統(tǒng)

儲(chǔ)能系統(tǒng)既可以作為獨(dú)立的單元接入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)起到削峰填谷、補(bǔ)償無(wú)功等作用；也可以與新能源組成風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)，平滑發(fā)電側(cè)新能源并網(wǎng)功率。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可與新能源發(fā)電系統(tǒng)在負(fù)荷中心組成微網(wǎng)系統(tǒng)，提升電能質(zhì)量、提高供電可靠性[4-6]。

為提高能源利用效率，本項(xiàng)目在建設(shè)34.1 kWp光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，同時(shí)建設(shè)兩套5 kW容量的儲(chǔ)能裝置，組屏布置于一樓配電室內(nèi)。儲(chǔ)能裝置包括：逆變器、蓄電池及相關(guān)附件。當(dāng)光伏系統(tǒng)發(fā)電時(shí)，儲(chǔ)能逆變器優(yōu)先向蓄電池充電，蓄電池充滿后余電上網(wǎng)；當(dāng)市電停電及光伏系統(tǒng)未發(fā)電時(shí)，蓄電池通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后給辦公樓重要負(fù)荷供電。整個(gè)電氣系統(tǒng)接線原理圖如圖3所示。

圖3 電氣系統(tǒng)接線原理圖

3 智能照明系統(tǒng)

智能照明系統(tǒng)是利用先進(jìn)的電磁調(diào)壓及電子感應(yīng)技術(shù)，對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與跟蹤，自動(dòng)平滑地調(diào)節(jié)電路的電壓和電流幅度，改善照明電路中不平衡負(fù)荷所帶來(lái)的額外功耗，提高功率因素，降低燈具和導(dǎo)線的工作溫度，以高能源效率確保建筑物不同場(chǎng)所獲得理想照明[7]。

本辦公樓共9層，每層設(shè)置一個(gè)照明箱，共計(jì)37個(gè)照明回路。每個(gè)照明回路配置一套智能照明控制終端，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指令控制。每3層采用一個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)通訊和管理智能照明控制終端。無(wú)線網(wǎng)關(guān)與核心控制器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)與整個(gè)綜合能源管控系統(tǒng)互通互聯(lián)。該系統(tǒng)可通過(guò)設(shè)置照明回路的開(kāi)啟數(shù)量及順序以達(dá)到不同的燈光環(huán)境，實(shí)現(xiàn)照明的智能情景控制(見(jiàn)圖4)。同時(shí)該系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，在電梯廳、公共走廊、衛(wèi)生間等區(qū)域安裝智能測(cè)控器，即可實(shí)現(xiàn)人體感應(yīng)控制照明自動(dòng)通斷。

圖4 智能照明系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4 智慧樓宇綜合能源管理系統(tǒng)

智慧樓宇綜合能源管理系統(tǒng)集樓宇設(shè)備的監(jiān)控、調(diào)度、分析、管理于一體，縱向網(wǎng)絡(luò)貫通、橫向數(shù)據(jù)融合。智慧樓宇能源管理系統(tǒng)定位“平臺(tái)化、自動(dòng)化、信息化和智能化”四個(gè)方向，努力實(shí)現(xiàn)“安全、舒適、節(jié)能、增效”四個(gè)目標(biāo)。本項(xiàng)目設(shè)置一套可視化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的綜合能源管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)軟件界面如圖5。該系統(tǒng)通過(guò)云平臺(tái)對(duì)辦公樓能源信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、展示、計(jì)算和分析，主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

圖5 智慧樓宇綜合能源管理系統(tǒng)軟件界面

1)實(shí)現(xiàn)對(duì)屋頂光伏系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，響應(yīng)“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)、就近消納、電網(wǎng)調(diào)節(jié)”的運(yùn)營(yíng)模式。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏組件、蓄電池組、逆變器的監(jiān)測(cè)，根據(jù)光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、功率預(yù)測(cè)和優(yōu)化運(yùn)行等數(shù)據(jù)的分析，達(dá)到光伏發(fā)電高效利用和系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。

2)實(shí)現(xiàn)對(duì)變配電、照明、消防、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、供水管網(wǎng)等子系統(tǒng)的大融合，匯總后由云平臺(tái)統(tǒng)一調(diào)度。

3)采用實(shí)時(shí)能源監(jiān)控、分項(xiàng)能源統(tǒng)計(jì)分析、優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)減少能源消耗。通過(guò)重點(diǎn)能耗設(shè)備監(jiān)控、能耗費(fèi)率分析等多種手段，使管理者能夠準(zhǔn)確掌握能源成本比重及發(fā)展趨勢(shì)，制訂有針對(duì)性的節(jié)能策略。

4)實(shí)現(xiàn)建筑最優(yōu)管理和指揮，優(yōu)化能源效益，降低樓宇運(yùn)營(yíng)成本。

5)監(jiān)控辦公環(huán)境舒適信息，主要包括環(huán)境的溫度、濕度、空氣質(zhì)量指標(biāo)等。

6)具有開(kāi)放的兼容性，保證后期接入的子系統(tǒng)(例如新能源汽車(chē)充電樁等)能接入樓宇綜合能源管理智能化系統(tǒng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

作為智慧城市的重要組成部分，樓宇型智慧能源是未來(lái)發(fā)展的主要方向。智慧能源包括新能源利用、電能儲(chǔ)存、節(jié)能減排、能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等多個(gè)方面，樓宇的智慧能源，即在使用傳統(tǒng)電網(wǎng)供電的基礎(chǔ)上，增加其他形式的新能源合理轉(zhuǎn)化使用，同時(shí)將富足能源實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存以供調(diào)用，從而獲得節(jié)能減排，達(dá)到能源種類(lèi)多樣化、使用靈活化、能耗高效化的目的。本文簡(jiǎn)述了光伏、儲(chǔ)能、智能照明、智慧樓宇綜合能源管理系統(tǒng)等技術(shù)在中國(guó)葛洲壩電力公司辦公樓綜合能源改造中的應(yīng)用情況及堅(jiān)持低碳、綠色、節(jié)能、環(huán)保智慧的設(shè)計(jì)理念。具有一定的示范意義，可供今后類(lèi)似項(xiàng)目參考借鑒。