國網(wǎng)江蘇省電力有限公司如東縣供電分公司 戴園園

目前，我國的辦公樓宇其電力消耗較高，而且開銷也較大。為有效減少辦公樓宇的能源消耗，需要進(jìn)一步提升對能源的利用度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。因此，在規(guī)劃辦公樓宇的過程中，需要結(jié)合樓宇結(jié)構(gòu)和辦公場地以及辦公人員等方面情況，明確樓宇能源需求，設(shè)計(jì)出科學(xué)的綜合能源系統(tǒng)，有利于提高辦公樓宇能源利用率。

1 綜合能源概述

為了可以代替原有電能的技術(shù)，對于辦公樓宇而言可以使用綜合能源系統(tǒng)，并以此為核心，采用多元能源方式，將光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電替代電能使用。為更好開展耦合的轉(zhuǎn)化作用，可以使用熱泵、鍋爐等設(shè)備，采用智能能源管理系統(tǒng)，對多能源進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)揮出相互補(bǔ)充的作用，滿足客戶對于多種能源的要求[1]。

一般而言，綜合能源常使用的技術(shù)包括了電儲(chǔ)能、蓄冷等，因各技術(shù)的特點(diǎn)不同，各適用對象也有不同，因此需要根據(jù)用戶對冷電、熱電等不同的需求，采用針對性的組合，使用不同的能源技術(shù)，有利于提升整體能源水平。

1.1 天然氣分布式能源

天然氣發(fā)電系統(tǒng)一般是小規(guī)模、分散型的，這種能源以利用熱、冷電三聯(lián)的梯級，對能源有效利用。通常而言，這種分布式能源綜合利用率可達(dá)到70%以上。并且可以減少由于煤炭燃燒所帶來的污染。分布式能源還有另一種優(yōu)勢，即響應(yīng)速度快，運(yùn)行時(shí)較為靈活，可快速跟蹤一些區(qū)域的復(fù)合波動(dòng)，確定可再生能源的出力變化。在這一條件下，可持續(xù)性地供應(yīng)復(fù)合中心的電力資源。當(dāng)前，主要是工業(yè)園區(qū)和數(shù)據(jù)中心以及大型酒店、大型辦公寫字樓中利用天然氣分布式能源[2]。

1.2 分布式光伏

分布式光伏主要是利用光伏組件轉(zhuǎn)化太陽能為電能，通常是利用自發(fā)自用和余電上網(wǎng)等運(yùn)行方式。在利用分布式光伏過程中不會(huì)排放污染氣體，也不會(huì)產(chǎn)生噪音，可以生產(chǎn)清潔能源。在建筑屋頂?shù)膲γ姘惭b分布式光伏，這種用電模式幾乎接近了用戶的復(fù)合，可以減少輸電過程中帶來的消耗，提高能源利用效率。而且這種光伏發(fā)電吻合太陽光照射以及城市的復(fù)合最高峰，可以相應(yīng)的減少城市中的用電高峰復(fù)合?？墒褂迷谝恍┐笮徒ㄖ?，如政府機(jī)構(gòu)、工廠，等等。

1.3 蓄冷

蓄冷技術(shù)指的是在用電谷期制冷，實(shí)現(xiàn)低溫水或者冰存儲(chǔ)蓄冷，在用電峰期釋放冷源，可以供應(yīng)中央空調(diào)利用。蓄冷主要包括水蓄冷和冰蓄冷，水蓄冷具有較高的制冷能效，對于技術(shù)并沒有提出較高的要求。整個(gè)系統(tǒng)較為簡單，可以保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在后續(xù)工作也無需耗費(fèi)較多的維護(hù)費(fèi)用。設(shè)備具有較高的選擇性和可用性，選用的蓄冷罐可以是消防水池和原有蓄水設(shè)施以及建筑物地下室。而冰蓄冷具有較大的蓄冷密度，降溫速度快，可以實(shí)現(xiàn)低溫送風(fēng)的效果。可以維持室內(nèi)相對濕度，因此具有較高的舒適度。當(dāng)前主要是在大型工業(yè)客戶和大型商業(yè)體中利用蓄冷技術(shù)[3]。

1.4 儲(chǔ)能

儲(chǔ)能的方式包括物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能。結(jié)合電儲(chǔ)能以及其他的綜合能源，其靈活性高。其優(yōu)勢在于可以跟蹤計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的輸出，確?？稍偕茉吹氖找妗Ｍ瑫r(shí)，儲(chǔ)能參與到電力的輔佐服務(wù)，包括備用容量，調(diào)頻電壓支持等。并且減少接近過載的輸配電節(jié)能潮流，讓輸配電的設(shè)施可以長時(shí)間投入使用，有效節(jié)省了電網(wǎng)的投資投入。特別是在用電高峰期的時(shí)候能實(shí)現(xiàn)按需管理電費(fèi)，提升用戶的用電經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前主要是在大型工業(yè)客戶和大型辦公寫字樓中利用儲(chǔ)能。

2 辦公樓宇型綜合能源設(shè)計(jì)

終端用戶對于電熱冷等能源提出不同的需求，社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，創(chuàng)新了各行業(yè)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)，社會(huì)各界要求高質(zhì)量的服務(wù)，推進(jìn)專業(yè)辦公樓發(fā)展。辦公樓可實(shí)現(xiàn)企業(yè)的集中和高效性辦公，當(dāng)前社會(huì)廣泛關(guān)注辦公樓區(qū)的能耗情況。所以，針對辦公樓設(shè)計(jì)高效的能源運(yùn)用系統(tǒng)，可以有效降低辦公樓的能耗成本，同時(shí)可以更加高效地利用能源。

2.1 辦公樓宇概況

某科技園規(guī)劃新建一棟辦公建筑，其作用在于完善日常的辦公需求。該辦公樓占地面積為8000m2。最初規(guī)劃建設(shè)7層，22間辦公室，可容納200人工作。

2.2 能源需求分析

在辦公樓宇設(shè)計(jì)過程中，利用綜合能源技術(shù)，通常需要分析建筑冷熱電符合的需求，根據(jù)需求占比選擇供給和設(shè)備類型技術(shù)，利用其他技術(shù)確保能源的平穩(wěn)性，提高總體水平。且實(shí)際地區(qū)的平均氣溫較高，采暖設(shè)備無需布置，但要注意布置制冷設(shè)備。

2.3 技術(shù)選型

為提升并利用能源，優(yōu)先采用天然氣的分布能源。完善電能儲(chǔ)能的系統(tǒng)以及分布式光伏系統(tǒng)，建設(shè)微網(wǎng)能源的管理系統(tǒng)，利用多協(xié)同供應(yīng)能源，完成能源的高效利用。

2.3.1 天然氣分布式能源

天然氣分布式能源選擇的基礎(chǔ)包括了燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、微燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)。對于可容納百人的辦公大樓，可利用計(jì)算機(jī)控制發(fā)電機(jī)組。冷負(fù)荷源為煙氣型溴化鋰機(jī)組和螺桿式制冷機(jī)組。同時(shí)，利用全熱回收型空氣源熱泵作為輔助設(shè)施。該系統(tǒng)需要遵守以下幾點(diǎn)原則：

一是主機(jī)充分利用燃?xì)獾陌l(fā)電機(jī)以及其他設(shè)備，如預(yù)熱設(shè)備，煙氣型，吸收式設(shè)備等。二是注機(jī)械型號(hào)，通過設(shè)置旁路的煙道能實(shí)現(xiàn)混合排放，提升能源的利用率。三是利用余熱利用的設(shè)備，滿足建筑冷熱負(fù)荷的根本需求。運(yùn)用這種系統(tǒng)進(jìn)行功能可以實(shí)現(xiàn)基本的冷熱復(fù)合。四是選擇冷負(fù)荷調(diào)峰設(shè)備為螺桿式的冷水機(jī)組，以及全熱回收型的空氣源熱泵。其中，全熱回收型空氣源熱泵是一種熱負(fù)荷的調(diào)風(fēng)設(shè)備。

2.3.2 分布式光伏和電儲(chǔ)能系統(tǒng)

該樓宇屋頂面積為798m2，可以利用300m2的地面積建設(shè)光伏系統(tǒng)。根據(jù)單個(gè)光伏組件290W 標(biāo)準(zhǔn)功率完成計(jì)算工作，綜合10組件作為一個(gè)單元，光伏系統(tǒng)包括80塊組件數(shù)量，可以設(shè)計(jì)23.2kW 總?cè)萘康姆植际焦夥到y(tǒng)，有利于降低屋頂環(huán)境的溫度，因此減少建筑空調(diào)用電負(fù)荷。此外，可增加電儲(chǔ)能系統(tǒng)和分布式光伏組網(wǎng)運(yùn)行，有利于充分利用能源。光伏系統(tǒng)在白天發(fā)電，向辦公樓宇用電負(fù)載提供電力，實(shí)現(xiàn)本地消納，通過交直流邊緣器，在電儲(chǔ)能電池中可以把多余的電能儲(chǔ)存。如果遇到陰天或者是雨天，系統(tǒng)發(fā)電量小于用電的時(shí)，可采用交流變換器，把儲(chǔ)存在電池中的能量釋放出來，有效滿足辦公的復(fù)合需求，讓樓宇的用電量可以有效減少。

圖1 分布式光伏和電儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖

2.3.3 微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)

微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)可以監(jiān)控樓宇發(fā)電設(shè)備和儲(chǔ)能設(shè)備，以及負(fù)荷設(shè)備的狀態(tài)，同時(shí)可以發(fā)揮能效分析的作用。一是微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)利用開放式和分層全分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用站控層和通信層以及間隔層等分布管理數(shù)據(jù)。二是構(gòu)建各種能耗模型，有助于制定科學(xué)的能源管理策略，對系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行過程進(jìn)行優(yōu)化，可以減少系統(tǒng)的能耗。三是充分發(fā)揮系統(tǒng)的運(yùn)維管理，做好數(shù)據(jù)報(bào)表分析工作。同時(shí)，可以利用自動(dòng)調(diào)節(jié)冷源運(yùn)行模式，控制用戶多級權(quán)限。四是可以自動(dòng)化控制室內(nèi)燈光照明和自動(dòng)遮光窗簾以及通風(fēng)空調(diào)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)樓宇智能化管理效果。

3 辦公樓宇型綜合能源技術(shù)發(fā)展方向

在辦公樓宇型綜合能源技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)過程中，存在一些制約因素，這些因素包括技術(shù)和政策以及經(jīng)濟(jì)與環(huán)境等方面的制約，因此在后續(xù)發(fā)展過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要綜合各方面因素，把握辦公樓宇型綜合能源技術(shù)發(fā)展方向。

3.1 辦公樓宇型綜合能源技術(shù)近期發(fā)展方向

近年來，我國不斷降低光伏系統(tǒng)和風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)電成本，逐漸形成配用電側(cè)市場化趨勢，為綜合能源技術(shù)帶來發(fā)展機(jī)遇。為了促進(jìn)傳統(tǒng)供能系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合能源系統(tǒng)，辦公樓綜合能源技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)包括了一體化規(guī)劃以及冷熱電多能互補(bǔ)等幾個(gè)方面，具體如下。

一是一體規(guī)劃技術(shù)。規(guī)劃辦公樓履行綜合能源系統(tǒng)發(fā)展時(shí)，需考慮能源生產(chǎn)的波動(dòng)以及隨機(jī)性。且用戶測能源消費(fèi)有不確定性，所以需要考慮辦公樓與綜合能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境效益，考慮電氣熱各自約束的情況，優(yōu)化配置產(chǎn)業(yè)園的各項(xiàng)資源。

二是采用冷熱電多功能互補(bǔ)的方式。辦公樓與各分布式能源在自然因素下提高了波動(dòng)以及隨機(jī)性的情況，由于辦公樓定位使用功能讓聚集性的程度極高，同時(shí)負(fù)荷特點(diǎn)也有規(guī)律可循。所以需要分析辦公樓與自然資源以及復(fù)合的規(guī)律，明確不同資源的互補(bǔ)能力。通過能源轉(zhuǎn)換以及儲(chǔ)存和分配等技術(shù)調(diào)整多類型人員，發(fā)揮每一種能源的最大優(yōu)勢，減少分布式能源的負(fù)面情況，辦公樓里可以更好地容納可再生資源。

三是微電網(wǎng)技術(shù)。充分使用大樓限制配好的電網(wǎng)設(shè)備，建立增量配電網(wǎng)。產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)配置新能源的微電網(wǎng)群和微電網(wǎng)，平衡負(fù)荷以及人員供應(yīng)。利用電力電子技術(shù)集成并測控微電網(wǎng)各分布式的新能源以及分布式的儲(chǔ)能系統(tǒng)，有利于靈活利用辦公樓宇的能源。

3.2 辦公樓宇型綜合能源系統(tǒng)中期發(fā)展方向

分布式能源具有穩(wěn)定性，同時(shí)多能互補(bǔ)規(guī)劃技術(shù)也逐漸趨于成熟，辦公樓宇型綜合能源系統(tǒng)可以合理地分配資源，而且逐漸打破行業(yè)之間的壁壘，有利于實(shí)現(xiàn)信息共享，因此在發(fā)展辦公樓宇型綜合能源技術(shù)的過程中，需要注重融合多能子系統(tǒng)。

一是能源大數(shù)據(jù)的集成技術(shù)。通過該項(xiàng)技術(shù)，可以有效整合能源和氣象的資源，做好準(zhǔn)確的預(yù)測工作。二是構(gòu)建信息共享平臺(tái)。采用互聯(lián)網(wǎng)快速更新的能力，針對供應(yīng)商以及用戶搭建平臺(tái)。能源供應(yīng)商利用平臺(tái)共享關(guān)鍵的信息，確保高效的協(xié)同性。用戶通過平臺(tái)的共享信息能方便用戶的消費(fèi)行為選擇。三是清潔能源市場的交易技術(shù)。采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建交易信息平臺(tái)，突出功能輔助，凸顯商品價(jià)值。這樣做的目的在于，為不同的用戶提供對應(yīng)的綠色能源供應(yīng)，可以在綜合能源交易市場中融入更多的社會(huì)資本和用戶，有利于推動(dòng)辦公樓宇型綜合能源系統(tǒng)交易模式可持續(xù)發(fā)展。

3.3 辦公樓宇型綜合能源系統(tǒng)遠(yuǎn)期發(fā)展方向

一是信息物理系統(tǒng)高效集成以及智能化的技術(shù)。該系統(tǒng)可以融合各環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)感知綜合的能源系統(tǒng)，提升信息反饋率精確落實(shí)。采用電子以及信息通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，做好能量信息的實(shí)時(shí)共享。使用智能化的共享資源，可以根據(jù)智能化進(jìn)行能源的匹配工作。

二是綜合能源智能的調(diào)度控制技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是在云架構(gòu)發(fā)展實(shí)施共享技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的，可以有效調(diào)控并評估產(chǎn)業(yè)的綜合能量控制。而且可向云端實(shí)時(shí)傳送樓宇的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端智能集群調(diào)度的有效控制。運(yùn)用綜合能源系統(tǒng)時(shí)，采用云架構(gòu)綜合能源的調(diào)度控制技術(shù)，有效減少建設(shè)成本，可方便做好調(diào)度管理，掌握綜合能源，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

三是完善辦公樓宇型綜合能源系統(tǒng)質(zhì)量認(rèn)證體系，綜合利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)信息共享平臺(tái)，實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)中的設(shè)備信息，構(gòu)建辦公樓宇綜合能源系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和檢測評價(jià)體系，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

通過完善辦公樓宇綜合能源技術(shù)體系，可以綜合利用通信系統(tǒng)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理，以及多能子系統(tǒng)交互接口技術(shù)等?？梢栽谀茉搭I(lǐng)域中高效生產(chǎn)和靈活轉(zhuǎn)換各種能源，協(xié)調(diào)配合系統(tǒng)域和能源領(lǐng)域以及工作域，支撐辦公樓宇綜合能源系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

針對辦公樓宇能耗問題，深入分析辦公樓宇冷熱電負(fù)荷，落實(shí)辦公樓宇型綜合能源技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可以監(jiān)控各種能源設(shè)備的運(yùn)行，有效控制整體系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)一步提高辦公樓宇能效水平。