上海電氣（集團(tuán)）總公司 高 堅(jiān) 高書(shū)歧

1 問(wèn)題的由來(lái)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些電力用戶(hù)和用電設(shè)備，對(duì)電力供應(yīng)可靠性的要求越來(lái)越高。醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心、通訊樞紐等一些重要用戶(hù)為了保證供電的可靠性，在它們的供電系統(tǒng)中，除了有雙電源供電外，其內(nèi)部另外設(shè)置了備用發(fā)電機(jī)，甚至有的還設(shè)置了不停電電源（U P S），以保證在緊急情況下給一些重要的場(chǎng)所和設(shè)備不間斷的供電。

這些備用發(fā)電機(jī)組，只有電力系統(tǒng)故障，供電的兩個(gè)電源都同時(shí)停電時(shí)，才緊急啟動(dòng)發(fā)電。近幾年來(lái)我國(guó)的輸變電技術(shù)和設(shè)備都有了很大的發(fā)展，極大地提高了供電的可靠性，兩個(gè)電源同時(shí)故障的幾率很小。所以備用發(fā)電機(jī)啟動(dòng)的機(jī)會(huì)也越來(lái)越少。有的一年甚至幾年都不用一次。盡管如此，為了在緊急關(guān)頭有電可用，一些重要的用戶(hù)還是要花上幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)元，去購(gòu)置備用發(fā)電機(jī)，放在那里以備不時(shí)之需。雖然這些發(fā)電機(jī)平時(shí)是不動(dòng)的，但是為了在緊急時(shí)能開(kāi)得起來(lái)，發(fā)的出電，平時(shí)還要花費(fèi)許多的人力物力去精心維護(hù)保養(yǎng)。所有這些都是為了能在一年或幾年中用上幾分鐘或幾十分鐘，而不得不為之的勞民傷財(cái)之舉。

2 電力供應(yīng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及分析

2.1現(xiàn)狀

現(xiàn)在我們以某大型醫(yī)院為例，就其電力供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行具體分析。

當(dāng)前一些大型醫(yī)院，都毫無(wú)例外的采用了這種雙電源加備用發(fā)電機(jī)的供電模式。該醫(yī)院的供電原則系統(tǒng)圖如圖1。

圖1 供電系統(tǒng)原則線路圖

其主要供電設(shè)備及其主要參數(shù)如下;

變壓器：

2 X1600 k V A 10 k V±2×2.5/0.4-0.38 k V

2 X1250 k V A 10 k V±2×2.5/0.4-0.38 k V

備用柴油發(fā)電機(jī)：

發(fā)電機(jī)1臺(tái)，燃料為柴油，發(fā)電功率1020kW，電壓380 V

2.2對(duì)現(xiàn)有供電系統(tǒng)的分析：

由圖1可以看出該系統(tǒng)可保證醫(yī)院用電的基本安全。但我們也不能忽視它的一些固有的問(wèn)題：

1）備用發(fā)電機(jī)是以柴油作燃料的，平時(shí)必須儲(chǔ)備足夠的燃料，這無(wú)形中就增加了一個(gè)火警隱患點(diǎn)；

2）備用發(fā)電機(jī)盡管平時(shí)不用，還要花費(fèi)許多人力和物力去精心維護(hù)保養(yǎng)，這是一筆不小的費(fèi)用；

3）花費(fèi)了幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)元購(gòu)置的發(fā)電機(jī)，平時(shí)沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有的投資效益，只有在“等待使用”中慢慢貶值；

4）備用發(fā)電機(jī)平時(shí)是靜止的，只有在兩路供電電源都故障同時(shí)停電時(shí)，才緊急啟動(dòng)。從系統(tǒng)停電，到備用機(jī)啟動(dòng),具備對(duì)外供電條件，至少要二十秒到幾十秒的時(shí)間。這個(gè)幾十秒的時(shí)間，對(duì)一般的用電設(shè)備而言是可以接受的。但是，對(duì)一些特殊的用電場(chǎng)所和設(shè)備而言，這短短幾十秒鐘的時(shí)間也是不允許的；

5）這種備用電源的投入，要經(jīng)過(guò)一個(gè)切斷外界聯(lián)系，再發(fā)電供電的切換過(guò)程。在這過(guò)程當(dāng)中有許多開(kāi)關(guān)和設(shè)備參入其中的切換動(dòng)作，恢復(fù)系統(tǒng)送電時(shí)還要有一個(gè)相反的過(guò)程，在這個(gè)反復(fù)的過(guò)程當(dāng)中有許多設(shè)備還要受到再供電的沖擊，所以在這個(gè)反復(fù)的過(guò)程中最容易產(chǎn)生設(shè)備事故和系統(tǒng)事故。

3 目前電力供應(yīng)系統(tǒng)的改善方案

3.1 改善方案應(yīng)該考慮的幾個(gè)問(wèn)題

1）盡量減少能源的品種，簡(jiǎn)化管理；

2）應(yīng)優(yōu)先采用高效節(jié)能減排的新技術(shù)新設(shè)備，提高能源利用率，減少對(duì)環(huán)境的污染；

3）在醫(yī)院消耗的熱能中，熱水占了較大的份額，故在選擇設(shè)備時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先考慮那些生產(chǎn)熱水較多的設(shè)備和系統(tǒng)；

4）在平時(shí)應(yīng)該保證有足夠的安全的電力供應(yīng)，在事故時(shí)應(yīng)保證有足夠的和不間斷的應(yīng)急電源。

3.2 改善方案的設(shè)備選擇

基于以上幾點(diǎn)，還有該醫(yī)院還設(shè)有三臺(tái)燃用天然氣的蒸汽鍋爐，考慮到運(yùn)行的安全性和靈活性，所以這里選用德國(guó)MT U公司生產(chǎn)的，兩臺(tái)用天然氣作燃料的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)熱電機(jī)組，代替原來(lái)用柴油做燃料的備用發(fā)電機(jī)組。由于增加了自供電能力，因而也可相應(yīng)的減少了受電變壓器的容量。

1）設(shè)備的具體參數(shù)如下：

熱電機(jī)組 2臺(tái)

型號(hào) G C772 N 5

發(fā)電 有功功率772kW

視在功率965k V A

供熱 861kW,還有53kW400℃的熱水（合計(jì)914kW）

耗天然氣 187 m3/h (L H V=10kW/m3)

發(fā)電效率 41.3%

總效率 87.4% （若計(jì)及53kW400℃的熱水，總效率可達(dá)90.2%）

2）改善方案受電變壓器的容量選擇：

式中S— 改善方案所需受電變壓器總?cè)萘浚╧ V A）

S1—原來(lái)受電變壓器的總?cè)萘?（k V A）

S1=2×1600 k V A+2×1250 k V A=5700 k V A

S2—改善方案新增加的自供電能力 （k V A）

S2=965 k V A×2=1930 k V A

改善方案所需的變壓器的容量S：

S=S1－S2=5700 k V A-1930 k V A=3770 k V A

據(jù)此，我們可選擇4臺(tái)1000k V A的變壓器，代替原來(lái)的4臺(tái)變壓器。主要參數(shù)如下;

變壓器：

臺(tái)數(shù) 4臺(tái)

容量 每臺(tái)1000 k V A

電壓 10 k V±2×2.5/0.4-0.38 k V

改善方案原則供電系統(tǒng)圖如圖2。

圖2 改善供電系統(tǒng)原則線路圖

我們將前面的兩個(gè)系統(tǒng)圖進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)兩者的變化不大，只是圖2比圖1多了一臺(tái)發(fā)電機(jī)。

但是，由于系統(tǒng)中的設(shè)備配置發(fā)生了變化，設(shè)備參數(shù)也有變化，再將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式由備用改為常用，使得整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生了質(zhì)的變化。

其一，根據(jù)醫(yī)院的需要新系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的配置和參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。增加了兩臺(tái)熱電機(jī)組，在發(fā)出1544kW電能的同時(shí)，還能供給1828kW（2×914kW）的熱能（約33 t/h溫升500 C熱水），部分的解決了醫(yī)院用熱水的問(wèn)題。由于增加了自供電的能力，減少了對(duì)外來(lái)電的依賴(lài)，提高了用電的安全性。同時(shí)也相應(yīng)的減少了受電變壓器的容量，這不僅減少了一次設(shè)備的投資，而且大幅度的減少了運(yùn)行費(fèi)。

其二，運(yùn)行方式的變化。用兩臺(tái)正常運(yùn)行的熱電機(jī)組，代替原來(lái)正常情況下不運(yùn)行的備用發(fā)電機(jī)組。當(dāng)外部供電系統(tǒng)故障時(shí)，只要將故障點(diǎn)從供電母線上斷開(kāi)即可，發(fā)電機(jī)照常運(yùn)行。這樣既保證了供電的不間斷，又可避免或減少在電源切換過(guò)程中可能出現(xiàn)的意外（很多意外事故都是在切換過(guò)程中發(fā)生的）。新增加的熱電機(jī)組所生產(chǎn)的電和熱，僅僅是醫(yī)院需要的一部分。為了充分發(fā)揮新機(jī)組節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，可以讓它們長(zhǎng)時(shí)間的滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，每年至少可運(yùn)行7000 h。

4 改進(jìn)方案的經(jīng)濟(jì)效益估算

4.1 一次性的投入F1

式中F1— 包括項(xiàng)目一次性的設(shè)備投資，并扣除政策補(bǔ)貼和因設(shè)備重新組合而減少的部分設(shè)備費(fèi)的綜合性的資金。

F11— 新機(jī)組設(shè)備購(gòu)置費(fèi)。按1萬(wàn)元/kW計(jì)，不同的廠家和不同的型號(hào)，可能有較大的差別

F11=772kW×2×1萬(wàn)元/kW=1544萬(wàn)元

F12— 市政府為鼓勵(lì)熱電聯(lián)產(chǎn)推廣應(yīng)用，而給使用單位的政策性的補(bǔ)貼，補(bǔ)貼數(shù)額是按照用戶(hù)安裝熱電設(shè)備的容量計(jì)算的，1000元/kW.。

F12=1000元/kW×772kW×2=154.4萬(wàn)元

F13— 省去原來(lái)備用發(fā)電機(jī)的購(gòu)置費(fèi)。柴油發(fā)電機(jī)價(jià)格按2600元/kW計(jì)。

F13=2600元/kW×1020kW=265.2萬(wàn)元

F1=F11-F12-F13=1544萬(wàn)元-154.4萬(wàn)元-265.2萬(wàn)元=1124.4萬(wàn)元

4.2 發(fā)電、節(jié)約及減排的收入

根據(jù)國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)2011年的有關(guān)價(jià)格文件，華東電網(wǎng)調(diào)整后的電價(jià)，工商業(yè)及其他用戶(hù)，二部制未分時(shí)電價(jià)由電度電價(jià)和基本電費(fèi)兩部分組成。其電度電價(jià)為0.769元/kW·h.基本電費(fèi)由按變壓器容量計(jì)算的收費(fèi)是27元/k V A·月；按最大需求量計(jì)算的收費(fèi)是40.5元/kW·月。

1）發(fā)電收入F2

式中p— 每臺(tái)機(jī)每小時(shí)的發(fā)電量

dj— 單位電價(jià)：0.769元/kW·h

h— 年平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)，取7000h；

F2=772×2×0.769×7000=831.14（萬(wàn)元）

2）節(jié)約的費(fèi)用F3

（1）供熱節(jié)煤的收入F31

熱電機(jī)組在生產(chǎn)電能的同時(shí)，還生產(chǎn)了大量的熱能。用小鍋爐生產(chǎn)同樣的熱能所消耗的煤的價(jià)值即為供熱的節(jié)煤收入。

式中q— 單臺(tái)熱電機(jī)組每小時(shí)生產(chǎn)的熱量914kW

h— 年平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)取7000 h

Md— 單位轉(zhuǎn)換系數(shù)0.123k g/kW

Nl— 鍋爐的效率取0.9

mj— 標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)，參考年初秦皇島碼頭煤價(jià)取1000元/t。

F31=914×2×7000×0.123÷0.9×1000=174.88（萬(wàn)元)

（2）變壓器容量減少所節(jié)約的費(fèi)用F32

式中S1— 原方案的變壓器的容量 k V A

S2— 改善方案的變壓器容量 k V A

Bf— 按變壓器容量收費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn) 27元/k V A·月

F32={（2×1600+2×1250）-4×1000}×27×12=55.08（萬(wàn)元）

（3）最大負(fù)荷減少所節(jié)約的電費(fèi)F33

式中ΔP— 減少的最大負(fù)荷，即增加的自供電能力772kW

Fg— 最大負(fù)荷收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn) 40.5元/kW·月

F33=772 X 2×40.5×12=75.04(萬(wàn)元)

F3=F31+F32+F33=174.88+55.08+75.04=305.00(萬(wàn)元)

3）減排CO2的收入F4

CO2的減排主要由兩部分，一部分是因在發(fā)電的同時(shí)生產(chǎn)了大量的熱，從而節(jié)約了煤炭,減少了CO2的排放；另一部分是用天然氣發(fā)電比用煤發(fā)電而減少的CO2排放。節(jié)約的減排指標(biāo)可放到碳交易平臺(tái)上進(jìn)行交易。減排的收入可按下式進(jìn)行測(cè)算：

式中P—熱電機(jī)組單機(jī)每小時(shí)發(fā)電量772kW

h—年平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)取7000 h

nd— 電碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，即生產(chǎn)1kW電力所產(chǎn)生的CO2,華東地區(qū)取0.853 k g/kW

T—全年供熱節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤噸數(shù)1748.8（t）

Tm— 碳轉(zhuǎn)換系數(shù)即1 t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所產(chǎn)生的CO2，取2.6

Cj— CO2市場(chǎng)價(jià)取100元/t,(目前世界交易價(jià)15～18美元/t)

F4=（2×772×7000×0.853+1748.8×2.6）×100=137.66（萬(wàn)元）

4.3 每年的總支出F5

為了簡(jiǎn)化過(guò)程，又能說(shuō)明問(wèn)題，這里只考慮了幾項(xiàng)主要的和較大的費(fèi)用。如：燃料費(fèi)、折舊費(fèi)、人工費(fèi)、維護(hù)費(fèi)等。

1)燃料費(fèi)F51

式中qr— 單機(jī)每小時(shí)的耗氣量 187 m/h

h— 年運(yùn)行小時(shí)數(shù) 取 7000小時(shí)

Bj— 為燃料單價(jià)。根據(jù)上海市有關(guān)文件，熱電聯(lián)產(chǎn)用天然氣價(jià)格為2.43元/m3.

F51=2×187×7000×2.43=636.17(萬(wàn)元)

2)設(shè)備折舊費(fèi)F52

折舊年限按十年計(jì)：

F52=設(shè)備費(fèi)÷10=1544÷10=154.4（萬(wàn)元）

3)人工費(fèi) F53

按五人，每人每年平均工資50000元

F53=50000×5=25(萬(wàn)元)

4)維修及管理費(fèi)F54

表1 案例計(jì)算結(jié)果

參考有關(guān)電力法規(guī)，合計(jì)取設(shè)備費(fèi)的3.5%

F54=1544 X0.035=54.04(萬(wàn)元)

F5=F51+F52+F53+F54=636.17+154.4+25+54.04=869.61(萬(wàn)元)4.4投資回收年限N

N=（設(shè)備費(fèi)-政府補(bǔ)貼-備用機(jī)組購(gòu)置費(fèi)）÷（發(fā)電收入+節(jié)約的費(fèi)用+減排的收入-總支出）=F1÷(F2+F3+F4+-F5)=1124.4÷(831.14+305.00+137.61-869.61)=1124.4÷404.14=2.78（年）

各種費(fèi)用計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?。

5 結(jié)論及建議：

1)將供電系統(tǒng)中的備用發(fā)電機(jī)，用熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組代替，運(yùn)行方式由備用改為常用。這樣不僅提高了供電的安全性和供電的質(zhì)量，環(huán)境友好，且還有較好的經(jīng)濟(jì)效益；

2)建議有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)程作必要的修改，用常用的熱電機(jī)組代替?zhèn)溆玫陌l(fā)電機(jī)組；

3)政府不但要支持熱電設(shè)備的應(yīng)用，要更多的鼓勵(lì)和支持設(shè)備制造商，生產(chǎn)更多、更好的熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備。

參考資料

[1]金紅光 鄭丹星 徐建中 編著 分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)裝置及應(yīng)用北京 電力出版社 2010年2月

[2]胡仰耆 楊國(guó)榮 醫(yī)院用能與節(jié)能 暖通空調(diào)2009年4期 1～4頁(yè)