李莉芳, 沈 飛

(1.青海省建筑勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司, 青海 西寧 810001;2.安科瑞電氣股份有限公司, 上海 201801)

0 引 言

自國家提出公共建筑節(jié)能改造以來,各省市相繼采取相關(guān)措施,如建立能源管理系統(tǒng)、制定用能評價(jià)指標(biāo)體系、制定各機(jī)關(guān)單位用能定額等,以響應(yīng)國家關(guān)于公共建筑節(jié)能的號(hào)召。因此,加強(qiáng)節(jié)能降耗成為全社會(huì)共識(shí),節(jié)約能源、提高能源利用效率成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素,更是構(gòu)建和諧社會(huì)的基礎(chǔ)。

電能作為維持建筑運(yùn)行的主要能源之一,對其進(jìn)行合理地利用和管理,以達(dá)到節(jié)能降耗的效果,這是綠色建筑必須采取的措施。因此,研究綠色建筑電氣節(jié)能與能源管理技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-4]。

目前,建筑綜合能源管理系統(tǒng)應(yīng)用廣泛,利用其對建筑能源進(jìn)行綜合分析與管理,對有效降低建筑能耗、提高綠色建筑環(huán)保水平具有指導(dǎo)意義。建筑電氣節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)主要包括可再生能源利用、供配電系統(tǒng)節(jié)能、電氣照明節(jié)能、綜合能源管理系統(tǒng)[1-2]。

1 可再生能源利用

可再生能源系統(tǒng)是指在一個(gè)區(qū)域內(nèi)將太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等能源進(jìn)行綜合利用和轉(zhuǎn)換的技術(shù)集成系統(tǒng)。在可再生能源產(chǎn)業(yè)中,太陽能具有清潔、可再生等特點(diǎn),被稱為新能源。太陽能光伏發(fā)電在新能源領(lǐng)域最具有經(jīng)濟(jì)潛力,近年來發(fā)展迅速。

光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)提供相關(guān)解決方案,針對光伏發(fā)電每個(gè)環(huán)節(jié)電力參數(shù)檢測的需要,安科瑞電氣股份有限公司(簡稱安科瑞)推出了AGF系列光伏匯流采集裝置、PZ系列直流檢測儀表及APM系列電力質(zhì)量分析儀,分別應(yīng)用于匯流箱、直流柜及交流柜中,通過Acrel-2000 V8.0建筑光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光伏電池、匯流箱、直流柜、逆變器、交流柜等運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)采集,進(jìn)行監(jiān)視、控制和調(diào)整,以提高發(fā)電系統(tǒng)的效率。

光伏監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 光伏監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)終端產(chǎn)品如下。

(1)智能光伏匯流箱,主要功能是對光伏電池陣列的輸入進(jìn)行一級(jí)匯流,提供匯流防雷功能的同時(shí),還監(jiān)測光電池板運(yùn)行狀態(tài),匯流后采集電流、電壓、功率、防雷器狀態(tài)、直流斷路器狀態(tài),具有繼電器接電輸出等功能,可選風(fēng)速、溫度、輻照儀等傳感器接口功能。

(2)光伏直流柜匯流采集裝置,對多路匯流支路電流、母線電壓進(jìn)行監(jiān)控,監(jiān)視斷路器、防雷器等狀態(tài),控制繼電器輸出,用于鼓風(fēng)降溫。配合外部霍爾傳感器進(jìn)行多路電流隔離測量,安全性高,實(shí)現(xiàn)功率及電能測量;可直接測量直流母排電壓最高直流1 kV(省去電壓霍爾傳感器,僅限16外形);具有內(nèi)部測溫功能;標(biāo)配RS-485接口。

建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)主要功能如下。

(1)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制。系統(tǒng)監(jiān)控提供功能選擇畫面,并對光伏陣列現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與顯示,如室外溫度值、風(fēng)速、風(fēng)向、光照強(qiáng)度等。并且可分區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測各光伏陣列的充電電壓及電流、蓄電池電壓及溫度等信息,并對故障點(diǎn)進(jìn)行異常顯示與報(bào)警提示。

(2)逆變器用電趨勢曲線分析。監(jiān)控系統(tǒng)可繪制與顯示逆變器電壓-時(shí)間曲線、功率-時(shí)間曲線、直流側(cè)輸入電流實(shí)時(shí)曲線、交流側(cè)逆變輸出電流曲線等,并采集與顯示各逆變器日發(fā)電量等電參量。

(3)歷史數(shù)據(jù)管理。監(jiān)控系統(tǒng)可針對光伏發(fā)電現(xiàn)場的各種事件進(jìn)行記錄,如通信采集異常、開關(guān)變位、操作記錄等,時(shí)間記錄支持按類型查詢,并可對越限報(bào)警值進(jìn)行更改設(shè)置。

(4)日發(fā)電趨勢分析。系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面,反映出每天24 h內(nèi)光伏發(fā)電量與該日日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、風(fēng)速等的波動(dòng)情況。

光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖2 光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)界面

2 供配電系統(tǒng)節(jié)能

電能質(zhì)量分析與治理系統(tǒng)為供配電系統(tǒng)節(jié)能提供解決方案,主要解決傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償和諧波治理問題,使諧波指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn),避免供電部門罰款或中斷供電;提高電能功率因數(shù),降低變壓器損耗,達(dá)到節(jié)能的目的;減少諧波污染,降低諧波對自動(dòng)控制裝置、電能計(jì)量裝置、繼電保護(hù)裝置的干擾,保證供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行;避免諧波過電壓和諧波過電流對電氣設(shè)備的危害,延長設(shè)備使用壽命。

安科瑞為供配電系統(tǒng)節(jié)能提供的對應(yīng)產(chǎn)品有有源電力濾波器、低壓無功功率補(bǔ)償裝置、靜止無功發(fā)生器、混合動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償裝置、混合動(dòng)態(tài)消諧補(bǔ)償裝置、智慧型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置、諧波保護(hù)器等。

(1)有源電力濾波器。通過三相變流器向系統(tǒng)注入補(bǔ)償電流,實(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能,保證最終流入電網(wǎng)電流是正弦波,適用于并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中,能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。

(2)低壓無功功率補(bǔ)償裝置。集無功補(bǔ)償、電網(wǎng)監(jiān)測于一體,通過投切電容器組來補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功損耗,提高功率因數(shù),降低線損,從而提高電網(wǎng)的負(fù)載能力和供電質(zhì)量;能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電網(wǎng)的三相電壓、電流、功率因數(shù)等電量參數(shù)。該補(bǔ)償裝置并聯(lián)在整個(gè)供電系統(tǒng)中,能根據(jù)電網(wǎng)中負(fù)載功率因數(shù)的變化控制電力電容器投切。

(3)靜止無功發(fā)生器。該裝置是用于補(bǔ)償無功以及三相不平衡的新型電力電子裝置,能對無功以及負(fù)序進(jìn)行快速和聯(lián)系的補(bǔ)償,可克服傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償器響應(yīng)速度慢、補(bǔ)償效果不能精確控制、容易與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振和投切振蕩等缺點(diǎn)。

(4)智慧型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。該補(bǔ)償裝置是一種用于補(bǔ)償無功,實(shí)現(xiàn)無極補(bǔ)償效果的新型電力電子裝置,可以主動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)線性動(dòng)態(tài)需求,自動(dòng)調(diào)節(jié)有源及無源模塊的輸出配比。

(5)混合動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償裝置。主要用于補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功電流、諧波電流以及不平衡電流等,達(dá)到提高用電效率、節(jié)能以及改善電能質(zhì)量的目標(biāo)。該補(bǔ)償裝置突破傳統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù),在有效降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)諧波治理與無功補(bǔ)償。

(6)混合動(dòng)態(tài)消諧補(bǔ)償裝置。以并聯(lián)方式接入配電系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的電流分量,通過控制計(jì)算及邏輯變化,計(jì)算出系統(tǒng)所需的無功分量及諧波分量,然后通過三相全橋換流電路實(shí)時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的無功與諧波電流注入到配電系統(tǒng)中,在補(bǔ)償無功的同時(shí)可兼治系統(tǒng)的諧波。

電能質(zhì)量分析與治理系統(tǒng)適用于新建、改建、擴(kuò)建和技改項(xiàng)目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的無功補(bǔ)償、諧波抑制及綜合治理等,可根據(jù)不同行業(yè)類型和負(fù)載類型的電能質(zhì)量問題提供合適的設(shè)計(jì)解決方案,以達(dá)到改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測與治理系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 電能質(zhì)量在線監(jiān)測與治理系統(tǒng)架構(gòu)

3 電氣照明節(jié)能

大型公共建筑對照明設(shè)計(jì)要求較高,不僅要控制照明光源的發(fā)光時(shí)間、亮度,而且需要與其他系統(tǒng)來配合不同的應(yīng)用場合做出相應(yīng)的燈光場景。

智能照明系統(tǒng)采用與KNX兼容的Acrel-Bus總線組網(wǎng)方式,通過IP網(wǎng)關(guān)接入智能照明控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、高峰全開、亮度調(diào)節(jié)等各種場景控制,使照明系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的各種模式工作,改善空間光色、立體感、色飽和度,營造舒適宜人的燈光效果。

智能照明系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

大型公共建筑項(xiàng)目中的路燈、庭院燈、草坪燈等室外景觀照明部分均建議采用太陽能發(fā)電系統(tǒng)供電,同時(shí)室內(nèi)電氣照明中所有照明光源、電源附件均選用高效、節(jié)能型產(chǎn)品,做到既滿足照明質(zhì)量又節(jié)約能源。智能照明系統(tǒng)建筑剖面圖如圖5所示。

圖5 智能照明系統(tǒng)建筑剖面圖

采用Acrel-Bus智能照明控制系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)照明燈具的遠(yuǎn)程集中控制,又可實(shí)現(xiàn)就近控制功能,其靈活多樣的智能化控制及龐大的設(shè)備容量,特別適用于醫(yī)院、學(xué)校、酒店及各類體育場所、機(jī)場、隧道等大型公建項(xiàng)目照明系統(tǒng)的智能化控制;豐富多元化的控制功能以滿足任何個(gè)性化的需求,并達(dá)到節(jié)能效果。

(1)光照度監(jiān)測,根據(jù)自然光照度變化,對照明區(qū)域進(jìn)行照明控制和調(diào)節(jié),滿足照明和節(jié)能要求。

(2)公共區(qū)域、走廊、通道、門廳、電梯廳等設(shè)置紅外或微波類人體感應(yīng)器,并結(jié)合智能控制面板實(shí)現(xiàn)各種場景照明控制,盡可能減少燈具點(diǎn)亮?xí)r間。

(3)樓梯間照明采用人體感應(yīng)探測控制方式。

(4)設(shè)備房、設(shè)備房走道采用分組就地控制方式。

(5)室外路燈、景觀等照明采用光照度控制結(jié)合時(shí)控的集中控制方式。

(6)監(jiān)控系統(tǒng)界面友好,實(shí)時(shí)顯示各區(qū)照明工作狀態(tài)。

(7)具有完善的用戶權(quán)限管理功能,避免越權(quán)操作。

4 綜合能源管理系統(tǒng)

Acrel cloud-5000綜合能源管理系統(tǒng)適用于各行業(yè)的大型公共建筑,如政府辦公建筑、工廠、教育建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)綜合體等,可通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者4G網(wǎng)絡(luò)采集不同區(qū)域多個(gè)建筑或單位的用能數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)在電能數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上增加對水、氣、煤、油、熱(冷)量數(shù)據(jù)以及光伏、風(fēng)力、儲(chǔ)能等新能源數(shù)據(jù)的集中采集與分析。通過對建筑能源消耗按照區(qū)域、部門、用電設(shè)備類型進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì),提供同比、環(huán)比分析比較和用能數(shù)據(jù)追溯,同時(shí)提供尖峰平谷各時(shí)段用能數(shù)據(jù)和報(bào)表,幫助用戶梳理能源賬單明細(xì)和制定能源績效考核。

Acrel cloud-5000綜合能源管理系統(tǒng)以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況,便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣,有效節(jié)約能源,為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

綜合能源管理系統(tǒng)界面如圖6所示。

圖6 綜合能源管理系統(tǒng)界面

5 解決方案在建筑電氣節(jié)能方面的應(yīng)用

我國建筑能耗在總能耗中占很大比重,建筑節(jié)能是當(dāng)下急需解決的問題。在建筑能耗中,建筑電氣能耗占80%以上,是建筑能耗的重要組成部分,因此解決建筑電氣的節(jié)能問題刻不容緩[2]。

近年來,安科瑞為大型綜合商業(yè)建筑用戶端提供的建筑光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量在線監(jiān)測與治理系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、綜合能源管理系統(tǒng)等一系列解決方案。其充分利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、多套系統(tǒng)協(xié)作等先進(jìn)技術(shù),對建筑能源消耗進(jìn)行可視化管理,提高用能效率,為有效降低建筑能耗提供數(shù)據(jù)支撐,保證了建筑各系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

6 結(jié) 語

可再生能源利用、供配電系統(tǒng)節(jié)能、電氣照明節(jié)能、綜合能源管理系統(tǒng)所構(gòu)成的建筑電氣節(jié)能技術(shù)是構(gòu)建綠色建筑概念的關(guān)鍵。光伏監(jiān)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量在線監(jiān)測與治理系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、綜合能源管理系統(tǒng)解決方案能提高用能效率,為有效降低建筑能耗提供數(shù)據(jù)支撐。