国内某通讯社电气节能分析及措施

　　摘要：简要介绍了国内某大型通讯社能耗现状，着重探讨了解决目前高能耗问题的一些措施。以及对这些措施进行了理论上的计算，得出量化的结论。
　　关键词：能耗；电气节能措施
　　一、建筑功能概况：
　　本次所论述的通讯社是我国的国家级通讯社，也是具有中国特色的世界性通讯社。总社设在北京市西城区宣武门西大街，占地面积30,550.60平方米，总建筑面积205,819.3平方米（含热力站、食堂、浴室、口字楼、工字楼、发行楼等建筑物）。总社设有11个管理职能部门、10个采编职能部门、20个直属单位，在编职工人数约6,000人。
　　总社各栋建筑的基本情况如下表所示：
　　建筑名称 建筑面积（m2） 建成或改造年代 楼层 建筑功能 作息时间
　　新闻大厦 63,460 1990年使用
　　2007年改造 24 办公 8：00—17：00
　　综合楼 31,400 2007竣工 5 食堂、健身、会议 4：00—22：00
　　发行楼 20,790 2003年投入使用 13 办公 8：00—17：00
　　报刊楼 12,754 2005年投入使用 10 办公 8：00—17：00
　　其它楼群 77,415.30    
　　合计 205,819.30    
　　
　　二、能耗现状水平
　　1．年总能耗
　　序号 栏目 单位 数量 折标系数 当量值
　　吨标准煤 所占比例
　　1 总用电 万kWh 2,002.10 1.2290 2,460.58 49.75%
　　2 总用水 t 149,834 2.571×10-4 38.52 0.78%
　　3 总用气 m3 310,527 1.33×10-3 413.00 8.35%
　　4 供暖面积 m2 148,019 13.74×10-3 2,033.78 41.12%
　　5 合计    4,945.89 100%
　　2．能耗指标计算
　　单位建筑面积能耗指标：通过上述表格，我们可以计算通讯社年单位建筑面积能耗为24.09kg标准煤，年单位建筑面积电耗为97.27kwh。
　　人均能耗指标：通过上述表格，可以计算通讯社年人均能耗为826.6kg标准煤，人均耗电量为3,336.83kWh。
　　从能耗重点来看，通讯社的主要用能为电和热力，电力消耗大约占总能耗的50%，热力消耗约占41%（仅按照单位建筑面积耗热量推算）。导致通讯社能耗指标偏高的原因是：
　　（1）通讯社信息中心等业务性区域的用电较大。
　　（2）随着供热收费制度改革，供暖系统用能也成为通讯社的重点能耗环节。
　　三、用能问题分析
　　1．信息中心机房空调存在较大的节能空间
　　信息中心机房有恒温恒湿要求，目前温度设定在24-25℃，±2℃；湿度设定在30-70%之间，可见范围过大；并且经实地考察可明显看出机房中服务器摆放与地面通风口不协调。
　　共有2台冷却塔为中心机房服务，一用一备、也可2台同时启动，但冷却塔风机未设独立的温控联动装置。冷却塔启动则其风机启动，造成一定能耗浪费。
　　并且虽然每个空调模块机组内有自控设备，但各机组之间不能联动控制，只能人工进行温度调节，经常出现温度调整过低从而造成浪费。
　　2．综合楼空调系统能源效率不高
　　由于综合楼中有食堂、健身房等功能用房，空调需要从早4点一直运行到晚10点左右，空调末端可调节。经计算非工作时间启动的一组机组所产生的制冷量远超过所需冷负荷。
　　综合楼冷冻站及循环水系统均为工频不调速控制，由于设备工作流量变化较大，不能随流量变化进行调速控制从而造成较大损耗。
　　3．综合楼热水用量大
　　由于综合楼包括了食堂、餐厅等区域，生活热水用量较大。如果能充分利用中央空调余热加热生活热水，可以有效减少热力消耗。
　　4．供热系统节能空间较大
　　供热系统涵盖住宅建筑和办公建筑，但供热系统没有按供热需求进行分区分时分温控制，造成能源浪费。目前供热系统循环水泵没有采取变频控制，不能实现随负荷调节水泵流量，造成能量浪费。
　　5．供水系统仍有节能潜力
　　目前新华社供水系统没有采用无负压供水技术，具有较大的节能潜力。
　　6．供配电系统部分设备属于高能耗
　　主楼变配电所3#、4#变压器（1000KVA）为油浸式变压器。此型号变压器损耗较大,且已运行十余年。
　　5#、6#变压器（1600KVA）负荷主要为信息中心大型UPS（不间断电源2250KVA），非线性负载会产生大量的谐波电流并注入到电网中，使电网电压产生畸变，在电网中产生高次谐波。从而造成电容自动补偿柜不能投入，两台变压器低压侧功率因数长期在0.8左右，造成大量无功耗能。
　　主楼及综合楼冷冻站及换热站循环泵均为工频不调速控制，由于空调设备运行工况变化较大，不能随工况变化进行调速控制从而造成较大损耗。
　　7．未用分时电费制度，不能通过蓄冷技术削峰填谷实现电费的节约。
　　8．空调系统末端调节能力差，导致能源浪费。报刊楼、发行楼和第二工作区无温控器，无法在末端进行自控。
　　四、设备节能措施
　　在由于电力消耗占总能耗的50%左右，下面主要就解决配电系统中存在的能耗问题的解决办法展开论述。
　　1：主楼变配电所3#、4#油浸式变压器（1000KVA），更换为SCB10-1000KVA干式低损耗节能变压器。新型干式变压器的主要优势在于：
　　（1） 采用优质硅钢片，改进了铁芯结构，降低了空载损耗；
　　（2） 改进绝缘结构，适当减少电流密度，从而降低了负载损耗。
　　2：5#、6#变压器（1600KVA）负担了大量非线性负载（UPS），导致电网中产生大量高次谐波。AccuSine并联有源电力滤波装置采用目前先进的模拟逻辑方式实时检测电网中由非线性负载产生的电流波形，集动态滤波、动态电流补偿以及动态无功功率补偿（容性、感性可编程）于一体，性能优异，具有响应速度快、滤波效率高、不与系统发生谐振问题和体积小等优点。
　　（1）具体功能如下：
　　□彻底消除因三次谐波产生的中性线电流。
　　□可以同时滤除2～25次范围内的全部或选定次数的谐波。
　　□具有自动限流功能，不会发生过载。
　　□可以只滤波，或同时滤波和补偿无功。
　　□可自动消除系统谐振。
　　□设计选型简单，不需要进行详细的电网分析，只需测量谐波电流的大小。
　　□体积轻巧，便于安装。
　　□具备通讯接口，标准的通讯协议，方便的接入用户现有的通讯系统。
　　（2）有源电力滤波器Accusine原理：
　　外部原理
　　AccuSine有源滤波装置并联于电网系统中，可等效为一个受控电流源，通过实时检测非线性负载产生的谐波电流，AccuSine快速产生与其大小相等、方向相反的补偿电流并注入系统，从而将电源侧电流补偿为正弦波，达到滤除谐波的目的。工作原理如图所示：
　　
　　外部原理图
　　
　　内部原理
　　工作原理如图所示：
　　
　　内部原理图
　　由于谐波的治理，改善电网质量，消除了谐波损耗，并大幅度提高电网功率因数。由于功率因数的提高，减少了变压器及线路损耗，减少了变压器和线路的电压损失，提高了供电能力。
　　3：主楼及综合楼冷冻站及换热站循环泵改为采用交流变频技术调速控制水泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的有效途经之一，下图绘出了阀门控制调节和变频调速控制两种状态的水泵功率消耗——流量关系曲线。如下图：
　　
　　上图显示了变频器控制和阀门控制水泵所消耗的不同功率，我们可以清楚的看出在水泵流量为额定的60％时，变频器控制与阀门控制相比，功率下降了60％；所以水泵仅仅依靠阀门控制是远远不够的，进行变频器控制的节能改造十分必要。
　　由于水泵的流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，而轴功率与P与转速N的三次方成正比。可见用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率呈现转速的三次方下降。
　　根据设备运行要求，综合楼冷冻站压缩机及冷冻水循环泵不宜作变频控制，冷冻站两台冷却循环泵宜根据供、回水管温度及流量的变化控制冷却循环泵变频调速节能；一台变频器控制一台水泵。由于变频器的使用，在电网上会产生谐波污染，因而应选择有源电力滤波器进行局部补偿。
　　五、设备节能计算
　　1．3#、4#变压器（1000KVA）改造节能计算
　　 空载损耗（W） 负载损耗（W） 总有功损耗（W）
　　原有油浸式变压器（S7-1000/10）4.5% 1800 11600 1800+11600=13400
　　新装干式变压器（SCB10-1000）6% 1568 9700 1568+9700=11268
　　以上数据自《工厂常用电气设备手册》上册中查得。
　　由此可见，更新为干式变压器后，每台变压器降低的有功损耗为：
　　13400-11268=2132W=2.132kW
　　年节约能耗为：2.132x365x24=18676.32kWh
　　3#、4#两台变压器共节能：2x18676.32kWh=37352.64kWh
　　
　　2．5#、6#变压器（1600KVA）谐波治理节能计算
　　（1）提高功率因数减少线路损耗计算
　　线路在输送一定的有功功率，由于导线存在着电阻，电流通过线路时，线路自身会产生有功功率损耗。其有功功率损耗与电流平方成正比，线路的电流与功率因数成反比。则线路自身产生的有功功率损耗与功率因数的平方成反比，所以提高功率因数就能降低线路的有功功率损耗。
　　输送一定负荷时线路的有功功率损耗可以用下式表示：
　　△P=3I2Rx10-3=P2Rx10-3/(U2cos2φ)(1)
　　提高功率因数前后线路的有功功率损耗可以分别表示为：
　　△P1=3I12Rx10-3=P2Rx10-3/(U2cos2φ1)(2)
　　△P2=3I22Rx10-3=P2Rx10-3/(U2cos2φ2)(3)
　　式中ΔP--线路的有功功率损耗，kW
　　I--线路输送的电流，A
　　ΔP1、ΔP2--提高功率因数前后线路的有功功率损耗，kW
　　cosφ1、cosφ2--线路增加无功补偿前后功率因数
　　P--线路输送的有功功率，kW
　　R--线路的电阻，Ω
　　U--线路的额定电压，kV
　　根据式(2)、(3)可知：功率因数提高后线路有功功率损耗下降的百分数可以表示为：
　　η=[(△P1-△P2)/△P1]x100%=[1-(cosφ1/cosφ2)2]x100%(4)
　　5#、6#变压器（1600KVA）由于谐波有效治理，两台变压器低压侧电容自动补偿柜自动投入，功率因数由0.8提高到0.95，线路有功功率损耗下降：
　　η=[1-(0.8/0.9)2]x100%=29%
　　(2)提高功率因数可减少变压器铜损计算：
　　变压器在运行中，输出一定的有功功率时，其铜损耗与变压器所带负荷视在功率的平方成正比，而视在功率又与变压器的功率因数成反比，即可表示为：
　　S=P/cosφ(5)
　　提高功率因数前后变压器的铜损耗可表示为：
　　Pt1=(S1/Se)2Pk=[P/(Secosφ1)]2Pk(6)
　　Pt2=(S2/Se)2Pk=[P/(Secosφ2)]2Pk(7)
　　式中S--变压器输出视在功率，kVA
　　S1、S2--提高功率因数前后变压器的视在功率，kVA
　　P--变压器输出的一定有功功率，kW
　　Pk--变压器铭牌额定铜损耗，kW
　　Pt1、Pt2--变压器在提高功率因数前后的铜损耗，kW
　　Se--变压器的额定容量，kVA
　　cosφ1、cosφ2--功率因数提高前后值
　　所以在P和U不变时，提高功率因数前后的变压器实际的铜损耗下降百分数可以表示为：
　　η=[(Pt1-Pt2)/Pt1]x100%=[1-(cosφ1/cosφ2)2]x100%(8)
　　5#、6#变压器（1600KVA）提高功率因数后变压器实际的铜损耗下降:
　　η=[1-(0.8/0.9)2]x100%=29%
　　（3）由于谐波的有效治理，根据有源滤波装置生产商的实际统计，变压器负载总损耗应比滤波前下降5%以上。
　　每台变压器年节约能耗为（变压器负载率按70%计算，功率因数按0.95计算）：
　　1600KVAx70%x0.95x5%x365x24=466032kWh
　　5#、6#两台变压器共节能：2x466032kWh=932064kWh
　　
　　3.水泵变频调速节能计算：
　　水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。一般认为，变频调速不宜低于额定转速50％，最好处于70％～100％。
　　从水泵功率消耗——流量关系曲线图中可见用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降；
　　当水泵转速下降到额定转速的10%即F=45Hz时，其电动机轴功率下降了27.1%，水泵节电率为27.1％；
　　当水泵转速下降到额定转速的20%即F=40Hz时，其电动机轴功率下降了48.8%，水泵节电率为48.8％；
　　当水泵转速下降到额定转速的30%即F=35Hz时，其电动机轴功率下降了65.7%，水泵节电率为65.7％；
　　六、结论与建议
　　在分析了通讯社能耗现状（着重探讨了配电系统的节能措施）的基础上，并参考政府机构办公楼、学校、宾馆的能耗特点，通讯社改善能源消耗几项重要工作：
　　1．能源管理信息系统
　　2．信息中心空调系统节能改造
　　3．综合楼利用空调余热加热生活热水
　　4．供暖分区分时控制
　　5．无负压供水
　　6．更换高能耗变压器并对变压器进行谐波治理
　　为了保证通讯社良好的服务环境，提高能源利用效率，实现节能降耗，为推动全社会节能工作做好表率作用，还应在一下方面加强重视：
　　1.落实新华社节能工程，逐步提高能源利用效率。
　　2．加强组织管理，在能耗计量和统计的基础上，实施能耗考核考评和奖惩制度，进一步加强节能管理。
　　
　　
　　
　　参考文献：
　　1.中国建筑学会建筑电气分会《民用建筑电气设计规范实施指南》中国电力出版社2008
　　2.任元会卞铠生姚家祎《工业与民用配电设计手册》（第三版）中国电力出版社2005
　　3.兵器工业第五设计研究院《工厂常用电气设备手册》中国电力出版社1996