（电气工程专业论文）中央空调轮停技术在夏季缺电形势下的应用.pdf

a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a sar e s u l to ft h ec o u n t r y se n l a r g i n gi n v e s t m e n tt ot h ee l e c t r i c p o w e rc o n s t r u c t i o n i n2 0 0 6 t h ep o w e ra n dd e m a n do ft h ee l e c t r i e i t yi no a rc o u n t r y w i l le a s yu p ，2 0 0 3a n d2 0 0 4c o m p l e x i o no f b i ga r e al a c k so f t h ee l e c t r i c i t yw i l ln o tt o b ea b l et oa p p e a ro n c em o r e b u t 。t h es u m m e ra i rc o n d i t i o n i n gl o a dp o s s i b l yc a n c r e a t es h o f t - t i m e ，p a r t i a ls c o p es h o r to fe l e c t r i cp o w e t t h es h a r pg r o w t ho ft h e e l e c t f i c i t yu s a g eo ft h ea i rc o n d i t i o n i n gi so n eo fr e 迥, $ o i i sw h y t h es p i k el o a dc l i m b s u n c e a s i n g l y t h e r e f o r e , t h ea i rc o n d i t i o n i n gl o a d i n f l u e n c et ot h es a f e ，s t a b l e ，t h e e c o n o m i c a lm o v e m e n to ft h ee l e c t r i c a ln e t w o r ks h o u l dc a u s et h eg o v e m m e n t d e p a r t m e n tr e s p o n s i b l ef o rt h ew o r ka n dt h ee l e c t r i cp o w e rc o m p a n yt a k e sh i g i l l y a l o n gw i t hs o c i e t y sd e v e l o p m e n t 1 i v i n gl e v e li si m p r o v i n g t h en u m b e ro f t h e c e n t r a l a i rc o n d i t i o n i n gu s e ri s i n c r e a s i n gp r o g r e s s i v e l yy e a rb yy e a r 1 h ec e n t r a l a i r c o n d i t i o n i n gu s e se l e c t r i c i t yo c c u p i e sq u i t ep a r to fe l e c t r i cq u a n t i t i e st oa l lu s e s e l e c t r i c i t yt h el o a da n da c c o u n t sf o rt h er a t i ot or i s eu n c e a s i n g l y t h e r e f o r ew em u s t m a k er e a s o n a b l ea d j u s t m e n tt ot h el o a do ft h ea i rc o n d i t i o n i n ge l e c t r i c i t yu s a g e , t a k e s d e m a n ds i d em a n a g e m e n tm e a s u l _ e sl i k et h eo c , o n o m v t e c h n o l o g ym e a s u r e s ，r e a l i s t a i rc o n d i t i o n i n gl o a de f f e c t i v em a n a g e m e n t , s u p p r e s s e si t sg r o w t he f f e c t i v e l y , a l l e v i a t ec o n t r a d i c t o r yo ft h ep e a kp o w e ts c a r c e l yi ns u m m e r 。i m p r o v et h ee n e r g y s o u r c e s e m c i e n c y t h ea l t e r n a t i o ns t o p so f t h ec e n t r a l i z e da i rc o n d i t i o n i n gi so n ek i n d o f 盈o o dt e c h n o l o g yt os o l u t et h ep r o b l e mo fe l e c t r i cp o w e rs h o r t t h es p e c i f i cr e q u e s t o f t h i st c p i ci sa sf o l l o w s ： ( 1 ) u s i n gs t a t i s t i ca sw e i la st h el o a do fc h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i sm e t h o dt oa n a l y z et h e l o a dc h a r a c t e r i s t i ci ns u m m e ro f n a n j i n g2 0 0 5 ，w en e e dt of i n do u tn a n j i n g ss u m m e r b i g g e s t a i rc o n d i t i o n i n g1 0 a d c e n t r a l i z e da i rc o n d i t i o n i n g1 0 a da sw e l la sa i r c o n d i t i o n i n gl o a ds t r u c t u r ec o m p o s i t i o n ( 2 ) m e t e o r o l o g i c a lf a c t o ra n db i g g e s tl o a dr e l e v a n ta n a l y s i s ： a n a l y s ea n dc o m p a r ei n t e r r e l a t i o na m o n gh i g h e s tt e m p e r a t u r e , t h el o w e s t t e m p e r a t eh u m a nb o d vc o m f o r tl e v e li n d e xa n dt h eb i g g e s tl o a d o b t a i a sw h a tk i n do f m c t c o r o l o g i c a lf a c t o ri nt h ea n a l y s i sf o u n d a t i o na n dt h eb i g g e s tl o a dr e l e v a n c ei s s 订o n g e s t a sw e l la se a c hk i n do fm e t c o r o l o g i c a lf a c t o rt os h o u l d e r st h ec h a n g et h e i n f l u e n c ea sw e l la st h ei n f l u e n c ei m p o r t a n td e g r e e i ti st h eb a s ef o rl o a df o r e c a s t i n g ( 3 ) t n t r o d u c e dt h er e s e a r c hi d e ao nd u t y - c y c l i n gc o n t r o lt e c h n i q u eo fc e n t r a la i r c o n d i t i o ns y s t e m t h e n ，t h et e c h n i c a ls c h e m e so fc e n t r a la i rc o n d i t i o ns y s t e mw a s c o m p a r e da n do p t i m i z e di na s p c c t so fp r o p h a s ei n v e s t i g a t i o n , s y s t e mc o n t r o la n d c o m m u n i c a t i o nm e t h o db yp r a c t i c a lc a s e t h es i m u l m i o na n a l y s i sa i rc o n d i t i o n i n g a l t e m a t i o ns t o p st e c h n i c a lt h ei m p l e m e n t a t i o nt h ei n f l u e n c ew h i c hs u n l m e rs h o u l d e r s t on a n j i n g k e yw o r d ：l o a dc h a r a c t e r i s t i c , h u m a nb o d ya m e n i t y ， p e r i o d i cs t o p p i n go f c e n t r a la i r - c e n d i t i o n i n 第n 贞 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：本丛盟导师签名：奉 日 期：! ：! ：夕 尔南大学上种硕士论文第章选题背景和研究意义 1 1 引言 第一章选题背景和研究意义 近年来。在国家宏观调控的背景下，江苏省经济在高平台上平稳发展，协调性改善，富 民进程加快，呈现出既快又好的经济发展态势。经江苏省统计局核算，2 0 0 5 年江苏省g d p 在1 8 2 7 2 1 2 亿元左右，同比2 0 0 4 年增长1 4 5 ，人均g d p 突破3 0 0 0 美元。财政总收入3 1 2 4 8 元。2 0 0 5 年，全省规模以上工业增加值实现7 4 3 6 0 2 亿元，在全国位居第3 ，同比增长2 2 5 。 高于全国平均水平6 1 个百分点。 江苏省省会南京市作为江苏省的政治、经济、文化中心和重要的南北交通枢纽，长江流 域四大中心城市之一，在全国宏观生产力布局中居于重要地位。近年来的国民经济运行整体 上呈现。增长快、效益好、活力强”的良好局面。据南京统计数据表明，2 0 0 5 年，南京市 g d p 在2 4 1 3 亿元左右，同比增长1 5 2 ，连续保持了从9 2 年开始的两位数增长。连续l o 年高于全省的增幅。据南京市统计局相关数据显示，在南京市生产总值中，第一产业g d p 为8 0 亿元，同比增长5 ；第二产业g d p 为1 2 1 5 亿元，同比增长1 8 4 ；第三产业g d p 为1 1 1 8 亿元。同比增长1 3 1 。三种产业的g d p 比值为1 ：1 5 2 ：1 4 1 9 9 0 2 0 0 5 年南京市三 次产业产值总量见图1 - 1 。可见，由于产业结构的调整，南京市第三产业得到了蓬勃发展， 而且在城市产业结构中的比重正逐步增加，第二产业发展平稳，第一产业所占比重持续下降 国民经济发展水平可用g d p 指标来衡量，g d p 的水平同电力负荷水平直接相关三次产业 产值的实现离不开能源，而能源中最重要的组成部分是电能，因此，地区电力负荷水平是由 国民经济发展水平决定的。 图1 - 11 9 9 0 2 0 0 5 年南京市三次产业产值总量 根据南京供电公司统计数据显示，2 0 0 5 年1 - 1 2 月份，南京市业扩新申请用电的报装用 第l 页 自：南大学_ l 拌硕士论文 第章选题背景和研究意义 户户数为1 7 3 ，9 7 1 户，容量3 6 6 5 万k w 。比2 0 0 4 年同期的1 4 2 ，1 0 0 户和3 2 9 8 万k w ，户数 增长2 2 4 3 ，容量增长1 1 1 4 2 0 0 5 年的新港开发区，化工园开发区已经基本建设完毕， 陆续有许多客户进驻并申请用电，造成大工业用户申请用电容量增大大工业用户申请容量 9 6 3 万k w ，比2 0 0 4 年同期增长6 5 5 2 居民客户申请报装户数和容量稳步增长。2 0 0 5 年 南京市业扩报装情况见表1 1 表l 一12 0 0 5 年南京市业扩报装情况 户数( 户) 容量( k v a ) 项目 2 0 0 4 焦2 0 0 5 正 增长率( + 、一) 户数 1 4 2 1 0 01 7 3 9 7 l 2 2 4 3 本年累计报装 容量 3 2 9 7 7 6 73 6 6 5 2 4 3 l i 1 4 大工业 户数 4 4 73 5 5 2 0 5 8 用户 容量 5 8 2 0 5 59 6 3 4 2 5 6 5 5 2 非普工业 户数2 9 5 l2 7 7 8 5 8 6 用户 容量 8 9 6 3 0 65 9 7 6 6 5 - 3 3 3 2 其 中户数 1 0 78 3 - 2 2 4 3 累 农业用户 计 容量 2 2 8 3 61 6 1 1 4 - 2 9 4 4 报 户数 2 5 4 33 7 0 7 4 5 7 7 装 非居民 分 用户 容量 4 3 6 8 2 95 2 7 2 1 0 2 0 6 9 类 户数 1 2 9 7 6 21 6 1 0 0 3 2 4 0 8 居民用户 容量 1 0 9 0 6 0 41 3 5 1 9 2 8 2 3 9 6 户数6 2 9 06 0 4 5 3 9 0 商业用户 容量 2 6 9 1 3 72 0 8 9 0 1 2 2 3 8 1 2 南京市全社会用电量 在国民经济持续快速稳定发展的有力拉动下，南京市全社会用电量继续保持高速增长的 态势。2 0 0 5 年，南京市的全社会用电量累计完成2 4 6 6 7 亿k w h ，同比增长1 8 9 9 ，全社会 用电量在全省位居第三。最高网供电量为8 4 7 2 万l f h ，最高地区电量为8 7 0 8 万k w h ( i ) 从产业用电分类情况看，2 0 0 5 年南京市第一产业用电量累计完成1 4 5 亿k w h ， 同比下降7 1 6 ；第二产业用电量累计完成1 7 7 2 2 亿k w h ，同比增长1 6 8 6 ；第三产业用 电量累计完成3 7 7 7 亿k w h ，同比增长3 4 5 1 。全省城乡居民用电水平也有较大幅提升， 用电量累计完成3 0 2 2 亿k w h ，同比增长1 6 2 3 ，其中城镇居民用电量累计完成2 4 8 5 亿 k w h ，同比增长1 4 6 9 ，乡村居民用电量累计完成5 3 7 亿k w h ，同比增长2 3 9 l ( 2 ) 从行业用电分类情况看，工业用电量的增长势头较好，同比增长1 9 3 9 0 0 。2 0 0 5 年南京市工业用电量累计完成1 7 3 5 3 亿k w h ，同比增长1 7 5 6 。其中轻工业用电量累计完 成1 7 4 2 亿k w h ，同比减少2 8 3 l ，重工业用电量累计完成1 5 6 1 0 亿k w h ，同比增长2 6 6 i ， 第2 贞 东南大学上种硕士论文第章选堪背景和研究意义 重工业用电的快速稳定增长是带动南京市全社会用电量持续稳步增长的主要因素之一在各 大行业中，金融房地产商务及居民服务业是增长最快的行业，累计增长达8 4 6 7 。此外， 增速超过4 0 的还有交通运输仓储邮政业、信息传输计算机服务和软件业、公共事业及管 理组织等行业，2 0 0 5 年南京市用电分类见图l - 2 。 1 3 用电负荷 1 3 1 用电形势概述 图l 之2 0 0 5 年南京市用电分类 气象条件对用电量的影响已经引起人们的关注。美国在4 0 年代就发现气温从1 8 c 开始， 每改变2 8 ，电力负荷变动2 。夏季由于空调设备倍增，用电量迅速提高，通常午后l 3 小时出现用电高峰。除温度外，云量、日照时数、湿度、风、降水量等要素对供电需求 也有一定的影响英国的电网控制中心每6 小时收到一份有关对电力需求有影响的气温、湿 度、风、云量和光照强度等的预报，还可接收6 2 4 小时有关这些要素变化趋势的预报和3 4 天的天气展望，电力气象预报服务的收益和成本比可达2 0 1 以上。已有的研究表明，上 海、北京、沈阳等大城市气象条件与用电量有着明显的相关性”】。除东北电网和西北电网外， 我国其他跨省电网最高负荷均出现在夏季高温时段。随着全球气候变暖趋势，城市人口密度 和建筑物高度的增加，大量空调室外机的热量捧放，汽车尾气捧放的剧增，加剧了城市的热 岛效应。而南京地处长江下游，属北亚热带季风气候区，素有“火炉”之称，据2 0 0 5 年夏 季气温实测，南京市城市中心区温度要高于郊区平均5 c 以上。城市室外温度的增高，使空 调运行效率降低，负荷进一步加大夏季3 5 c 及以上高温天气年平均达1 3 天。持续的高温 天气造成了电力负荷短缺的紧张局势。 另外，由于电源点建设相对滞后和煤炭供应紧张，供应端长期的投资不足与缺乏长远规 划导致容量缺乏是造成电力严重短缺的重要和常态原因，而国民经济的迅速甚至过热发展刺 激了电力需求，加剧了2 0 0 3 ，2 0 0 4 年的电力供需不平衡，出现了全国性大面积电力短缺的 第3 页 东南大学上种硕士论文第牵选题背景和研究意义 局面吐2 0 0 5 年电力供需矛盾已经得到基本缓解，最大用电负荷一直呈现高开高走、高速增 长的势态全社会对电力的需求不断增长。导致电力系统尖峰负荷持续攀升，峰谷差增大。 还是存在着燃气机组气源供应时有不足、部分地方机组运行不稳定、部分地区可能出现供电 设备过载等不确定因素 1 3 2 南京用电负荷情况 南京地区电网是华东电同的枢纽，也是江苏省的电力负荷中心2 0 0 5 年，南京市最高网 供负荷和最高网供电量，日最大峰谷差率均出现在8 月1 6 日该日为负荷实测日，最高网 供负荷为4 1 3 7 3 万k w 。最高地区负荷为4 2 4 万k w ，刨用电历史新高，同比0 4 年最高负 荷增长2 2 3 1 ，由于0 5 年以来南京市电力供应能力提升较快，统调用电实际最高负荷增速 远超0 4 年的增速。2 0 0 4 2 0 0 5 年各月份南京市网供最高负荷见图1 3 全年实际限电天数 为6 天，限电总负荷1 0 5 万k w ，单次最大限电总负荷为4 5 万k w 5 0 0 0 4 0 0 0 董3 0 0 0 蓑2 0 0 0 1 0 0 0 0 1 月 2 月3 月 4 月5 月 6 月7 月 8 月9 月1 0 月1 1 月1 2 月 月份 图1 - 32 0 0 4 年一2 0 0 5 年南京市网供最高负荷 2 0 0 5 年全年平均电网用电负荷率为8 5 8 4 ，与2 0 0 4 年连续错峰限电产生的高负荷率相 比，仍增加了0 3 8 个百分点。2 0 0 5 年各月份的电网用电负荷率情况见图l - 4 。由图可见， 2 0 0 5 年电网用电负荷率在春秋季节相对较高，l o 月份最高。负荷率达到了8 7 0 0 ，冬夏季 季节相对较低，7 月份的负荷率为8 5 1 4 ，2 月份的负荷率为8 4 6 0 ，均低于全年平均水 平。日最大峰谷差率为3 4 6 0 。峰谷差率最大日的最大用电负荷出现在8 月6 日，为2 9 7 万k w 。 第4 页 焉：南大学上种硕士论文 第章选题背景和研究意义 1 4 空调负荷情况 bi8 h 份 图1 - 42 0 0 5 年1 一1 2 月份电网用电负荷率 近几年来，随着人民收入与生活水平的提高，消费观念的变化，空调等高耗能电器已得 到大量普及，形成了可观的“空调负荷”。 除辽宁省以外，其他各省电网空调负荷在电网中所占比例均在3 0 e 以上，在我国一些大 中城市和经济发达的省份，甚至已经达到或超过4 0 总体来说，华中地区普遍居民空调 普及率居全国最高水平，据统计，华东电网2 0 0 5 年夏季空调负荷约占高峰负荷的2 8 l ” 江苏省2 0 0 5 年夏季空调负荷超过7 0 0 万k w ，约占最高用电负荷的3 2 南京市夏季空调 负荷超过1 2 0 万k w ，约占最高用电负荷的3 2 ，其中5 0 多万为中央空调负荷 南京市经济结构中第三产业所占比例较大。第三产业主要为金融、餐饮、商场、宾馆等 直接面对消费者的服务行业，其用电负荷主要是空调、风扇等季节性的大功率电器。住宅与 公共建筑空调负荷的比例约为l ：1 3 2 。随着南京市城市居民的生活水平迅速提高，购买力大 大增强，空调等季节性的大功率用电器也逐渐进入普通居民家庭，空调容量增长趋势稳定， 使得夏季居民的用电量大大增加。因此其空调负荷在空调负荷结构中所占比例最大，第三产 业空调负荷比例和中央空调比例均高于全国平均水平。由此可见，第三产业和城市居民的用 电特性比较类似，它的用电量主要来自于部分与季节有关的大功率电器，用电负荷具有季节 性波动的特点，最大空调负荷的增长率与当年夏季气候关系密切。在用电需求高速增长的情 况下，空调负荷增长速度略高于最高用电需求增长速度，或与最高用电需求增长速度基本持 平。另外我国房屋的保温隔热性能要比发达国家差得多，墙体、屋顶和门窗单位面积的传 热量为气候条件接近的发达国家的2 5 倍左右；很多空调建筑也没有采取必要的保温隔热措 施。建筑物的能源浪费极端严重，现在建筑能耗已占我国能源消费总量的2 5 ，预计其增 长速度还将超过能源生产增长的速度1 4 1 如果按目前的建筑能耗水平发展，空调负荷将继续 保持快速增长的态势。在今后几年，随着人民生活水平的不断提高，空调负荷还将呈现高速 增长的趋势，对电网经济运行、电力供需平衡的冲击将越来越大 从现代能源管理的思想，不应该也不可能去抑制这种增长的电力需求，而只能因势利导， 第5 贞 7ij；4；8888 6 5 4 3 8 8 8 8 簪逗g 东南大学上种硕士论文 第章选题背景和研究意义 用经济与技术手段引导人们合理消费，开源节流，尽力满足这种需求因此。高度重视高峰 时段空调负荷对电网安全、稳定、经济运行的影响。积极采取行政、经济、技术等空调负荷 调控措施，实现高峰时段空调负荷的有效管理，有利于优化用电方式、提高能源利用率。保 证电网平稳安全运行，缓解夏季高峰电力矛盾，具有良好的社会效益和经济效益。 1 5 空调负荷调控的意义 l l 空调负荷增长对电力系统的影响 夏季空调降温负荷的急剧增长已成为夏季尖峰负荷不断攀升，电网峰谷差不断拉大的主 要原因，峰谷差增大也给电网的安全运行带来隐患，给城市的供配电带来了沉重的压力，造 成夏季电力紧缺的“罪魁祸首”文献1 6 1 1 7 l 指出，空调类负荷对电压稳定有较大影响。1 9 8 7 年 夏季，日本东京电力系统发生电压崩溃的主要原因之一就是在重负荷条件下大量空调负荷的 增长，大量空调设备在低电压时从电网吸取了更多的无功电流，加速了电网电压的崩溃m l 。 空调负荷的无功一电压特性表现为：在额定电压附近，空调负荷的无功随电压的升降而增减， 当电压明显低于额定值时，无功功率随电压下降反而具有上升的性质。这特性给城市电网 电压稳定性带来威胁 9 1 。 1 5 2 空调分类及对电力负荷影响 空调由于技术的不同、用途的不同，使用场所的不同和制冷量的不同，对用电高峰产生 的时段、高峰的强度、使用可预测度、使用可调控度等因索的影响也有根本的差别。按照使 用场合和用途的不同，空调可以分为家用空调、分散式空调、中央空调三类，表l - 2 对三种 不同空调机系列的规格、特性和对峰值负荷的影响程度进行了定性归纳： 表l - 2三种空调与电力高峰的关联性 序号类登家用空调分散式空调中央空调 l 应用场所家庭中小型商业大型公建 2 制冷量( 范围k w ) 2 1 47 1 55 0 1 0 0 0 3 开机时间不规律性高 中 低 4 运行时间不规律性 高 由 低 5 f 保有量增长率高高 由 6 单机效率 低低高 7 电力高峰影响度高高中 第6 页 东南大学上秤硕士论文 第章选题背景和研究意义 ( 1 ) 家用空调 对于电力需求的影响就是其开机时间的随意性导致高峰需求的出现时间难以准确预测。 通常是天气炎热时，大量家用空调的启动导致用电高峰快速产生而且强度极高，但是天气凉 爽下来时家用空调的停机又导致负荷急剧回落。即使是在同一天时间里有时也会出现这一现 象，从而造成电网波峰波谷剧烈振荡 ( 2 ) 分散空调 使用时问在三大类空调中是最长的。白天在办公室和车间都是全日运行，对于中、小型 商业场所如餐馆、美发厅更是接近昼夜运行，加上分散式空调工作的场所都是开放式空间， 因此负荷非常大，所以时间长、负荷大的特点使分散式空调的耗电量很高。 ( 3 ) 中央空调 以各种形式的大型冷水机组为主，用于大型写字楼、酒店、商场、剧场等公用建筑。中 央空调普遍存在着的高能耗、使用时间长、季节性强的问题。其能耗包括制冷机组的能耗， 也包括风机、水泵等输配系统的能耗一般中央空调的能耗约占整个建筑总能耗的5 0 左 右，而用于商场和综合大楼的中央空调可能高达总能耗的6 0 以大型冷水机组为主的中 央空调除酒店外，对于写字楼和商场的应用大都是昼行夜停，另外由于是大型专用设备，通 常都有专业队伍对其进行操作和维护，在高峰电力过高时，可以通过某些干预手段进行统一 调度i o 】。目前绝大部分中央空调都是由电力驱动，这导致了电力消费曲线的时序性波动， 形成电力尖峰负荷 目前我国居民空调用户主要使用分散型空调，其容量小、数量庞大，不易直接控制，很 难用于削减尖峰负荷。而广泛用于大型宾馆、商场、写字楼的商用中央空调则是实现瞬时暂 停避峰的理想对象。 1 5 3 空调调控的重要性 除了导致能源消费尖峰负荷的特点，空调用能的另外一个重要特点是它属于民生能耗， 是空调设备使用过程中的能源消费。而钢铁、水泥、电解铝等高耗能行业属于生产能耗，是 在产品生产过程中的消费能源。政府一方面可以通过宏观调控措施；另一方面可以通过进出 口政策对高耗能产品产量进行控制，从而控制能源消费。而在“以人为本”的科学发展观下， 人民生活水平的提高和空调数量快速增长的趋势是无法遏制的 1 1 1 当然，扩大供给、满足 需求、兴建电厂，是最简单的办法，也是我们在长期计划经济体制下形成的思维定势。由此 面临的一个难题是：如果按照负荷的峰值发电，那么发电效率必将降低，否则又无法满足用 户的需求。 为应付不断增长的空调负荷，国家每年不得不投入上千亿元巨资用于电厂和电网建设。 第7 贞 看：南大学上种硕士论文第章选题背景和研究意义 当前我国大部分地区近年来缺电是阶段性的缺电，而不是全年性的缺电，仅在很少的省份出 现了全年性的。硬缺电”，很多电网公司的高端电力负荷持续时间仅几十个小时，甚至几个 小时1 2 0 0 5 年，南京市发电厂个数为2 9 个，发电设备容量为1 5 6 5 6 9 0 万k w ，发电量为8 9 5 4 亿k w h ( 全市全年发电量见图l 一5 ) ，同比增长4 1 7 2 ，设备平均利用5 9 6 7 小时，调峰成本 很高 羞 专 型 帕 村 一 圳 月份 图! - 52 0 0 5 年南京市发电量 公共建设空调全年平均满负荷运行小时数不到1 0 0 0 小时。而且南京市的气候条件决定 了夏季高峰空调负荷的持续时间可能只有6 0 0 8 0 0 小时。如果按照空调需求配电，负荷率 仅为1 0 0 4 发达国家电力平均年负荷率为6 6 6 ，可以认为，比较合理的年负荷率在6 0 以上，即全年平均设备利用小时数在5 8 0 0 小时左右。因此，投入巨大资金建造发电厂满足 短暂的空调高峰负荷，将导致发电成本上升，很不经济。 由此可见，解决高峰期的电力紧缺问题，“开源”是一个方面，更重要的还是在“声约” 上下功夫，真正落实。节约优先，效率为本”的能源战略。要在提高国民经济发展速度的同 时，降低能源的消耗速度。在进行电力建设的同时，必须将能源安全问题，环境问趣和经济 的集约发展置于同打破电力“瓶颈”同等重要的位置。始终坚持以人为本，全面、协调，可 持续的科学发展观。 近年来，中央明确提出了构建资源节约型和环境友好型社会的号召启动重点节能工程， 引导商业和民用节能、优化电网运行方式，改善用能结构，降低环境污染，提高电能利用效 率的技术和产品 2 0 0 5 的中央经济工作会议更是把节能作为2 0 0 6 年经济工作中的重点之一，提出“推进 能源资源节约，既是缓解能源资源供求矛盾的重大举措，也是从源头上减少污染，改善生态 环境的重要途径。”【“】。世界能源委员会1 9 7 9 年给出的定义是：。节能是采取技术上可行、 经济上合理、环境和社会可以接受的一切措施，来提高能源资源的利用效率。”为此必须采 取一些技术措施降低整个南京市的用电量，提高全社会终端用电效率，又不影响南京市的经 济发展，为南京市以后的可持续发展创造条件。这一现状和要求为中央空调轮停技术的研究 提供了思路和方向 第8 贞 东南大学j 二种硕士论文 第章选题背景和研究意义 综上所述，高度重视高峰时段空调负荷对电网安全、稳定、经济运行的影响，积极采取 行政、经济、技术等空调负荷调控措施，实现高峰时段空调负荷的有效管理，有利于优化用 电方式、提高能源利用效率，保证电网平稳安全运行，缓解夏季高峰电力紧缺矛盾，具有良 好的社会效益和经济效益。 1 6 空调负荷调控措施国内外经验分析 1 6 1 空调负荷调控措旅 整个1 9 8 0 年代直至1 9 9 6 年1 0 月，为了保证发电负荷与供、用电负荷的平衡，政府与 供电公司管理电力客户用电负荷的方法有以下几种： ( 1 ) 通过行政发文的形式要求电力用户避峰让电； ( 2 ) 通过拉路手段强行甩负荷。这些方法在当时极大地保证了电网的安全，但是却也 影响着电力用户生产与生活秩序。 由于人们对生产和工作环境需求的提高，电子化办公设备对工作环境的要求，部分产品 制造行业对环境的要求，以及人民生活质量的提高，空调已经成为工作和生活的必需品，空 调高峰负荷越来越难以强制性拉闸。 为了保证电网的安全经济运行，妥善地解决当前电力高峰紧缺的供需矛盾，针对南京市 夏季空调高峰负荷的特点，可以采用电力需求侧管理措旖。需求侧管理( d s m ) 是近年来 国内外提倡的一种旨在提高终端用电效率、改善用电方式、合理开发和有效利用现有资源的 先进管理技术。它以电力企业作为供应侧，采取有效的行政或财政激励手段和诱导措施以及 适宜的运作方式，鼓励用户采用各种节能技术和措施，进而改变其需求方式。d s m 使能源 的节约和开发具有同等地位，能源资源利用更加合理有效，适合市场运行机制，减少电力建 设投资，平衡供电负荷，增加电网运营效益，节电，节能、保护环境等。正成为当今科技进 行和社会发展的一个重要领域。d s m 的技术和经济措施包括：负荷调节，分时电价等，其 中落实柔性负荷( 即可中断负荷) 就是负荷调节的手段之一1 1 ”。 我国从7 0 年代中后期开始并进行了空调系统节能控制方面的研究工作为推动空调节 能工作，我国建立了新的空调能效标准和能效标识制度，很多地区制定了推广蓄冷技术的电 价及其他优惠政策，进行节能示范项目，这些措施对于空调负荷调控，缓解电力供需矛盾、 节约能源、保护环境等方面都发挥了重要的作用，取得了良好的社会效益、经济效益和环境 效益，总结国内外空调负荷调控措施及政策经验主要包括以下5 个方面： ( 1 ) 通过实验项目的研究，开发、论证和试验进行空调节能技术革新，并将技术创新 转化为高效节能空调，在实验项目中确定产品价格。 第9 贞 东南大学上种硕士论文第章选鹿背景和研究意义 ( 2 ) 通过各种形势的宣传手段消除用户对商效产品在认识、技术、经济上存在的心里 障碍，提高其对空调节能的正确认识。 ( 3 ) 利用资金刺激、税收或电价、财政政策减少用户的财政和技术风险，鼓励用户使 用高效空调产品 ( 4 ) 通过专门为节能立法、实施能效标准与能效标识制度，淘汰低效空调产品，增加 高效产品的市场占有率 ( 5 ) 培育空调节能产业，向用户提供项目建议，为用户针对自己的空调用电情况及用 电方式加以改进提供商业和技术支持，以实现空调节能新技术、新措施的推广和应用。 下面将备选空调负荷调控措施的节能削峰潜力、成本一效益、市场障碍及开拓技术的分 析进行了汇总，空调负荷调控措施的评价见表1 3 表1 3 空调负荷调控措施的评价 序 号 类别高效房问空调空调使用节能蓄冷技术节能建筑 更换及新购空调使用房间空调夜间无供冷需求新建及改造建 l 适用用户 用户。用户或部分供冷用户筑 大 2 节能潜力 大 较小大 3 削峰潜力 小较大 大 大 4 社会效益大大大大 5 用户效益较小大大大 价格、节能意识不 节能意识、知识 黧徽委皇爰誓襟豁 6市场障碍 足，空调市场恶性不足，用电习惯 竺璧苎他优惠政茬j 薄群谋洼 竞争难以改变策支持 菜萎喜” 市场开拓 宣传、政府采购、分时电价政策，补建筑能效标准、 7 能效标识与能效宣传、政策引导贴，移峰奖励及示低息、无息贷 策略 标准、补贴范项目；款、税收优惠 自南京供电公司负控中心1 9 9 6 年成立并投入使用以来，为了最大限度保证居民客户的 生活用电，对于生产或营业性电力用户安装了负控装置。对于其中非重要用电设备如中央空 调可通过负控装置实施停电目前，负控中心现有大客户3 4 3 0 户。其中有1 2 4 7 户的大型商 场、宾馆、写字楼、政府机关大楼都装有中央空调，在用电高、尖峰时段，负控中心都会对 这些客户的用电进行控制，而中央空调首当其冲。但是由于在用户端，中央空调机组与末端 风机盘管的用电回路往往是同一回路，这就造成了当负控限电时，空调主机与末端风机盘管 同时停电，不但给电力客户带来了极大的不便，同时由于紧急限电，还会使空调压缩机损坏 和使用寿命缩短，造成经济损失 第1 0 喊 尔南大学上秤硕士论文第章选题背景乖u 研究意义 通过这种手段控制用电负荷，给了电力客户一定的选择性，避免了由于停电对重要用电 设备的影响。极大地减小了停电损失。但是电力用户仍旧不能避免停电时问长以及不能预测 来电时间。这将不利于正常用电秩序的建立 1 6 2 中央空调轮停技术简介及国内外研究动态 通过d s m 实现空调负荷的有效管理，在不影响居民生活舒适度的前提下削减高峰负 荷，以推动中央空调节能技术及方法的应用，主要有以下三种技术手段： ( i ) 大力推广高效，节能型空调； ( 2 ) 是推广蓄冷空调技术，在夜间低谷时期蓄冷，减少白天高峰空调用电； ( 3 ) 实施中央空调轮停技术。 中央空调轮停技术即中央空调系统周期性暂停用电，是指对中央空调系统冷冻主机施以 周期性暂停，以节省空调冷气用电，冷冻主机暂停运转时，空调系统的送风系统和冷冻水循 环泵则继续运转供应冷气，由于建筑物的热惰性和循环冷冻水的蓄冷作用，可以在短暂时间 内继续保持对建筑物的供冷，从而达到减空调负荷和节约用电的目的 前两种措施在我国已经逐步开始得到重视，而第三种措施目前在国内还未得到广泛的应 用，只在部分地区开展了试点，探索工作。 在美国、台湾等发达国家和地区，中央空调轮停技术已经得到普遍实施。美国不仅对商 业、工业领域的大型空调负荷实施控制，而且还应用于使用中央空调的居民用户。美国电力 公司许多用户允许公司相当大程度地实施空调循环控制，改善了负荷形状，具有相当大的潜 在效益。美国在1 9 8 5 年一1 9 9 2 年间，对9 1 3 4 1 3 个居民空调和4 0 2 3 8 个商用空调进行了控制， 居民空调器削峰0 3 3 - 2 5 k w 腔制点，平均1 0 7 5 k w 控制点；商用空调器削峰1 8 3 - 5 0 k w 控制点，平均2 7 4 0 k w 艘制点。 台湾电力公司于1 9 9 1 年起出台中央空调及箱式空调暂停用电措施，鼓励中央空调和小 型空调及箱式空调周期性暂停( 主要内容如表i - 4 ) 适用客户对象为空调主机2 0 r t 以上的 非生产性综合用户，控制时间为6 、7 ，8 三个月的工作日1 0 - 0 0 i 8 ：0 0 ，每日暂停6 次，截 至2 0 0 1 年，选用该项措施的用户为1 1 5 户，受控主机容量约2 3 4 r t ，削减高峰负荷1 4 5 6 k w ， 在实施期间约可减少1 6 的空调用电【” 刚1 表i - 4中央空调及箱式空调暂停用电措施内容 j 项目中央空调周期性暂停箱式空调周期性暂停 i 适用对象空调主机2 0 r t 以上制冷压缩机i o r t f 控制时间每年6 月1 日8 月3 1 日( 周六、日除外)每日1 2 ：0 0 1 6 ：0 0 第l l 贞 采南大学上秤硕士论文 第章选避背景和研究意义 ，控制方式蘧行6 磕i n , 暂停1 5 m i n 每日暂停8 次 电费扣减基本电费按7 折收取基本电费按8 折收取 j 节电量减少1 6 空调用电减少1 5 0 o 空i 1 1 , 4 1 百一 据国外和我国台湾省已经实施的经验表明，在各种空调负荷控制技术中的可中断负荷 用电方式具有良好的削峰效果，并且其削峰成本只有新建调峰电厂的5 - 1 0 0 , 4 ，对用户的空 调舒适度几乎没有负面影响，而且可以实现空调负荷的有效管理，削峰填谷，提高能源利用 率的目的该技术不仅可用于商业、办公用中央空调的控制，未来还可以逐步推广应用于对 居民负荷( 如热水器、户式中央空调) 的直接控制。 1 7 课题的主要内容和工作 本论文将在借鉴国内外已有的研究成果的基础上，针对在2 0 0 5 年夏季的空调负荷现状， 针对中央空调轮停技术的应用问题展开研究，主要内容包括： ( i ) 利用统计以及负荷特性的分析方法分析南京市2 0 0 5 年夏季负荷特性。了解南京市夏 季的最大空调负荷，中央空调负荷以及空调负荷的结构组成 ( 2 ) 气象因子与最大负荷相关性的分析。分析比较最高气温，最低气温和人体舒适度指 数和最大负荷的相互关系，在此基础上得出何种气象因子和最大负荷的相关性最强，以及各 种气象因子对负荷变化的影响以及影响的重要程度，为负荷预测提供依据。 ( 3 ) 分析中央空调轮停技术的实施对南京市夏季负荷的影响程度。结合工程实践，分析 比较中央空调轮停技术方案、软件功能以及效益分析，实施中央空调轮停技术对南京市夏季 负荷的影响程度 第1 2 贞 采卣大学上秤硕士论文 第_ 章南京市夏季空渭负荷结构 第二章南京市夏季空调负荷结构 2 1 负荷特性分析相关内容 由于电力负荷的结构和特性与经济发展和产业结构有着十分密切的关系，研究电力负荷 应该从分析电力负荷特性开始电力负荷特性是衡量电力负荷的一系列指标，通过分析这些 指标可以显示出电力负荷的良劳状态。对负荷的特性进行分析，是电力系统发展与运行的重 要研究内容，电力系统负荷分析理论就是因此而发展起来的在现代电力系统工程科学中， 它己经成为占有重要地位的研究领域，是电力系统自动化总领域中的一项重要内容。 随着地区经济的不断发展和产业结构的调整，城乡居民的生活水平的不断提高，消费观 念也有了较大的改变，地区电力市场呈现出新的特征：电力需求持续增长，夏季高峰负荷持 续增长，峰谷差不断增大，给电网安全和经济运行带来许多问题，因而对负荷结构的研究显 得非常必要。由于电力负荷的供求矛盾是经济发展过程中产生的现象，西方经济发达国家较 早地遇到并解决了这个问题，亚洲部分发展较快的国家和地区也在九十年代初期和中期采取 了措施。它们的成功经验值得我们借鉴。由于引起电力负荷恶化的主要原因是负荷中季节性 成分的增加，因此有必要建立负荷与气温的数学模型，以定量地研究电力负荷