可再生能源及其監(jiān)管系統(tǒng)

可再生能源及其監(jiān)管系統(tǒng)趙慧/木豕【摘要】可再生能源監(jiān)管是建筑智能化技術(shù)的拓展應(yīng)用.結(jié)合GB50314-2015《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》，研究了智能建筑中可再生能源的應(yīng)用及其監(jiān)管的內(nèi)容、要求，分析了監(jiān)測與管理在可再生能源利用的重要性，表明采取完善的監(jiān)測和管理措施，可使各類可再生能源資源得到合理配置，提高資源的利用效率和效益，且能推進(jìn)可再生能源工業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程【期刊名稱】《現(xiàn)代建筑電氣》【年(卷)，期】2016(007)010【總頁數(shù)】5頁(P21-24,47)【關(guān)鍵詞】智能建筑;可再生能源;能源監(jiān)測;能源管理【作者】趙慧;宋豕【作者單位】長安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院，陜西西安710061;長安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院，陜西西安710061【正文語種】中文【中圖分類】TU201.5智能建筑向著綠色、生態(tài)方向發(fā)展，建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備均有了相應(yīng)的變化，建筑設(shè)備中增加了能耗采集、可再生能源的利用設(shè)施和系統(tǒng)后，建筑智能化的內(nèi)容也隨之?dāng)U展，如各類機(jī)電能耗監(jiān)控管理、可再生能源監(jiān)控管理等。在擴(kuò)展后的智能建筑組成中，能耗監(jiān)管系統(tǒng)和可再生能源監(jiān)管系統(tǒng)都隸屬于建筑設(shè)備管理系統(tǒng)［1］。1.1太陽能目前,太陽能在建筑中的利用方式主要為太陽能光電利用技術(shù)、太陽能光熱利用技術(shù)。從我國的實(shí)際情況和居民的經(jīng)濟(jì)能力看，太陽能光電技術(shù)成本過高淌未能在建筑中大規(guī)模推廣應(yīng)用。太陽能光熱利用技術(shù)是利用太陽能來滿足建筑中熱水、采暖、空調(diào)的需要,實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的有效方法。太陽能光電利用技術(shù)(光伏發(fā)電)最常見的應(yīng)用為太陽能電池，但目前用于商業(yè)生產(chǎn)的太陽能電池效率只有13%~15%,而在實(shí)驗(yàn)室制成的太陽能電池效率僅為23%~24%。太陽能光伏電池制造成本雖逐年下降,但仍處于較高的水平，相應(yīng)的發(fā)電成本與常規(guī)能源尚不具備可比性。目前，國內(nèi)投入使用的太陽能光伏電池約為6萬kW,在建筑中的應(yīng)用尚處于示范與探索階段。從發(fā)展趨勢來看，今后光伏建筑技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)將以開發(fā)高效率、低成本新型光伏電池為主，以并網(wǎng)屋頂系統(tǒng)和大型并網(wǎng)系統(tǒng)為主攻方向。20世紀(jì)90年代以來，許多國家對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)很重視，美國開展了100萬套屋頂光伏計(jì)劃，德國推出了如10萬套屋頂計(jì)劃等。與國外相比，我國光伏建筑技術(shù)在應(yīng)用上處于起步階段，如2007年首個(gè)小區(qū)屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)在浙江慈溪市投用。該光伏電站每年發(fā)電3~4萬kWh,電站所發(fā)的電能全部用于地下車庫照明,在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了居民住宅小區(qū)屋頂太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。太陽光熱利用技術(shù)主要用于熱水、太陽房、太陽灶、采暖與空調(diào)、制冷等領(lǐng)域，其中技術(shù)最成熟、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的是家用太陽能熱水器系統(tǒng)。1.2地?zé)崮艿責(zé)崮芊植枷鄬Ρ容^分散，開采難度大，受資源條件限制。近年來，利用地表淺層地?zé)岬牡卦礋岜眉夹g(shù)得到了長足的發(fā)展。淺層地?zé)岚ㄍ寥?、地表水和地下水等蘊(yùn)含的低品位熱能，可認(rèn)為是更為廣泛意義上的地?zé)豳Y源。因地源熱泵技術(shù)受地?zé)豳Y源條件的限制較小，因此在建筑中的應(yīng)用最多。地源熱泵技術(shù)是利用地下的土壤、地表水、地下水溫相對穩(wěn)定的特性，通過消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方,在夏天還可以將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，達(dá)到降溫或制冷的目的，同時(shí)還可供應(yīng)生活用水。地源熱泵系統(tǒng)包括三種不同的系統(tǒng):利用土壤作為冷熱源的土壤源熱泵，又稱為地下耦合熱泵系統(tǒng)或地下熱交換器熱泵系統(tǒng);利用地下水作為冷熱源的地下水熱泵系統(tǒng);利用地表水作為冷熱源的地表水熱泵系統(tǒng)［2］。2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可再生能源監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)由可再生能源監(jiān)測系統(tǒng)和可再生能源管理系統(tǒng)組成，如圖1所示。2.2可再生能源監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》，可再生能源建筑數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)主要通過安裝數(shù)據(jù)計(jì)量和采集裝置，對可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目、太陽能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目和可再生能源建筑應(yīng)用示范城市/縣的建設(shè)項(xiàng)目的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和動(dòng)態(tài)分析。按照類別，可分為太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能供熱采暖系統(tǒng)、太陽能供熱制冷系統(tǒng)、太陽能光伏系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)和復(fù)合系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集指標(biāo)包括基本信息數(shù)據(jù)和監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)兩類。不同的可再生能源系統(tǒng)對應(yīng)不同的監(jiān)測指標(biāo)。監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示?？稍偕茉幢O(jiān)測系統(tǒng)可基本設(shè)計(jì)如下:（1）太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能供熱采暖系統(tǒng)。室外溫度，在太陽能熱水系統(tǒng)/太陽能供熱采暖系統(tǒng)附近設(shè)計(jì)1個(gè)室外溫度傳感器（需有防輻射罩）,當(dāng)有多個(gè)系統(tǒng)時(shí)選擇典型的系統(tǒng)。太陽能總輻射，平行于太陽能集熱器設(shè)1個(gè)太陽能總輻射傳感器，當(dāng)系統(tǒng)的多個(gè)采光面或傾角（傾角之差大于10°）設(shè)計(jì)有太陽能集熱器時(shí),則平行于每個(gè)采光面或者傾角的太陽能集熱器均需設(shè)計(jì)1個(gè)太陽能總輻射傳感器。集熱系統(tǒng)進(jìn)出口溫度，在集熱系統(tǒng)的進(jìn)出管路上各設(shè)計(jì)1個(gè)水溫度傳感器。集熱系統(tǒng)循環(huán)流量，在集熱系統(tǒng)的進(jìn)水管或出水管路上設(shè)計(jì)1個(gè)水流量傳感器。輔助熱源,當(dāng)系統(tǒng)采用電熱鍋爐、電加熱器、空氣源熱泵機(jī)組等作為輔助熱源時(shí),在系統(tǒng)（集中供熱水箱或分戶供熱水箱）輔助熱源的配電輸入端布置電能表，數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)輔助熱源的配電系統(tǒng)情況確定。（2） 太陽能光伏系統(tǒng)。水平、斜面太陽能輻射量，平行于太陽能集熱器設(shè)1個(gè)太陽能總輻射傳感器，當(dāng)系統(tǒng)的多個(gè)采光面或傾角（傾角之差大于10°）設(shè)計(jì)有太陽能集熱器時(shí)，則平行于每個(gè)采光面或者傾角的太陽能集熱器均需設(shè)計(jì)1個(gè)太陽能總輻射傳感器，接收水平太陽能輻射量。在太陽能集熱器旁邊固定設(shè)置1個(gè)太陽能總輻射傳感器，接收斜面太陽能輻射量。室外溫度，在太陽能光伏系統(tǒng)附近設(shè)計(jì)1個(gè)室外溫度傳感器（需有防輻射罩），當(dāng)有多個(gè)系統(tǒng)時(shí)，選擇典型的系統(tǒng)。光伏組件背板表面溫度，在太陽能光伏組件上設(shè)計(jì)1個(gè)溫度傳感器。發(fā)電量，在市電網(wǎng)進(jìn)戶端安裝1個(gè)電量變送器，監(jiān)測由市電網(wǎng)送來的電量;在市電網(wǎng)進(jìn)戶端安裝1個(gè)電量變送器，監(jiān)測由市電網(wǎng)輸出的電量。電流、電壓，在太陽能光伏系統(tǒng)上連接1個(gè)電壓表和1個(gè)電流表。（3） 地源熱泵系統(tǒng)。室外溫度，在太陽能熱水系統(tǒng)/太陽能供熱制冷系統(tǒng)附近設(shè)計(jì)1個(gè)室外溫度傳感器（需有防輻射罩），當(dāng)有多個(gè)地源熱泵機(jī)房時(shí)，選擇典型的機(jī)房。系統(tǒng)熱源側(cè)、系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫度，在地源熱泵的熱源側(cè)和用戶側(cè)總進(jìn)出水管各設(shè)計(jì)1個(gè)水溫度傳感器。系統(tǒng)熱源側(cè)、系統(tǒng)用戶側(cè)循環(huán)水流量,在系統(tǒng)熱源側(cè)和用戶側(cè)的進(jìn)出管路上各設(shè)計(jì)1個(gè)循環(huán)水流量傳感器。系統(tǒng)耗電量，在地源熱泵系統(tǒng)的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有獨(dú)立的配電回路時(shí)，在總配電回路輸入端設(shè)計(jì)1個(gè)普通電能表。當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)的配電回路分散設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)配電系統(tǒng)的實(shí)際情況確定普通電能表的數(shù)量。機(jī)組熱源側(cè)、機(jī)組用戶側(cè)進(jìn)出水溫度,在機(jī)組用戶側(cè)的進(jìn)出管路上各設(shè)計(jì)1個(gè)水溫度傳感器。機(jī)組熱源側(cè)、機(jī)組用戶側(cè)循環(huán)水流量,在機(jī)組用戶側(cè)的進(jìn)水管或出水管路上設(shè)計(jì)1個(gè)循環(huán)水流量傳感器。機(jī)組輸入功率，在所監(jiān)測的地源熱泵機(jī)組配電輸入端設(shè)計(jì)1個(gè)功率傳感器或普通電表。機(jī)組耗電量，在所監(jiān)測的地源熱泵機(jī)組配電輸入端布置電能表，電能表的數(shù)量根據(jù)機(jī)組的配電系統(tǒng)情況確定。水泵耗電量，在所監(jiān)測的地源熱泵水泵配電輸入端布置電能表，數(shù)量根據(jù)水泵的配電系統(tǒng)情況確定。數(shù)據(jù)采集方式包括人工采集方式和自動(dòng)采集方式。人工采集的數(shù)據(jù)為示范項(xiàng)目的基本信息以及需要人工定期填寫的監(jiān)測數(shù)據(jù)。自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)為監(jiān)測指標(biāo)，由自動(dòng)計(jì)量裝置實(shí)時(shí)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過自動(dòng)傳輸方式實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)中心。2.3可再生能源管理系統(tǒng)把智能建筑中可再生能源采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理后,就需要將數(shù)據(jù)傳入主控制器中進(jìn)行處理、分析、判斷。根據(jù)Frost&Sullivan公司的研究報(bào)告，使用能源分析軟件可以減少高達(dá)15%的能源損耗，而使用能源分析報(bào)表可以確定能源使用的高峰期。對于分時(shí)計(jì)價(jià)的系統(tǒng)，通過能源分析軟件，可以將能源負(fù)載移至非高峰期（低谷）,實(shí)現(xiàn)消峰填谷，可以節(jié)省能源費(fèi)用。能源數(shù)據(jù)判斷機(jī)制是能源使用是否符合標(biāo)準(zhǔn),從而給予快捷、直觀的評價(jià)與施效，最后反饋至系統(tǒng)?？稍偕茉垂芾硐到y(tǒng)主要由以下模塊組成。能源檔案模塊。在每次的新能源數(shù)據(jù)采集和處理后,定期進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和管理,并對各個(gè)設(shè)備的異常狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)注，不僅能對能源的使用有直觀的了解，更能對未來能源的使用進(jìn)行趨勢顯示，對新能源的使用和管理提供可靠數(shù)據(jù)。能源分析模塊。數(shù)據(jù)采集完成后傳入主控制器，需要對可再生能源的使用進(jìn)行分柝然后進(jìn)行圖像或表格繪制,了解能源負(fù)載使用的高峰期、能源的使用率等,從而轉(zhuǎn)移能源負(fù)載使用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)消峰填谷的現(xiàn)象。為了能夠滿足各種用戶的需要，能源分析模塊需要將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)的表格繪制。為了更加清晰、直觀，還應(yīng)繪制出與其他能源消耗對比的圖像［3］。⑶能源反饋模塊。當(dāng)使用可再生能源時(shí),使用智能化技術(shù)來確保能源的使用安全。在太陽能熱水/采暖供熱系統(tǒng)中，如果監(jiān)測系統(tǒng)檢測到集熱器的出水溫度過低,則集熱器會轉(zhuǎn)動(dòng)角度跟隨太陽方向，以便實(shí)現(xiàn)集熱器采集到更多太陽光。系統(tǒng)會將溫度反饋至主控制中心，當(dāng)達(dá)到戶主設(shè)定集熱器采集溫度時(shí)，集熱器停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)能源反饋。太陽能供熱制冷系統(tǒng)，需要監(jiān)視太陽能上水泵、熱水循環(huán)泵和熱媒水循環(huán)泵的運(yùn)行狀態(tài)及水溫，水泵發(fā)生故障時(shí)報(bào)警;水泵中的水到達(dá)上限或下限時(shí)，及時(shí)進(jìn)行進(jìn)水或排水;當(dāng)水溫過高或過低時(shí)，及時(shí)從進(jìn)水口進(jìn)冷水或熱水，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。(4)能源成本模塊。根據(jù)能量表的數(shù)據(jù)和費(fèi)率情況,用戶較容易地分析能源費(fèi)用，確定設(shè)施能耗的基準(zhǔn)，計(jì)算出效率，再進(jìn)行調(diào)整，測算能源減少策略對成本的影響，更好地管理預(yù)算和精確預(yù)測未來成本。在成本管理中應(yīng)有賬單校對，即比較計(jì)算值與實(shí)際發(fā)票金額，檢查帳單的問題。用戶也可以手動(dòng)輸入發(fā)票上的數(shù)據(jù)建立歷史基線;成本分析，即在一個(gè)站點(diǎn)或多個(gè)站點(diǎn)中，子能量表或多個(gè)主能量表影響總能耗成本;成本排列，即以確定最經(jīng)濟(jì)的能源，基于室夕卜空氣溫度和面積將數(shù)據(jù)程式化。預(yù)算報(bào)告，即用戶可以輸入預(yù)算或使用歷史數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)實(shí)際發(fā)生的費(fèi)用作出預(yù)測報(bào)告，提前采取預(yù)防措施。假設(shè)分析，即預(yù)測未來成本用戶以不同的消耗模式和不同程度的需求作為變量，采用不同的策略分析節(jié)能;費(fèi)率的比較，即分析可替代的費(fèi)率和能源在實(shí)施前，確定有效的能源使用策略?？稍偕茉幢O(jiān)管系統(tǒng)能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)下的綠色環(huán)保建筑提供有效支撐，確保了新能源使用的可持續(xù)發(fā)展。本文主要介紹了可再生能源在智能建筑中的應(yīng)用及其監(jiān)管系統(tǒng)，表明采取完善的監(jiān)測和管理措施,不僅可以使各類可再生能源得到合理配置，提高資源的利用效率和效益，而且能夠推進(jìn)可再生能源工業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)各類可再生能源對傳統(tǒng)能