高校電力需求側管理潛力分析

費偉民 支琴 孫仲良

1．上海交通大學;2．華東理工大學

隨著高等教育事業的發展，校園用電需求快速增長，能耗狀態日趨嚴峻。高校在以綠色校園為建設目標，通過多渠道開展了節能管理與技術改造，提出了電力需求側管理方面的要求[1]。電力需求側管理（Demand Side Management，DSM）是指在政府法規和政策支持下，采取有效的激勵和引導措施以及適宜的運作方式，通過電網企業、能源服務企業和電力用戶等共同協力，提高終端用電效率和改變用電方式。在滿足相同用電功能的同時減少電力消耗和電力需求，為達到節約資源和保護環境，實現社會效益最優、各方受益、成本最低的能源服務所進行的管理活動[2]。

目前，我國高校普遍存在對電力需求側管理認識不足、未建立規范的管理體系、缺乏規范有效監管等問題[1][3]。本文結合高校能源管理的特點，將電力需求側管理潛力分析的方法應用到高校各類用戶的管理分析上，通過對數據的定性定量分析，提高需求側電力的質量，挖掘高校電力用戶的節能潛力。這不僅是高校節能減排的一項有效措施，而且能為發揮需求側管理潛能，進一步科學用電、合理用電、節約用電奠定基礎，對全力推進電力需求側管理信息平臺建設具有重要的指導作用。

1 高校電力管理存在的問題

目前學校的配電系統設備設施一般主要有：10KV高壓進線，高壓柜、變壓器、低壓柜、負荷（照明系統、空調系統、動力系統和特殊設備設施）、應急系統（發電機和UPS）、其他輔助保護系統（防雷接地等）。這些設備和系統運行多年后主要存在以下問題：

1.1 用電擴容

學校正處世界一流大學和一流學科的建設加速期，教育事業規?；焖侔l展，特別是“十三五”開局年開始，大型科研、實驗和宿舍類建筑拔地而起。以上海交通大學為例，己確定新增的電力需求容量包括：理科大樓、轉化醫學大樓和密西根大樓，需增加10100KVA的供電容量。未來三年還將增加文博大樓、九期學生公寓等，而周邊的變電站己達到飽和狀態，已無法提供多余的電力專纜給新建大樓使用。擴容的瓶頸問題突出，急需解決。

1.2 用電成本

由于學校的快速發展，校區建設正處于分期建設中。在建設初期，變壓器后的計量較為粗曠，對尚未明確的二級用戶的布置，部分樓宇只在變壓器后有計量電表，到建筑樓層的終端用戶并沒有設置計量工具。計量系統不完善，責任體系尚不明晰，獎懲制度尚未建立，導致了終端用戶吃大鍋飯，浪費現象嚴重。同時能耗65%的公共設備系統缺少系統運行方案，公共設備運行模式不完善。而能耗占35%的專業設備的技術節能開展水平參差不齊，缺乏統籌規劃和管控。全員節能意識尚不足，浪費情況嚴重，甚至缺少節能意識，對節能措施不重視。

1.3 用電質量

電能質量是指多種不同類型的電力擾動，用電類型復雜。受負荷波動影響，供電的電壓偶發突變（降），突降的幅度有時至電壓的30%以下，造成所謂的閃斷（低于0．2秒電壓陡降）。據不完全統計，僅閔行校區外線閃斷統計，2017年達5次之多，單個站的下端用戶，如致遠游泳館，平均每月閃斷一次，而且是低壓總線雙路同時閃斷。在日常的供配電網運行下，出現這種閃斷現象，電能質量的問題無疑是個主要原因。然而外線供電質量是在市政電網的協調控制范疇內，校內電網供電質量的治理尚未有相應的措施。

1.4 供電可靠性

2016年10月23日上海交通大學發生大面積事故性突發停電，對數據中心的正常運維構成了重大威脅和挑戰，雖然有多重的保護措施，對于要求萬無一失的數據中心來說，長時間和突發性停電都對數據中心的保護設備（如發電機和UPS）的持久性和響應性仍存在風險。

2 高校電力需求側管理潛力分析

所謂電力需求側管理潛力分析，是指借助電力運行和保障的理論和實踐，構建相關的模型，對電力需求側管理起到的節能效果進行科學的分析。此類分析是實現電力需求側管理的前提[4]，為了保證戰略規劃目標的明確性，合法性和科學性，擬定的方案具有較高的執行力，就必須加強對電力需求側管理的潛力進行全方位的研究。

基于大量研究實踐，我國已形成一套DSM節能潛力的測算方法體系。采取“典型調研—定性定量分析—節能潛力分析”的方法，開展了DSM節能潛力測算。借鑒這一方法，學校電力需求側管理的潛力分析步驟可概括為：電力用戶分類、調研測算某類電力用戶的運行情況、分析節電潛力和運行策略。通過分析學校各類用戶節電潛力，可指導學校規范制定規劃期內DSM工作的宏觀節能減排目標、實施計劃和工作方案。

由于學校電力消耗中的80%為建筑消耗，所以學校DSM主要的潛力在建筑，如學校圖書館、科研樓、場館等大型公共建筑。因此，在學校DSM潛力分析時可首先對學校典型重點用能建筑進行節能潛力分析。

2.1 行政辦公類建筑實施DSM項目潛力分析

上海交通大學行政辦公類建筑用電消耗月負荷和日負荷如圖1和圖2所示：

圖1 行政辦公類建筑月負荷曲線

圖2 行政辦公類建筑日負荷曲線

通過分析我們發現，該類用戶的年最大負荷利用小時數與工作的時間關系密切，行政辦公類用戶負荷曲線和上班時間關系密切，周一至周五時間段負荷較大，而周六和周日負荷則較低，同時在上午八點至下班期間，除了中午休息時間，整個上班時間的負荷比較平穩，下班后負荷則會降低到很低的水平。該類電力用戶的負荷主要為照明、空調、電梯、辦公設備等，其中照明和空調用電占比較高，因此其負荷受溫度和季節影響較大，負荷率比較低，一般對供電可靠性的要求不是很高。

學校校內行政辦公類建筑實行單一電價，行政機關部門的水電費實行“定額管理”的機制正處于宣貫待執行中。因此，此類用戶的節電主要依靠使用高能效的設備和其他管理手段，在具體節能措施的落實時，需充分考慮物業部門的作用。對于行政辦公類的用戶來說，一方面，學校的辦公設備應嚴格把好采購關，將節能標識和能效標識作為辦公設備采購的技術參數要求，同時做好設備設施有效使用的宣傳引導，做到綠色采購與綠色消費的有機結合。另一方面，對準入的物業管理部門要設立節能管理的責任具體分工，對于公共區域及其所管轄的公共基礎設施部分在管理上做到全覆蓋，職工教育做到事前教育、事中梳理、事后總結與樹節能標桿。學校節能管理部門在技術節能上如增設節能物業維修基金的形式予以技術與資金方面的支持，充分調動物業單位的節能意識和工作的積極性。如2015年和2017年分別對學校新行政樓實施了照明系統的改造，包括公共區域感應節能控制、LED綠色照明設計與更新等技改項目，節能率達78%以上，投資回報期2年。

2.2 場館類建筑實施DSM項目潛力分析

圖3 場館類建筑月負荷曲線

圖4場館類建筑日負荷曲線

圖3 和圖4是以上海交通大學游泳館的典型場館建筑為案例，從曲線可以看出，游泳館的月用電負荷曲線和日負荷曲線比較平穩，不存在較大的差異性，而是處于動態的平衡狀態。這主要和游泳館的設施設備的運行狀態相關，另一方面，在學校場館類建筑的使用中，常規能耗總量的變化主要受到活動舉辦時間和次數的影響，而按照游泳館提供的服務來說，相應的教學開放時間和次數相對比較平衡。

相對學校其他部門，一般場館除承擔日常的教學任務之外，還對校內外用戶提供一定開放程度的服務。這類服務存在一定程度的營收，但此類營收區別于純商業化運作的場館。因此學校在對這類用戶的能源（水電）消費管理中實行“定額管理、成本分擔”或者“全額承擔”的管理政策。通過單一單價，即低于純商業單價的方式作為承擔教學任務的補充。從場館類建筑的設施設備配套來說，場館類主要電能消耗包括照明和空調，且體量較大。這類用戶對節電具有較高的積極性，對開展節能技術改造具有較高的認知度，這主要與相應的運行成本直接掛鉤相關。在預算不足或全額成本核算的情況下，合同能源管理模式也不失為一項較好的舉措。而節能潛力的發展方面應著力于建筑綜合節能技術的應用，特別是游泳館，用能系統還涉及供熱系統及供配電系統等。

2.3 宿舍類建筑實施DSM項目潛力分析

圖5 宿舍類建筑月負荷曲線

圖6宿舍類建筑日負荷曲線

圖5 和圖6是學校學生公寓用電的日負荷典型曲線和月負荷曲線，可以看出學生公寓的用電高峰出現在晚上20:00以后，和中午的休息時段，這用電趨勢與學生作息的時間相關。學生公寓的用能大、集中度明顯。隨著學生生活舒適度的提升，南方學校普遍均加裝了空調，學生公寓的主要用能為空調和照明，空調以分體空調為主。學生公寓的用電基本上實行“誰用電，誰負擔”的預付費模式，學生作為單體用戶直接承擔相應費用。結合以上兩方面因素，學生公寓是實行DSM的天然試驗場，避峰、錯峰用能帶來的經濟效益和節能效益顯而易見。一方面在管理上可進一步配套效益分享模式，完善學生用電的價格管理體系，與學生用戶建立DSM互動機制，引入學生積極參與電力需求側管理的實踐中，同時加強DSM的宣傳和引導。另一方面，在技術改造上則著力于空調等主要用能設備的節能應用上。

2.4 科研類建筑實施DSM項目潛力分析

圖7 科研類建筑月負荷曲線

圖8 科研類建筑日負荷曲線

圖7 和圖8是科研樓電力用戶的負荷曲線，主要是照明、空調、辦公和實驗設備等，根據其用電的性質，其對電力系統供電的可靠性要求較高，特別是實驗室，從上圖的用電日負荷來看，科研樓用電的規律性與行政辦公類用戶相近，區別是科研類用戶在工作時間段和非工作時間段的用電負荷相差不大，這也跟科研工作的性質相關。

事實上，科研樓用戶的用能與學科性質關系密切，如電信學院，其大型實驗類用電根據專業能級相差較大，實驗周期一般較短；而生物、農業等學院的專業，具有實驗用能較大及實驗周期較長的特點，特別對用電的可靠性特別高。另外，理科類學院如數學，實驗類用能主要為計算機設備等，相對用電負荷類別比較單一，體量也較小。因此，科研類用戶如實施DSM必須以確?？蒲蓄愑脩粲秒姷目煽啃詾榍疤?，而實施DSM可根據用戶自身的情況，采取因地制宜的方式自備電源或采用多電源供電的模式。例如，可以借助風能發電，太陽能發電，柴油機發電等方式。如果將所有用戶的自備電源充分的利用起來，可以大大的減輕電力系統的供電壓力，實現學校供電部門和科研用戶的雙贏。

3 結語

通過以上學校用電狀況作為具體實證案例，對其需求側管理實施了調研，并對校園典型用戶進行需求側管理的潛力分析，提出了可靠性、針對性較強的應對措施。歸納起來主要涉及提升終端用電效率，對技術實施創新、使用高科技和高能效設施的同時，對各類學校用戶進行用電負荷分類，根據負荷類別進行填峰錯谷的配網結構調整，對電力資源進行高效配置，減小能源消耗。提倡在科學預估前提下實行需求側管理，努力提高電力質量，以鼓勵方式和優化負荷管理技術等指引用戶正確的用電方式，讓電力供求曲線趨向平衡，完善電力系統的運行和保障措施。

[1]趙洪剛，趙鵬程，陳新建．高校的電力需求側節能管理應用研究[J]．產業與科技論壇,2017，16(10):47-48．

[2]鐘鳴，賴威敏．國內外需求側響應的研究與實踐現狀[J]．貴州電力技術,2016,19(10):21-24

[3]許之敏．我國電力需求側管理工作現狀與政策趨勢[J]．電力需求側管理,2017,19(1):3-4，16

[4]劉東海，方洪．分析電力需求側管理的國際經驗及對我國的啟示[J]．電工技術(理論與實踐),2015(7):67