中央空调轮停技术在夏季缺电形势下的应用（可编辑）

中央空调轮停技术在夏季缺电形势下的应用（可编辑） 中央空调轮停技术在夏季缺电形势下的应用 东南大学 硕士学位 中央空调轮停技术在夏季缺电形势下的应用 姓名:杜小瑾 申请学位级别:硕士 专业:电气工程 指导教师:卢毅;李瑶虹 20060901摘要 近年来,由于国家对电力建设的加大投入,年,我国供用电形势将进 一步趋于缓和,和年的大面积缺电局面不会再次出现。但是,夏季的 空调负荷可能会造成短时的,局部范围的电力短缺,空调用电的急剧增加是尖锋 负荷不断攀升的原因之一.因此,空调负荷对电网安全、稳定、经济运行的影响 应引起政府主管部门和电力公司的高度重视。随着社会的发展,人民生活水平的 不断提高,中央空调的用户在逐年递增,中央空调负荷占用电负荷的比重也在不 断上升,所以要对空调用电负荷加以合理调节,削峰填谷,采取经济、技术等 需 求侧管理措施,实现空调负荷的有效管理,有效抑制其增长,缓解夏季高峰电 力 紧缺矛盾,提高能源利用效率。中央空调轮停是一种良好的解决电力短缺的 技术。 全文所做的主要工作如下: 利用数据统计以及负荷特性的分析方法,分析南京年夏季的负荷 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。 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。 介绍了中央空调轮停技术的研究思路。结合实际情况,从前期调研、 系统控制、通讯方案等几个方面对中央空调轮停的技术方案进行 比较,优选实施方案。分析中央空调轮停技术的实施对南京市年 夏季负荷的影响程度。 关键词: 负荷特性人体舒适度中央空调轮停 第贞 ’ , . ., .。 , . 迥 ’ ,, . . . .. .. , . 。’. 盈 .: ’ , . .:. 订.. . ., . . : , 第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。 日 期: 』:』:夕 研究生签名:本丛盟导师签名:?奉尔南大学上种硕士论文 第‘章选题背景和研究意义 第一章选题背景和研究意义 .引言 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,年江苏省 在.亿元左右,同比年增长.%,人均突破美元。财政总收入. 元。年,全省规模以上工业增加值实现.亿元,在全国位居第,同比增长.%。 高于全国平均水平.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,年,南京市 在亿元左右,同比增长.%,连续保持了从年开始的两位数增长。连续 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 为亿元,同比增长%;第二产业为亿元,同比增长.%;第三产业 为亿元。同比增长.%。三种产业的比值为:.:.~年南京市三 次产业产值总量见图。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指标来衡量,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 ~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,年月份,南京市业扩新申请用电的报装用 第页自:南大学拌硕士论文 第‘章选题背景和研究意义 户户数为,户,容量.万。比年同期的,户和.万,户数 增长.%,容量增长.%.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 .万,比年同期增长.%.居民客户申请报装户数和容量稳步增长。年 南京市业扩报装情况见表.. 表一 年南京市业扩报装情况 户数户容量 焦 正 项 目 增长率、一%户数 .% 本年累计报装容量 .%户数 ..% 大工业 用户容量 .% 户数非普工业 ..% 用户容量 .% 其中 户数 .% 农业用户 累容量 .% 计 报户数 非居民 .% 装 用户 分容量 .% 类户数 .% 居民用户容量 .% 户数..% 商业用户容量 ..% .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。年,南京市的全社会用电量累计完成.亿,同比增长.%,全社会 用电量在全省位居第三。最高网供电量为万??,最高地区电量为万. 从产业用电分类情况看,年南京市第一产业用电量累计完成.亿, 同比下降.%;第二产业用电量累计完成.亿,同比增长.%;第三产业用 电量累计完成.亿,同比增长.%。全省城乡居民用电水平也有较大幅提升, 用电量累计完成.亿,同比增长.%,其中城镇居民用电量累计完成.亿 ,同比增长.%,乡村居民用电量累计完成.亿,同比增长.%. 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./。 年南京市工业用电量累计完成.亿,同比增长.%。其中轻工业用电量累计完 成.亿,同比减少.%,重工业用电量累计完成.亿,同比增长.%, 第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.%。此外, 增速超过%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,年南京市用电分类见图。 图之年南京市用电分类 .用电负荷 ..用电形势概述 气象条件对用电量的影响已经引起人们的关注。美国在年代就发现气温从开始, 每改变.?,电力负荷变动%。夏季由于空调设备倍增,用电量迅速提高,通常午后~ 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~小时有关这些要素变化趋势的预报和~ 天的天气展望,电力气象预报服务的收益和成本比可达/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,据年夏 季气温实测,南京市城市中心区温度要高于郊区平均以上。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.夏季及以上高温天气年平均达天。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,年的电力供需不平衡,出现了全国性大面积电力短缺的 第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. ..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.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月日.该日为负荷实测日, 最高网 供负荷为.万。最高地区负荷为万,刨用电历史新高,同比年最高负 荷增长.%,由于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 远超年的增速。~年各月份南京市网供最高负荷见图..全年实际限电天数 为天,限电总负荷万,单次最大限电总负荷为万. 董 蓑 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月份 图 年一年南京市网供最高负荷 年全年平均电网用电负荷率为.%,与年连续错峰限电产生的高负荷率相 比,仍增加了.个百分点。年各月份的电网用电负荷率情况见图。由图可见, 年电网用电负荷率在春秋季节相对较高,月份最高。负荷率达到了.%,冬夏季 季节相对较低,月份的负荷率为.%,月份的负荷率为.%,均低于全年平均水 平。日最大峰谷差率为.%。峰谷差率最大日的最大用电负荷出现在月日,为 万。 第页焉:南大学上种硕士论文 第‘章选题背景和研究意义 %/簪逗 .. ;; 份 图 年一月份电网用电负荷率 .空调负荷情况 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%.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,华东电网年夏季空调负荷约占高峰负荷的%”. 江苏省年夏季空调负荷超过万,约占最高用电负荷的%.南京市夏季空调 负荷超过万,约占最高用电负荷的%,其中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:.。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%,预计其增 长速度还将超过能源生产增长的速度.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, 第贞第章选题背景和研究意义 东南大学上种硕士论文 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。 .空调负荷调控的意义 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”.文献指出,空调类负荷对电压稳定有较大影响。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。 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。 ..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 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 应用场所 家庭 中小型商业 大型公建 ~ ~ ~ 制冷量范围/ 中 开机时间不规律性 高 低 由 高 低 运行时间不规律性 由 保有量增长率 高 高 低 低 高 单机效率 电力高峰影响度 高 高 中 第页东南大学上秤硕士论文 第章选题背景和研究意义 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? 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. 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。 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%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%.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‘】。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。 ..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.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?. 年,南京市发电厂个数为个,发电设备容量为.万,发电量为. 亿全市全年发电量见图一,同比增长.%,设备平均利用小时,调峰成本 很高. 羞 专 型 帕 村 圳 月份 一 图 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~小时。如果按照空调需求配电,负荷率 仅为..发达国家电力平均年负荷率为.%,可以认为,比较合理的年负荷率在% 以上,即全年平均设备利用小时数在小时左右。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. 的中央经济工作会议更是把节能作为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. 第贞东南大学二种硕士论文 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。 .空调负荷调控措施国内外分析 ..空调负荷调控措旅 整个年代直至年月,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: 通过行政发文的形式要求电力用户避峰让电; 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。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。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”。 我国从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,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个方面: 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。 第贞东南大学上种硕士论文 第‘章选鹿背景和研究意义 通过各种形势的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。 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. 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. 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.. 表.空调负荷调控措施的评价 序 类别 高效房问空调 空调使用节能 蓄冷技术 节能建筑 号 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 适用用户 用户 。用户 或部分供冷用户 筑 ?? 大 大 节能潜力 较小 大 小 较大 大 削峰潜力 大 社会效益 大 大 大 大 用户效益 较小 大 大 大 节能意识、知识 价格、节能意识不 黧徽委皇爰誓襟豁 市场障碍 足,空调市场恶性 不足,用电习惯 竺璧苎他优惠政茬薄群谋’洼 竞争 难以改变 策支持 菜萎喜?””‘ 宣传、政府采购、 分时电价政策,补建筑能效标准、 市场开拓 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户。其中有户的大型商 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. 第喊尔南大学上秤硕士论文 第‘章选题背景乖研究意义 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. ..中央空调轮停技术简介及国内外研究动态 通过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: 大力推广高效,节能型空调; 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; 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。美国在年一年间,对个居民空调和个商用空调进行了控制, 居民空调器削峰..腔制点,平均./控制点;商用空调器削峰../ 控制点,平均.艘制点。 台湾电力公司于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.适用客户对象为空调主机以上的 非生产性综合用户,控制时间为、,三个月的工作日~:,每日暂停次,截 至年,选用该项措施的用户为户,受控主机容量约.,削减高峰负荷, 在实施期间约可减少%的空调用电【”刚. 表 中央空调及箱式空调暂停用电措施内容 项 目 中央空调周期性暂停 箱式空调周期性暂停 适用对象 空调主机以上 制冷压缩机 控制时间 每年月日~月日周六、日除外 每日:~: 第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 蘧行磕暂停 每日暂停次 电费扣减 基本电费按折收取 基本电费按折收取 节电量 减少%空调用电 减少/空百一 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%,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。 .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: 利用统计以及负荷特性的分析方法分析南京市年夏季负荷特性。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. 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。 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 .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的季节性波动 程度。一些经济发达的国家或地区也曾做过类似的工作。如我国台湾省的电力工作者于 年对台湾地区的电力负荷特性进行了分析,并建立了负荷一温度的多项式模型,为针对 性地采取措施打下了理论基础旧. 、年的电力供需不平衡,电力供需矛盾非常突出,全国个省市均出现了不 同程度的缺电,其中江苏省电力供应缺口超过%,达到万,南京市电力缺口达到 万,占夏季最高负荷的三分之一.其主要原因是南京市的用电特性具有以下四个特 点: 党政机关,部队院校,涉外重要宾馆酒店用电多。 居民生活用电多,特别是空调负荷高,随气温的变化非常明显. 工业企业中连续性企业多,非连续性企业少,即可错峰移峰的工业企业负荷少 等。 占全市用电四分之一的特大型连续性企业中主要以自发自用为主。 年以来,南京市电力供需矛盾已经得到基本缓解,负荷特性受发电出力、错峰限 电制约的因素已经基本消除,负荷特性趋向正常的用电负荷特性。本章将对 南京市年 的夏季负荷展开分析,以得出夏季负荷特性和空调负荷的构架. 第贞东南大学种硕士论文 第章南京市夏季空调负荷结构 . 年南京市夏季负荷特性分析 ..基本概况 南京市三面环山,年温差较大,具有典型的“热岛效应”,闷热天气较多,湿度较大.这 ?气候特点可将用电季节划分为夏季为月,冬季为月和月,一般季节春秋季 为月和肛月.年、月份,南京市出现前后两轮高温,其中月初持续出现 以上高温天,月份持续?高温天。降温负荷在总用电负荷中所占的比重非常大, 而且这些负荷一般是构成用电的峰荷.气温成为影响电力负荷的?个敏感因素。本章中针对 年夏季负荷与一般季节负荷进行对比和分析。 ..典型日负荷特性分析 ...夏季最大负荷日负荷 将夏季最大负荷日作为典型日,并采集点负荷数据。据南京供电公司提供的数据显 示,年夏季最高的负荷出现在月号,该天的天气情况是晴到多云.气温是?一 ?,而且前几天是连续的高温天气,最低气温以上,最高气温以上。天气状况 均为睛或者多云,由于连续高温天气的积累效应,日的用电负荷达到了最高。 具体的天 气状况见表一. 表.夏季最大负荷日天气状况 天气 到多 到多 多云 多云 睛 到多 ~承抛瑚瑚瑚抛抛瑚 一时耋耋堇堇耋耋蝴 问鸺?憾?骢腮? 云到 对夏季最大负荷日的数据进行处理,最大日负荷出现在晚上点半左右,最大 负荷为 ‘ .,见图 第页东南大学上稃硕士论文 第章南京市夏季空调负荷结构 星 蓑?‘ ‘‘‘ ‘? ? ?‘‘一 ? ?时间/ 图 年夏季最大日负荷曲线 ...非季节性负荷日的负荷 非季节性负荷日的点负荷数据的采集: 区分工作日与非工作日。虽然居民、商场负荷在周休日、节假日较高,但由于南京 地区写字楼、办公楼等的空调负荷更大,由此测算重点又限定于工作日的空调负荷. 确定比较的月份。由于月份之前还有供暖负荷,所以不能直接比较,月份开始, 气温上升,最大负荷波动较大,也不作为比较的参照,因此选取月、月份作为基准。采 取了年月和月工作日平均数据考虑到负荷的自然增长率。非季节性负荷统计 结果见图. ,。??,?,?。、、???。。。?。。、~~ 。。。.?,, 量梧妪 ?衢加埔鄹 ?????? 时间/ 图 年非季节性日负荷曲线 ..最大日负荷和非季节性负荷曲线比较 第贞:南大学上群硕士论文 第?章南京市夏葶空谤负荷结构 夏季最大日负荷和非季节性负荷统计结果见图 ??年夏季培人负荷曲线 ?.季节性鲍衙曲线 要戮 蓑姗。 时间/ 图 年夏季最大日负荷和非季节性日负荷曲线比较 图可见,年夏季最大日负荷曲线表现为两个峰值,早高峰与晚高峰相差不大, 其中晚高峰要高于早高峰,最高负荷日的早高峰出现在中午:左右。其变化趋势为: 点至点负荷缓慢下降,之后负荷开始缓慢上升,中午点左右达到早高峰,之后负荷变 化缓慢,点左右时出现低谷,晚上:分左右出现晚高峰,其后负荷开始下降。晚高峰 时段的空调负荷主要由工业,商业、行政事业单位空调负荷和居民房间空调负荷组成;与早 高峰时段的空调负荷相比,晚高峰时段的空调负荷组成中缺少了行政事业这部分。根据南京 居民使用降温电器的习惯。晚峰是受居民用电影响较大所造成的。 年非季节性日负荷曲线则相对平缓。中午:左右出现了早高峰,晚间用电负荷 曲线则相对平缓,:以后用电负荷逐渐降低。 . 年南京市空调负荷结构分析 ..夏季最大空调负荷的计算方法 目前,直接得到空调负荷的实测数据很困难,且电网负荷的变化不仅仅与空调负荷有关, 也涉及到很多其他因素,空调的测算方法主要有以下六种:最大负荷比较法、基准负荷比较 法、最大温差比较法、空调数量推算法、装接容量推算法,电量比较法。其中,基准负荷比 较法的计算结果是平均空调负荷,其他几种方法的计算结果为最大空调负荷。最大负荷比较 法、基准负荷法、最大温差比较法,用电量法均是通过对比使用空调和不使用空调季节的电 第虹尔南大学二秤硕士论文 第一章南京市夏季空调负荷结构 网负荷变化规律计算空调负荷,对于夏季空调负荷比重较小的地区如以辽宁省为典型的东 北地区,夏季用电负荷对气候的变化不敏感,不适合选用此类方法,较适合选用装接容量 法和空调数量推算法:对于部分空调负荷已经成为基荷的地区,利用此类方法的计算结果偏 小.因此,采用基准负荷比较法口”,即直接利用电网的负荷曲线推算空调负 荷曲线。 基准负荷比较法的其基本思路是;以春季和秋季的工作日负荷曲线的平均值为基础。夏 季每天的负荷曲线与该基础曲线的差值就是当天的降温负荷曲线,降温负荷曲线的最大值就 是当天的降温负荷。具体推算过程如下 确定最大负荷的月份,往前后各选取相同时间间隔,最低温度不低于,且最 高温度不超过?的睡个月、作为基础月份. 统计春,秋季月份例如月或月的平均负荷曲线区分工作日和休息日. 以春季和秋季负荷曲线的平均值作为“夏季无降温负荷用电曲线”,取春秋两个季 度的平均值可以消除负荷的自然增长的影响,夏季负荷与。无降温负荷用电负荷曲线”的差 值就是受温度影响的降温负荷曲线。 此法承认春、秋季没有降温负荷,因此其负荷曲线收气温影响较小,不同日期的负荷曲 线差异较小。夏季负荷曲线受气温变化明显,不同日期因气温不同的负荷曲线变化显著。因 此,此方法测算出的空调负荷数值在最小空调负荷和最大空调负荷之间。 在.节分析的基础上,对于中央空调负荷,利用夏季最大负荷日的点的负荷数据 和非季节性负荷日的点负荷数据逐点相减,得到夏季每一时刻的空调负荷变 化情况。夏 季最大空调负荷统计结果曲线见图. 萎:蓁 ‘“一‘“?“,“。一?一一 时间/ 圈 年最大空调负荷曲线 ..夏季中央空调的计算方法 ...夏季指定目的选取 第贞女:南大学』押硕士论文 第章南京市夏季.空调负荷结构 目标是选取在某一温度条件下,绝大部分居民和某些写字楼,小型商业的分 散式空调都 不开启。而只有中央空调开启的时问段。 经过调查发现,第三产业的中央空调的开启时间大多是在月中旬到月中旬, 这其中还要根据实际的温度情况做适当的调整。所以选定夏季指定日的最佳 时间是月中下 旬,这段时间气温逐渐下降,分散式空调的使用率比较低。 月份和月份下旬的间隔时问比较短,负荷的自然增长率相对很小,故选取温 度出现拐点的那一周,即温度从一左右下降到一。通过原始数据考察;选 取了满足条件的月号号这一周的原始数据进行处理,指定日的天气状况见表 表夏季指定日的天气状况 时 . . . 。. 』. :. . ...非季节性一周的选取 选择月下旬在平均温度在度以下的那一周.考察原始数据选取满足条件的 月号.月号的一周天气状况参照表 表非季节性一周的天气状况 时 间 天气 。最低气温? 最高气温? .. 哺?弋一??一.. 多云到晴.. 中雨 .. 多云到小雨 ; ..晴到多云 一???一 ;.. 多云 .. 一多云到阴? 。 ...中央空调负荷曲线 将夏季指定日一周的负荷数据平均值和非季节性一周负荷数据点对点进行 相减,可得到 第贞尔南大学上群硕士论文 第一章南京市夏乖空调负荷结构 中央空调的每点负荷变化情况曲线。见图 耋 杂 《 ‘ “一‘“?一一 时间/ 图 年中央空调负荷睫线 ...最大空调和中央空调负荷曲线对比 将年最大空调和中央空调负荷曲线进行对比,见图 年蜃人率调负荷 ?/三央,申调负荷 莹 襄 斌 “一??“?‘?‘。‘‘?~ 时间/ 图 年最大空调和中央空调负荷曲线比较 年南京市夏季中央空调占最大空调负荷比重.%.最大空调占最大负荷比 重.%见表,这两个比例均高于全国平均水平. 表. 年南京市空调负荷状况 荷 第贞第章南京巾夏季空滑负荷结构 自:南大学上种硕士论文 . 早晚峰空调负荷构成 根据南京市统计年鉴提供的资料分析.截至年底南京市城乡总的居民户数大 约为 .万户,其中城市.万户,农村.万户.按照每百户城市居民的空调拥有量为 台、农村为台估算,南京市居民家庭空调拥有总数为.万台。由于南京市属于 经济发达地区,且目前不少家庭都拥有两台以上的空调设备,所以这里取空 调的负载率为 ..在晚高峰时段,以平均每台空调的输入功率为.,空调运行的同时系数为. 计算, 城乡居民的房间空调负荷最高可达.左右. 从近年来对南京市部分小区高、中、低档居民负荷的分析来看,在以上的温 度条件下,早高峰时段居民房间空调负荷大约是晚高峰时段的见图。旱高峰 时 段的最大房间空调负荷大约为.。这样可以得到年夏季早高峰、晚高峰时段 最大空调负荷的构成见表、表。 图夏季不同温度下居民典型负荷曲线 表南京市年夏季旱高峰时段最大空调负荷的构成 类型 空调负荷姗 备类空调负荷比重% . . 中央空调 . . 居民空调 . . 其它分散空调 矗 第贞尔南大学拌硕士论文 第章南京市夏季空调负荷结构 表南京市年夏季晚高峰时段最大空调负荷的构成 类型 空调负荷湘 各类空调负荷比重% . . 中央空调 . . 居民空调其它分散空调 . 合计 注:其他分散负荷为部分没有安装中央空调系统的小宾馆、小商场、小饭店、部分写字 楼和工业企业的办公楼的用电负荷。 第贞东南大学上拌硕士论文 第?章气象凼于与屠大负荷相戈性的分析 第三章气象因子与最大负荷相关性的分析 影响空调负荷的因素很多,它与气候条件、经济发展状况、居民的收入水平、消费观念、 电价、现有的空调负荷调控措施及国家政策等都有关系.空调器属于季节性、时段性的用电 终端。随着人们生活水平的提高和空调拥有率的逐年上升,夏季气温对最大负荷和日电量的 影响日趋显著,成为影响电力负荷的一个敏感因素。由于各地区经济发展速度、人民生活水 平以及气候特点各不相同,因此空调负荷特性包括空调负荷对电网负荷特性的影响及空调 负荷结构呈现出较大的不平衡性。夏季华东、华中地区如江苏、上海,多呈高温、湿热天 气,且延续时间较长,因而空调开启时间较长,将近个月,这些地区空调负荷及其对高峰 负荷的影响相对较大,降温负荷在总用电负荷中所占的比重越来越大,而且这些负荷一般是 构成用电的峰荷。因而必须研究用电负荷随温度变化的规律. 在夏季最高负荷的构成中,降温取暖的负荷对气候的变化非常敏感,另一部分为非气温 敏感的负荷。因此,若以最高负荷作为温度的函数。当温度低于某值,即低温状态时。取暖 负荷较大,随温度下降,负荷增长;当温度高于某值时,即高温状态,降温负荷随着温度的 上升而增加;在常温时,最大负荷与气温的变化基本无关,对气温不敏感,该模型的数学形 式”为: ? ?? 『. ? 负穗 弦溢度 图 日尖峰负荷一温度模型 本章根据年南京地区负荷和气象等相关数据,对夏季电力负荷和气象因子之间的 敏感性傲了初步研究。通过一元回归得出习尖峰负荷与气象因子的关联关系。这里气象因子 包括日最高温度、平均温度,最低温度及日平均湿度及人体舒适度。 第贞尔南大学』柙硕士论文 第?章气象凼子与晟大负荷棚戈性的分析 .最高、最低温度和日最大负荷的相关性分析 采用南京年月日~月日的近个月的日最大负荷以及最高气温、最低气 温数据进行研究。为客观起见。扣除了该时间段的双休日时间段。最高气温、 最低气温和最 大负荷变化的曲线图见图.和图.. 弋 翠 恒 萋椁《嚼 舳们?加 嚼 一月日最大负荷 ?月最高气温 ????? 时间序列/天 图最高气温和最大负荷的变化趋势图 印 如 。 ;; 砌 麓 姜棹斌嚼 埘 砌 一月日最大负荷 ?月最低气温 ... ... ????? 二.一一’. 时间序列/天 图 最低气温和最大负荷的变化趋势图 表 最大负荷和气温统计结果 最大负荷和日最高气温相关系数. . 最大负荷和日最低气温相关系数一一一. 参照表结果,最大负荷和日最高气温相关系数是.,最大负荷和日最低气温 第贞东南大学种硕士论文 第?章气象凶子与最大负荷相,?性的分析 相关系数是.,两者的相关系数都超过了..属于高度相关.最低温度和最大负 荷的 相关系数要好于最高温度,这是因为最高气温受到其他的气象条件的影响较 大,例如日照, 风速等等,而最低温度则影响较小。所以就最高温度和最低温度而言,最低温 度可较好反映 当天的气候状况和前几天的热量积累效应. .人体舒适度和日最大负荷的相关性分析 ..综合气象指标一人体舒适度的简介 夏季气温是影响日峰荷的主要因素,但在同样的温度,湿度不同的条件下,地区夏季日 峰荷也有着较大的差异。尤其在高温高湿的气象条件下,制冷设备开启的数量较多,日峰荷 较高。这是因为人们通常是根据自身的生理感觉来启动降温设备的。因而引入了人体舒适度 的概念。以全面了解夏季气象因素对电力负荷的影响。 所谓人体舒适度是指人体对所处的热环境或日照感到刚好适应,无需调节时的感觉状 态。人体舒适度指数这一概念,综合考虑气温,湿度,风力等气象因数的综合作用。人类机 体对外界气象环境的主观感觉有别于大气探测仪器获取的各种气象要素结果。人体舒适度指 数是指:从气象角度来评价在不同气候条件下人的舒适感,根据人类机体与大气环境之间的 热交换而制定的生物气象指标。夏季高温季节人体舒适程度的不同将直接影响空调等降温、 制冷设备的使用。 人体的热平衡机能、体温调节、内分泌系统,消化器官等人体的生理功能受到多种气象 要素的综合影响.人体正常体温稳定在.?~?.当气温为?时,人体处于热平街 状态,皮肤温度为,感觉最舒适气温高于时,为适应环境温度变化,维持人体 热平衡,血管扩张,将更多的血液向皮肤表层输送,促进皮肤温度升高以散失多余热量;当 气温高于?时,人体以捧汗方式散发热量气温超过?时,约/的余熟通过排汗散 失。因而随着环境温度的升高,人体的热负荷增加,不舒适感增强。若温度超过人体热平衡 系统的调节范围,就会产生中暑等热病。 从人体平衡调节技能看,环境温度高时,捧汗是调节热平衡的主要手段,而能否快速以 这种方式散失人体多余热量则与空气的饱和差和流经皮肤表面的风速成正比,其中饱和差, 即空气饱和水气压之差,是主要的影响要素,因此,相对湿度是影响人体热感觉和维持热平 衡的主要因子.气温适中时,湿度对人体的影响并不显著.由于湿度主要影响人体的热代谢 和水盐代谢。当气温较高或较低时,其波动对人体的热平衡和温热感就变的非常重要。例如, 气温在.时,即使相对湿度波动达%,对人体的影响也仅为气温变化的作用。 而当温度在。时,若相对湿度改变为时,人体的散热量就有明显差异,相对湿 第贞尔南大学稃硕士论文 第?章气象凶子与晟大负荷丰廿,之性的分析 度在%时,人体的散热量比相对湿度在%时为多。而当相对湿度超过时,高温 时, 机体主要依靠蒸发散热来维持平衡,如果相对湿度过高