技术提上来 能耗降下去

提升能源利用效率,势在必行。在日前国务院发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中,对经济社会发展全面绿色转型提出明确要求,到2030年,重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平。

电网科研人员如何做好低碳科技创新,引导客户企业转变用能方式,推进用能设备节能降耗?10月28日,本报记者走进中国电力科学研究院有限公司用电与能效研究所,了解节能技术的大世界。

能耗检测实验室进企业、帮省钱

在中国电力科学研究院有限公司用电与能效研究所,科研人员们紧张而忙碌着,项目资料、实验数据、研究报告等材料堆满了他们的案头。

定期体检,是人们了解自身健康状况的有效途径。对于工商业用户来说,企业的各项用能设备就像人体的器官一样,也需要定期“体检”,能效检测技术就是专为用能设备“体检”而来。

用电与能效研究所高级工程师何桂雄从事用电与能效相关技术研究已有11年。工作初期,他和同事们发现能效检测受限于场地要求,企业需携带用能设备前往专业机构检测,费时费力,耽误生产,许多企业望而却步。

做好能效检测,是实现节能降耗的关键一步。“能不能建一座移动式的实验室呢?”何桂雄和他的同事们开始思索。

2011年,用电与能效研究所开始开展“典型用能系统能耗仿真与节能分析技术研究、系统研制及工程应用”项目的研究,研发出了集便捷化能效数据采集、专业化用能系统能耗仿真分析、快速化能效诊断评估等功能于一体的专业“体检”装备——能效检测移动实验室。

能效检测移动实验室看上去像一辆急救车,只是车里装载的不是急救设备,而是覆盖能效检测全流程的能效检测设备。“这座实验室可以直接开进企业,随时随地检测能效。”何桂雄介绍。

能效检测移动实验室车顶搭载了无线网络终端,进入企业后,检测人员将便携式能效检测终端与客户用能设备连接,海量数据会被采集并无线传输到移动实验室内的便捷式能效集中交互仪,进而经过实验室专业模型分析,得出能效检测报告。

“我们可以提供配电、锅炉、风机、水泵、空压机、中央空调等典型用能系统的能效检测,并帮助企业定制改造方案。”何桂雄告诉记者,完成改造的企业用能效率可以提升8%~15%。

用电与能效研究所教授级高级工程师钟鸣举这样一个例子,有一次他跟随能效检测移动实验室前往北京的一家车企检测,该车企的生产基地刚投运不久,各项用能设备也选择了节能型,但电费成本仍让企业头疼。检测后发现,该企业安装的变压器容量远大于该企业的用电需求,属于“大马拉小车”,既不经济也不环保。在能效检测报告的建议下,该企业更换了合适的变压器,降低了用能成本,实现了节能目标。

随着信息化技术的发展,能效检测技术也有了新发展。“我们现在正在研发企业能效‘云诊断’系统,届时企业只需要在用能设备上部署智能采集终端,终端采集到的数据就会通过无线网络传输到云端,然后‘云诊断’系统就可以对客户的能效水平、单位产值、用能成本等诊断分析,出具能效诊断报告,提出用能优化建议。”用电与能效研究所高级工程师王松岑说,企业能效“云诊断”系统研发成功后,企业将更快更好地了解自身能效情况。

攻关“排毒”,耗能大户变节能大户

某企业数据中心的制冷系统V型冷凝器。

最近,“双十一”购物节火爆开启,人们疯狂“剁手”时,远在张北的阿里巴巴数据中心正高速运转,消耗着大量的电能。

技术提上来 能耗降下去

近年来,我国数据中心的数量与日俱增,已成为新的“能耗大户”。数据中心24小时高速运转,昼夜不歇,除了服务器等核心设备用能以外,还有不间断电源、照明、冷却等辅助设备用能,就像一座座不冒烟的工厂,消耗着海量的电能。

数据中心计算资源功耗分布与供冷分布不匹配,电力负荷灵活但缺乏有效调控,余热缺乏有效利用……这些问题如何破解?

为实现数据中心节能增效,用电与能效研究所工程师陈洪银和同事们开展了一系列关键技术研究,包括数据中心冷负荷分布追踪、分层分区精准供冷、数据负荷调节潜力评估、余热回收梯级利用等数据中心先进用能技术。

该项目研发了精准供冷边端智能控制装置、数据中心节能与能效管理系统等成果,正在天津某大型数据中心示范应用,为该数据中心提供精准供能、优化用能、余热回收等能源利用运行策略,实现能效在线评估,提升数据中心能效水平,预期可实现数据中心运行PUE(PUE值是指数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源之比。PUE值越接近于1,表示一个数据中心的绿色化程度越高)降低5%以上,节约用能成本8%以上,形成数据中心降本增效整体解决方案。

如今,综合能源服务已在社会各领域加速推进,已成为提升能源效率、降低用能成本、促进需求侧资源有效利用的重要手段。

“我们的研究要时刻走在前头,为具体实践提供技术支撑。”钟鸣告诉记者,用电与能效研究所已面向园区、建筑、工业企业等客户,开展了大量设备级及系统级能耗仿真、能效评价与服务模式研究。

最近,何桂雄和同事们正着手乡村用能领域的研究。研究项目试点落地在江西省吉安市新干县界埠镇洞口村,帮助该村的长平生态林牧场提高能源自给率、可靠性和利用效率。

长平生态林牧场是以畜牧养殖为主,种植业、渔业以及林业为辅的生态农业循环牧场。为实现能源综合利用,项目组构建了以屋顶光伏、废弃物发酵池、沼气发电、水源热泵、储能等为要素的微能源网,实现多能互补、协同互动。“养殖场的屋顶有了光伏发电,动物的粪便可以用来沼气发电,还建设了水源热泵、储能等设施,不仅提高了能源自给率、可靠性和利用效率,还解决了养殖场的环境污染问题。”何桂雄说,希望这种技术可以在乡村广泛推广,促进乡村经济绿色可持续发展。

技术升级,一个仿真系统模拟一个能源站

“现在我们构建了2台燃气热水锅炉、6台离心式冷水机组、2台燃气轮机、2台溴化锂吸收式制冷机、2套蓄冷(热)装置,将它们连接构成一个系统,然后运行综合能源系统优化策略。”在综合能源仿真与测试平台上,陈洪银用一台电脑就模拟出了上海世博B片区能源站的综合能源系统运行工况。

上海世博B片区能源站主要为片区内各央企总部办公楼及附属商业建筑供能,供能总面积为64.7万平方米,实现了对冷热电气等多种能源进行综合控制和调配,使得该片区综合能源效率在供冷、供暖季分别提升9.11%和8.79%,构建了多种能源低碳环保、节能经济、无缝高效的综合利用与服务体系。

技术提上来 能耗降下去

综合能源系统的运行策略还能优化吗?能源利用率可否再提升?这是陈洪银格外关注的事儿。

“在工程实践中,综合能源系统新的运行策略难以在系统中投运、尝试,这种未经过实践检验的优化策略在实际运行过程中可能会对设备造成损害。”陈洪银和同事们研发的综合能源仿真与测试平台就是为了解决这个问题。在该平台上,陈洪银可以模拟出一个能源站的运行系统,各项参数与实际运行中保持一致,并且在运行优化策略后,可以像设备实际运行一样输出各种能源流,为综合能源系统运维人员及时发现问题、分析优化效果、制定科学的运行策略提供参考。

综合能源仿真与测试平台面向园区、工业企业、建筑楼宇等用能场景,提供集物理模拟、数字仿真、实物验证于一体的在线闭环仿真能力,为综合能源系统的规划设计、优化运行、智慧运维、辅助服务、技术装备研发等提供全过程仿真能力支撑,对提高综合能源服务水平和竞争力,助力国家电网综合能源业务发展具有重要意义。

如今,用电与能效研究所在综合能源利用、电网节能及用户侧节能、智能用电、电动汽车充放电等方面积累了丰富的技术积累和研发经验,共计承担国家、地方、国家电网等各类项目百余项,累计获得国家专利授权80余项,取得软件著作权140余项,出版论著17部,获得国家、省部级等科技奖励70余项,累计完成国际标准3项、国家标准49项、行业标准29项、团体标准48项、企业标准75项及修订地方标准3项。一项项科研项目的扎实落地,为我国节能减排事业提供了技术宝库。

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