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[摘 要] 电力需求侧管理是指为提高电力资源利用效率，改进用电方式，实现科学用电、节约用电、有序用电所开展的相关活动。本文介绍了适用于大型公建的电力需求侧管理节电技术，并针对绿色照明、电机变频和热泵空调三种节电效果显著的技术应用进行了详细的分析，有助于大型公建开展节电改造，提高用电效率。
[关键词] 电力需求侧管理；节电；绿色照明；变频；热泵
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 17. 048
[中图分类号] F270.7；F407.61 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）17- 0097- 02
1 电力需求侧管理工作现状
电力需求侧管理的主要内容可概括为以下两个方面：一是提高能效、节约用电量。通过一系列措施鼓励用电单位使用高效用电设备替代低效用电设备，减少电力用户的电力消耗需求。二是负荷管理、减少高峰电力需求。通过技术和经济措施激励用户调整其负荷曲线形状，有效地降低电力高峰负荷需求或增加电力低谷需求。本文主要是对电力需求侧管理的节电技术进行分析。
电力需求侧管理于1993年从美国引入我国开始试点，至今已形成一定规模，国家发展改革委制定了《电力需求侧管理办法》、《有序用电管理办法》等一系列政策文件，并指导全国各省市开展电力需求侧管理宣传培训、电价出台以及城市综合试点建设等各项工作的有序开展。
2 北京市开展电力需求侧管理工作的必要性
北京市夏季的日电力负荷曲线呈现出明显的峰谷特性（详见图1）。夏季电力负荷从11：00-17：00都在高峰时段运行，最大电力负荷一般出现在11：00-14：00左右，但是夜间全市电力负荷较小，日负荷峰谷差率最大可达到50%，大量发电和供配电设备在夜间处于闲置状态，浪费了电力资源。
2015年北京市最大电力负荷为1 856.6万千瓦，其中空调降温负荷占近50%。随着夏季闷热天气的到来，空调用电增多导致最大电力负荷持续高位运行，给城市电网设备的安全稳定运行带来了较大压力，急需通过实施电力需求侧管理项目节约用电。
3 大型公建电力需求侧管理节电技术分析
大型公建的主要用电部分包括照明用电、电机用电及空调用电等部分，针对这三部分用电分别分析绿色照明、电机变频和热泵空调三种电力需求侧管理节电技术。
3.1 绿色照明
绿色照明技术主要是指通过科学照明设计，采用高效、节能、环保、安全和性能稳定的照明产品，提高人们的生活质量，从而创造一个安全、舒适、经济、有益的照明环境。现阶段主要为采用LED高效照明产品取代白炽灯等低效照明设备，节约能源，改善照明效果。各种类型照明灯具基本特点详见表1。
已知大型公建实施绿色照明改造项目，项目改造前灯具（包含灯具本身和镇流器）平均功率为P1（单位：瓦），灯具数量为n1，项目改造后灯具（包含灯具本身和镇流器）平均功率为P2（单位：瓦），灯具数量为n2，灯具年利用时间平均为T（单位：小时），则该绿色照明项目节约电力负荷计算公式为：
ΔP=（P1×n1-P2×n2）/1 000
绿色照明项目年节约电量计算公式为：
ΔE=ΔP×T
3.2 电机变频
随着电力电子以及自动控制技术的不断发展，交流变频技术得到迅猛发展。通过调整交流电源频率，从而改变电机转速，减小电机电流，起到节约用电的效果。目前，变频调速技术已成为节能、改善环境、推动技术进步的有效措施。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率和节能效果，在工业和公建领域得到广泛应用。大型公建应用变频技术主要包括电梯变频调速、空调变频改造、水泵变频改造等。
已知大型公建实施变频调速改造项目，项目改造前电动机平均输入功率为P1（单位：千瓦），平均频率为f1（单位：赫兹）；项目改造后电动机平均输入功率为P2（单位：千瓦），平均频率为f2（单位：赫兹）；则变频调速项目节约电力负荷计算公式为：
ΔP=P1-P2
或ΔP=P1×[1-（f2/f1）3]×100%
变频调速项目年节约电量计算公式为：
ΔE=ΔP×T
3.3 热泵空调
热泵空调是指一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。热泵空调可以把不能直接利用的低位热能（如空气、土壤、水中所含的热能）转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、热气、油、电能等）的目的。热泵空调一般应用于建筑物原有常规空调或采暖锅炉的替代，项目改造后可达到与改造前相同的供热或制冷效果。与原有设备相比，运行时所需的电功率将大大下降，项目节约电力效果较显著。
已知大型公建实施热泵空调改造项目，热泵系统在电网高峰时段平均耗电功率为P（单位：千瓦），热泵空调能源利用效率值为cop1，原有采暖或制冷设备能源利用效率值为cop2，则热泵空调项目节约电力负荷计算公式为：
热泵空调项目年节约电量计算公式为：
ΔE=ΔP×T
4 实际应用分析
某大型公建采用LED灯具对其原有白炽灯、卤素灯和节能灯分别进行改造，共改造灯具约3 000只，累计投资约31万余元，通过计算，该绿色照明项目节约电力为77千瓦，年节约电能为203 654千瓦时，约1.5年即可收回投资。
该大型公建对其原有工频运行的供暖水泵进行变频改造，改造前两臺水泵的实测功率分别为75和45千瓦，改造后两台水泵的实测功率分别为50和30千瓦，累计投资约13.5万元。通过计算，该绿色照明项目节约电力为16千瓦，年节约电能为80 000千瓦时，约1.3年即可收回投资。
该大型公建同时建设空气源热泵系统取代原电锅炉加热系统，满足非供暖季节生活热水需求。本项目采用的4台热泵额定功率P为22.5千瓦，能源利用效率cop1为4，原有电锅炉能源利用效率cop2较低，只有0.95，取同时使用系数0.8，项目累计投资74万元。通过计算，得该项目节约电力负荷为231.2千瓦，年节约电能为369 920千瓦时，约2年可收回投资。
综上，该大型公建采用绿色照明、电机变频和调速及热泵空调技术共可节约电力负荷324千瓦，年节电能65.3万度。对比上述三种电力需求侧管理节约用电技术应用分析，热泵空调项目节约电力负荷和年节约电能效果相比绿色照明和变频调试项目较为明显，且其在夏冬两季用电高峰期均能够有效减少用电。
5 结 语
本文介绍了电力需求侧管理基本概念和主要内容及目的，并从对北京市近年来最大电力负荷发展趋势和特点分析的基础上，提出北京市迫切需要通过在大型公建领域开展电力需求侧管理工作，减轻高峰用电期城市电网运行压力。鉴于篇幅的限制，本文选取了在大型公建领域便于开展、且节约用电效果显著的绿色照明、变频调速和热泵空调技术，从技术概述、节电计算和案例分析进行了介绍，并对比了三种技术实际使用效果，对大型公建开展电力需求侧管理节约用电技术具有一定的指导意义。
主要参考文献
[1]国家节能中心.重点领域节能技术与新能源[M].北京：中国发展出版社，2011.
[2]国家发展改革委经济运行调节局.电蓄冷蓄热技术及技术经济评估[M].北京：中国电力出版社，2013.
[关键词] 电力需求侧管理；节电；绿色照明；变频；热泵
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 17. 048
[中图分类号] F270.7；F407.61 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）17- 0097- 02
1 电力需求侧管理工作现状
电力需求侧管理的主要内容可概括为以下两个方面：一是提高能效、节约用电量。通过一系列措施鼓励用电单位使用高效用电设备替代低效用电设备，减少电力用户的电力消耗需求。二是负荷管理、减少高峰电力需求。通过技术和经济措施激励用户调整其负荷曲线形状，有效地降低电力高峰负荷需求或增加电力低谷需求。本文主要是对电力需求侧管理的节电技术进行分析。
电力需求侧管理于1993年从美国引入我国开始试点，至今已形成一定规模，国家发展改革委制定了《电力需求侧管理办法》、《有序用电管理办法》等一系列政策文件，并指导全国各省市开展电力需求侧管理宣传培训、电价出台以及城市综合试点建设等各项工作的有序开展。
2 北京市开展电力需求侧管理工作的必要性
北京市夏季的日电力负荷曲线呈现出明显的峰谷特性（详见图1）。夏季电力负荷从11：00-17：00都在高峰时段运行，最大电力负荷一般出现在11：00-14：00左右，但是夜间全市电力负荷较小，日负荷峰谷差率最大可达到50%，大量发电和供配电设备在夜间处于闲置状态，浪费了电力资源。
2015年北京市最大电力负荷为1 856.6万千瓦，其中空调降温负荷占近50%。随着夏季闷热天气的到来，空调用电增多导致最大电力负荷持续高位运行，给城市电网设备的安全稳定运行带来了较大压力，急需通过实施电力需求侧管理项目节约用电。
3 大型公建电力需求侧管理节电技术分析
大型公建的主要用电部分包括照明用电、电机用电及空调用电等部分，针对这三部分用电分别分析绿色照明、电机变频和热泵空调三种电力需求侧管理节电技术。
3.1 绿色照明
绿色照明技术主要是指通过科学照明设计，采用高效、节能、环保、安全和性能稳定的照明产品，提高人们的生活质量，从而创造一个安全、舒适、经济、有益的照明环境。现阶段主要为采用LED高效照明产品取代白炽灯等低效照明设备，节约能源，改善照明效果。各种类型照明灯具基本特点详见表1。
已知大型公建实施绿色照明改造项目，项目改造前灯具（包含灯具本身和镇流器）平均功率为P1（单位：瓦），灯具数量为n1，项目改造后灯具（包含灯具本身和镇流器）平均功率为P2（单位：瓦），灯具数量为n2，灯具年利用时间平均为T（单位：小时），则该绿色照明项目节约电力负荷计算公式为：
ΔP=（P1×n1-P2×n2）/1 000
绿色照明项目年节约电量计算公式为：
ΔE=ΔP×T
3.2 电机变频
随着电力电子以及自动控制技术的不断发展，交流变频技术得到迅猛发展。通过调整交流电源频率，从而改变电机转速，减小电机电流，起到节约用电的效果。目前，变频调速技术已成为节能、改善环境、推动技术进步的有效措施。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率和节能效果，在工业和公建领域得到广泛应用。大型公建应用变频技术主要包括电梯变频调速、空调变频改造、水泵变频改造等。
已知大型公建实施变频调速改造项目，项目改造前电动机平均输入功率为P1（单位：千瓦），平均频率为f1（单位：赫兹）；项目改造后电动机平均输入功率为P2（单位：千瓦），平均频率为f2（单位：赫兹）；则变频调速项目节约电力负荷计算公式为：
ΔP=P1-P2
或ΔP=P1×[1-（f2/f1）3]×100%
变频调速项目年节约电量计算公式为：
ΔE=ΔP×T
3.3 热泵空调
热泵空调是指一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。热泵空调可以把不能直接利用的低位热能（如空气、土壤、水中所含的热能）转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、热气、油、电能等）的目的。热泵空调一般应用于建筑物原有常规空调或采暖锅炉的替代，项目改造后可达到与改造前相同的供热或制冷效果。与原有设备相比，运行时所需的电功率将大大下降，项目节约电力效果较显著。
已知大型公建实施热泵空调改造项目，热泵系统在电网高峰时段平均耗电功率为P（单位：千瓦），热泵空调能源利用效率值为cop1，原有采暖或制冷设备能源利用效率值为cop2，则热泵空调项目节约电力负荷计算公式为：
热泵空调项目年节约电量计算公式为：
ΔE=ΔP×T
4 实际应用分析
某大型公建采用LED灯具对其原有白炽灯、卤素灯和节能灯分别进行改造，共改造灯具约3 000只，累计投资约31万余元，通过计算，该绿色照明项目节约电力为77千瓦，年节约电能为203 654千瓦时，约1.5年即可收回投资。
该大型公建对其原有工频运行的供暖水泵进行变频改造，改造前两臺水泵的实测功率分别为75和45千瓦，改造后两台水泵的实测功率分别为50和30千瓦，累计投资约13.5万元。通过计算，该绿色照明项目节约电力为16千瓦，年节约电能为80 000千瓦时，约1.3年即可收回投资。
该大型公建同时建设空气源热泵系统取代原电锅炉加热系统，满足非供暖季节生活热水需求。本项目采用的4台热泵额定功率P为22.5千瓦，能源利用效率cop1为4，原有电锅炉能源利用效率cop2较低，只有0.95，取同时使用系数0.8，项目累计投资74万元。通过计算，得该项目节约电力负荷为231.2千瓦，年节约电能为369 920千瓦时，约2年可收回投资。
综上，该大型公建采用绿色照明、电机变频和调速及热泵空调技术共可节约电力负荷324千瓦，年节电能65.3万度。对比上述三种电力需求侧管理节约用电技术应用分析，热泵空调项目节约电力负荷和年节约电能效果相比绿色照明和变频调试项目较为明显，且其在夏冬两季用电高峰期均能够有效减少用电。
5 结 语
本文介绍了电力需求侧管理基本概念和主要内容及目的，并从对北京市近年来最大电力负荷发展趋势和特点分析的基础上，提出北京市迫切需要通过在大型公建领域开展电力需求侧管理工作，减轻高峰用电期城市电网运行压力。鉴于篇幅的限制，本文选取了在大型公建领域便于开展、且节约用电效果显著的绿色照明、变频调速和热泵空调技术，从技术概述、节电计算和案例分析进行了介绍，并对比了三种技术实际使用效果，对大型公建开展电力需求侧管理节约用电技术具有一定的指导意义。
主要参考文献
[1]国家节能中心.重点领域节能技术与新能源[M].北京：中国发展出版社，2011.
[2]国家发展改革委经济运行调节局.电蓄冷蓄热技术及技术经济评估[M].北京：中国电力出版社，2013.