CN103136442A - 一种用于节能项目节约电力电量的测量与验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于节能项目节约电力电量的测量与验证方法，步骤包括：1）节能项目实施前确定项目边界和项目测评方案；2）确定节能项目基准期，建立预评估数学模型并收集相关元件参数和运行数据；3）对节能项目进行预评估，形成预评估报告；4）参考预评估报告选择最优方案，并进行节能项目实施；5）确定节能项目统计报告期，建立后评估数学模型并收集统计相关元件参数和运行数据；6）对实际的节约电力电量进行后评估，形成测量与验证报告；7）根据测量与验证报告估算出长期的节约电力电量，为后期节能项目方案的修正和实施提供依据。本发明具有较高的操作性和针对性，对于电力需求侧管理领域的节能项目均具有较大的实用价值和推广价值。

Description

一种用于节能项目节约电力电量的测量与验证方法

技术领域

本发明属于节能技术领域，具体涉及一种用于节能项目节约电力电量的测量与验证方法。

背景技术

2010年，国家发展和改革委员会会同六部委联合下发《电力需求侧管理办法》，明确提出各省、自治区、直辖市电网企业的年度电力电量节约指标，原则上不低于有关电网企业售电营业区域内上年售电量的0.3%。大型商业办公大楼也在推行智能楼宇和绿色建筑等节能和环保型建筑。随着节能减排工作的推进和合同能源管理项目的迅速推广，各领域有必要科学合理地测量和验证节能项目的节约电力及电量，为申请国家节能补贴和合同能源管理双方分享节能收益提供可靠依据。

通过节能项目的实施可实现增加节能量；减少项目或工程的投资成本；有助于显现能效项目和可再生能源投资对减少排放的价值；帮助全国及行业组织提高资源效率、实现环境目标。对于电力企业来说，能效测评可帮助电力企业清楚认识用电情况，找出最大的节能空间和潜力，并针对节能点采取最有效的节能措施，从而以最低的投入，获得最优的运行方式和最大的经济利益。

国际性能测量与认证规程（International Performance Measurement and VerificationProtocol,IPMVP)给出了A、B、C、D四种测量与验证方案，逐一进行了详细说明，并给出了指导性意见。在节能量项目的整个流程中，节约电力电量涉及到改造前后两个状态下损耗的对比，但是改造前后的损耗本质上是无法直接量度的，根据国际能效测量与验证规范（International Performance Measurement and Verification Protocol,IPMVP），通过回归分析法，在原能耗的基础上，仿真模拟出原设备在项目实施后的负荷工况下的能耗，再与项目实施后的实际测量能耗做差获得最终的节能量，这使得测量与验证过程复杂繁琐，而且该规范并没指出具体的实施方法。可以看出，该规范具仅有重要的指导意义，但在实际的生产现场缺乏可操作性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种用于节能改造项目节约电力电量的测量与验证方法，可根据企业用户的生产计划、扩建计划、市场需求进行准确的负荷预测，以获得相对准确的负荷工况，估算出长期的节约电力电量，为后期节能项目的实施提供建议性参考，并根据情况的变化，对项目方案做出应有的调整，以获得最佳的节能效益。

本发明提供一种用于节能项目节约电力电量的测量与验证方法，其改进之处在于，通过基准期的预评估和统计报告期的后评估为项目节能收益提供依据；所述方法包括如下步骤：

1）节能项目实施前确定项目边界和项目测评方案；

2）确定节能项目基准期，建立预评估数学模型并收集基准期相关元件参数和运行数据；

3）在所述基准期，对节能项目进行预评估，形成预评估报告，为节能改造实施方提供技术经济分析，以便选择最优改造节能方案；

4）判断是否根据所述预评估报告进行节能项目实施，是则进行节能项目实施，否则结束测量与验证方法；

5）确定节能项目统计报告期，建立后评估数学模型并收集统计报告期相关元件参数和运行数据；

6）对节能项目实施后实际的节约电力电量进行后评估，形成测量与验证报告，为项目节能量的第三方核证和节能改造方申请国家节能补贴资金提供客观依据；

7）根据所述测量与验证报告估算出长期的节约电力电量，为后期节能项目方案的修正和实施提供依据。

其中，步骤1）所述节能项目实施前确定项目边界和项目测量与验证方案，即确定节能项目实施后的影响范围和节能量测评方案。

其中，步骤2）在所述节能项目基准期内确定用于项目计算节约电力电量的时间小时数，该时间段内根据预计的负荷工况建立预评估数学模型，并通过采集装置或查阅方式收集所述相关元件参数和运行数据；

其中，步骤2）基准期的所述相关元件参数根据测评方案和建模对象确定。（所述运行数据通过工程师预估得到。）

其中，步骤2）基准期的所述运行数据包括电流、电压、有功功率、无功功率、谐波含有率、流量、冷量或照度的数据；（所述运行数据通过工程师预估得到。）

其中，步骤5）统计报告期的所述相关元件参数根据测评方案和建模对象确定。

其中，步骤5）统计报告期的所述相关元件参数通过查阅设备台账和相关元件技术说明书或出厂实验报告资料获取。

其中，步骤5）统计报告期的所述运行数据包括电流、电压、有功功率、无功功率、谐波含有率、流量、冷量或照度的数据。

其中，步骤5）统计报告期的所述运行数据通过下述采集装置采集：计量仪表、电能质量分析仪、功率分析仪或烟气分析仪。

其中，步骤3）预评估的节约电力电量为仿真项目实施后的能耗与在项目实施后的预计负荷工况下仿真项目实施前的能耗之差。

其中，步骤6）后评估的节约电力电量为项目实施后实际的能耗与在项目实施后的实际负荷工况下仿真项目实施前的能耗之差。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

1、本发明在节能项目实施前进行预评估，为节能改造实施方提供技术经济分析，以便选择最优改造节能方案。

2、本发明在项目实施后进行后评估，为第三方核证和节能改造方申请国家节能补贴资金提供客观依据，在统计报告期还要持续监测其动态，为后期节能项目的实施提供建议性参考，并根据情况的变化，对项目方案做出适当的修正，以获得最佳的节能效益。

3、本发明具有较高的操作性和针对性，对于电力需求侧管理领域的节能项目均具有较大的实用价值和推广价值。

4、本项目进一步提出了预评估阶段节电力电量的方法和流程，同时指出了统计报告期之后持续监测节约电力电量的必要性和计算思路，持续的监测可以获得各种影响因素下的节约电力电量，凸显节约电力电量的长期经济效益，也为将来的测量与验证工作提供宝贵的信息资料和指导性意见。

附图说明

图1为电力需求侧管理节能项目节约电力电量的测量与验证方法流程图。

图2为电力管理节能项目节约电力电量预评估阶段的测量与验证方法示意图。

图3为电力管理节能项目节约电力电量后评估阶段的测量与验证方法示意图。

图4为无功补偿项目边界示意图。

图5为项目边界内所有串接线路及变压器等值电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为详细说明和检验所提出的电力需求侧管理节能项目节约电力电量的测评方案的可行性和实用价值，下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

现有的节能项目测量与验证方案仅注重项目实施后的测量与验证，本发明提供的一种用于电力需求侧管理节能项目节约电力电量的测评方法，其改进之处在于，补充了节约电力的计算思路和方法，总结出了一套适用于任何领域节能项目节约电力电量的测量与验证流程，并在IPMVP的基础上，进一步提出了项目实施前节约电力电量的计算方法，即预评估阶段的测评。通过预评估，可分析节能项目的节能潜力和可行性；而后评估的分析可有助于为申请国家节能补贴和合同能源管理双方分享节能收益提供可靠依据。另外，本发明还阐述了统计报告期后持续节约电力电量的必要性和重要性，并给出了相应的计算思路。方法具体流程见图1，方法包括如下步骤：

1）项目实施前确定项目边界和项目测评方案，即确定项目实施后影响的电气设备范围，并根据划定边界选定测评方案，如变压器改造项目，边界划分为变压器本体；无功补偿项目边界为无功补偿装置接入点至上一级无功电源点间的所有串接电力线路及变压器（包括无功补偿装置）。

2）确定项目基准期，建立预评估数学模型并搜集基准期相关元件参数和运行数据；

确定项目基准期，即确定用于项目计算节约电力电量的时间小时数，该时间段内应涵盖典型负荷工况基准期应具有代表性，包括电力峰荷发生的时间点，能够反映负荷平均水平。例如，需要测量2小时的电量损耗。基准期应包括供配电系统的最大负荷时刻，以便测量峰荷时的功率损耗，进而计算节约电力。然后根据预计的负荷工况建立预评估数学模型，并根据所建模型搜集相关元件参数和运行数据。

搜集项目边界内项目实施前后的元件静态参数，利用专业测试设备，采集项目边界内升压改造后的动态运行参数，安装、调试专业测试设备的步骤是在所述项目边界两端安装计量装置，采集数据应基于采集和计算数据的表格。在所述项目的边界两端安装计量装置，计量装置包括电参数采集设备，用于采集数据。电参数采集设备包括CT、PT、电能质量分析仪、功率分析仪和烟气分析仪等。计量装置采集数据为实时采集，采集的数据包括电能量、电功率、电压和电流、有功功率需量、无功功率需量、流量、冷量、照度等。采集周期至少为1小时，典型日（迎峰度夏期间、低谷负荷时等）要求细化为15分钟。

3）在基准期，对节能项目实施后可能的节约电力电量进行预评估并形成测评报告。

根据基准期采集的数据进行节约电力电量的计算，分析节能项目的节能潜力、空间和可行性，并形成预评估报告，以完善项目方案及为项目的实施提供指导性意见。

4）判断是否根据所述预评估报告进行节能项目实施，是则进行节能项目实施，否则结束测量与验证方法；本实施例可根据步骤1）-3）选择不同的参数进行多组预评估，选择最优节能改造方案，并根据最优节能方案判断是否进行节能项目实施。

5）确定节能项目统计报告期，建立后评估数学模型并搜集统计报告期相关元件参数和运行数据。

确定项目统计报告期，即确定用于项目计算节约电力电量的时间小时数，该时间段内应涵盖典型负荷工况统计报告期应具有代表性，包括电力峰荷发生的时间点，能够反映负荷平均水平。例如，需要测量2小时的电量损耗。统计报告期应包括供配电系统的最大负荷时刻，以便测量峰荷时的功率损耗，进而计算节约电力。然后根据现场实际的负荷工况建立后评估数学模型，并根据所建模型搜集相关元件参数和运行数据。

搜集项目边界内项目实施前后的元件静态参数，利用专业测试设备，采集项目边界内升压改造后的动态运行参数，安装、调试专业测试设备的步骤是在所述项目边界两端安装计量装置，采集数据应基于采集和计算数据的表格。在所述项目的边界两端安装计量装置，计量装置包括电参数采集设备，用于采集数据。电参数采集设备包括CT、PT、电能质量分析仪、功率分析仪和烟气分析仪等。计量装置采集数据为实时采集，采集的数据包括电能量、电功率、电压和电流、有功功率需量、无功功率需量、流量、冷量、照度等。采集周期至少为1小时，典型日（迎峰度夏期间、低谷负荷时等）要求细化为15分钟。

6）对节能项目实施后实际的节约电力电量进行后评估，形成测量与验证报告；

根据统计报告期采集的数据进行节约电力电量的计算，为节能收益提供可靠依据。并与预评估报告进行对比分析，并形成测量与验证报告，找出不足之处，提高节能项目的实用性和推广性。

7）统计报告期后持续的节约电力电量关系着后期节能项目的调整和实施，因此应对统计报告期之后持续节约电力电量进行估算，具体可根据企业用户的生产计划、扩建计划、市场需求进行准确的负荷预测，以获得相对准确的负荷工况，估算出长期的节约电力电量，为后期节能项目的实施提供建议性参考，并根据情况的变化，对项目方案做出应有的调整，以获得最佳的节能效益。

按照项目实施的不同时间段，整个过程可分为基准期（预评估阶段）和统计报告期（后评估阶段），如图2和图3所示，图2中T₁之前的时间段为基准期，T₂之后的时间段为统计报告期，但两个时期的时间小时数是相同的。预评估与后评估的本质区别是预评估部分电气量无法进行测量，将来的负荷情况未知，只能对其值进行估计或模拟，如图2中均为虚线E_ab和E_r表示估计或模拟值，分别表示原参数在预期工况下的能耗和新参数在预期工况下的能耗；而在后评估阶段，E_r为实现可实际测量，E_ab为估计值或模拟值，为原参数在统计报告期负荷工况下的模拟值，Es表示节能项目实施前后的节能量；E_b表示节能项目实施前的能耗，E_r表示节能项目实施后实际的能耗。

根据国际节能测量与认证规程（IPMVP)，节电力和节电量可以通过比较节能项目实施前后的电量和负荷来确定。考虑到节能项目实施前后运行环境和工况的变化，式中的“调整量”计算，需要将基准期和统计报告期的能耗量代入同样的运行条件。则节电量为：

E_s＝E_ab-E_r+A_n

式中：

E_S—节能项目实施前后的节能量；

E_ab—基准期能耗参数模拟在统计报告期工况下电量损耗；

E_r—节能项目实施后在统计报告期工况下电量损耗；

A_n-基准值调整值；

本实施例提出了节电力的计算思路。节电力反映了电能的需求度，需求度越高，系统配备容量就越大，所需投资就越大，因此，尖峰负荷的降低具有重要的意义，从而电力节约应注重最大负荷的降低，则节电力为：

P_s＝P_ab-P_r

式中：

P_s-节能项目实施前后最大节电力；

P_ab-项目实施前设备参数在统计报告期负荷工况下的电力损耗；

P_r-项目实施后设备参数在统计报告期负荷工况下的电力损耗。

为详细说明和检验所提出的电力需求侧管理节能项目节约电力电量的测评方案的可行性和实用价值，下面对无功补偿项目的具体实施方式进行详细说明。

1）无功补偿前确定项目边界和项目测评方案；

无功补偿前确定项目边界，即确定无功补偿影响的电力线路及变压器范围，以无功补偿装置接入点至上一级无功电源点间的所有串接电力线路及变压器（包括无功补偿装置）作为项目边界，并根据划定边界选定方案A测评方案，即改造部分隔离，对结果影响可忽略的参数可以进行约定，约定项目无功补偿前后有功功率不变,且无功补偿前后电压的变化对结果影响可忽略。在项目边界内，接入补偿容量为4×2Mvar的无功补偿装置。无功补偿项目节约电力电量边界见附图4。

2）确定无功补偿项目基准期，建立预评估数学模型并搜集基准期相关元件参数和运行数据，无功补偿项目节约电力电量计算等值电路图见附图5，图中，R_T和R_L分别表示归算至某一电压等级下的变压器等效电阻和线路等效电阻，总的等效电阻为R=R_T+R_L；X_T和X_L分别表示归算至某一电压等级下的变压器等效电抗和线路等效电抗；P表示无功补偿后线路的有功功率；Q′表示无功补偿后线路的无功功率。

此处选取基准期时间小时数为8760h，建立的预评估节约电力电量数学模型分别为：

预计无功补偿后的节约电力Δ(ΔP)为：

预计节约电量Δ(ΔE)为：

Δ(ΔE)＝Δ(ΔP)_max·τ_max

需搜集的数据及其详细说明如下：

P'为统计报告期无功补偿后有功功率需量；Q_C为无功补偿装置额定补偿容量；R为项目边界内所有串接电力线路及变压器归算至某一电压等级下的等效电阻；K为无功补偿装置损耗系数，由厂家提供。如补偿装置为电容器，则K＝tgδ，其中tgδ为介质损耗角正切值，以出厂值为准，电容器常见介质损耗角正切值见附表A；

为无功补偿前的功率因数；cos′φ为无功补偿后的功率因数；U_N为归算点额定电压；Δ(ΔP)_max为基准期最大节约电力；τ_max为基准期最大负荷损耗小时数。

由预评估公式可知，当P′取最大值时，即P′＝P′_max时获得最大节电力。

表1无功补偿节约电力与电量预估算计算表

附表A常见不同介质电容器的典型介损常数值

介质	二膜一纸	全膜	三纸二膜
				tgδ	0.0008	0.0005	0.0012

3）在基准期，对节能项目实施后可能的节约电力电量进行预评估，形成预评估报告；

根据基准期采集的数据进行节约电力电量的计算，分析节能项目的节能潜力、空间和可行性，并形成预评估报告，以完善项目方案及为项目的实施提供指导性意见。

4）进行节能项目实施。

5）确定节能项目统计报告期，建立后评估数学模型并搜集统计报告期相关元件参数和运行数据；

统计报告期时间小时数必须等于基准期时间小时数，即8760h（365天），建立的后评估节约电力电量数学模型分别为：

无功补偿后的节约电力Δ(ΔP)为：

$\mathrm{\Δ}\left(\mathrm{\ΔP}\right)=\frac{{2Q}^{\′}\·Q_C+Q_C^2}{U_N^2}\·R-K\·Q_C$

考虑到现场实际情况，无功补偿装置并非一直并联于电网中，实际是则根据需要进行投切，则进行无功补偿后的节电量Δ(ΔE)可用下式表示：

$\mathrm{\Δ}\left(\mathrm{\ΔE}\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔP}}_i\right)\·T_i$

需搜集的数据及其详细说明如下：

Q'为统计报告期无功补偿后无功功率需量；Q_C为无功补偿装置额定补偿容量；R为项目边界内所有串接电力线路及变压器归算至某一电压等级下的等效电阻；K为无功补偿装置损耗系数，由厂家提供。如补偿装置为电容器，则K＝tgδ，其中tgδ为介质损耗角正切值，以出厂值为准，电容器常见介质损耗角正切值见附表A；U_N为归算点额定电压；Δ(ΔP_i)为第i种工况下的节电力；T_i为第i种工况下的补偿装置运行时间。

为方便计算，此处仅针对一个月30天（720h）5种工况下的节电量进行了计算，然后根据月度节电量再估算出年度节电量。5种运行工况及所需搜集参数见表2。

由节电力公式可知，当Q_C与Q′均取最大值时，获得最大节电力。

表2无功补偿节约电力与电量测量与验证计算表

6）对节能项目实施后实际的节约电力电量进行后评估，形成测量与验证报告；

根据统计报告期采集的数据进行节约电力电量的计算，为节能收益提供可靠依据。并与预评估报告进行对比分析，并形成测量与验证报告，找出不足之处，提高节能项目的实用性和推广性。

上述为无功补偿项目的整个流程，整个流程清晰地呈现了边界和测量与验证方案的确定、基准期和统计报告期时间小时数的选取、预评估和后评估节约电力电量的数学模型、以及预评估报告和测量与验证报告形成。分析比较预评估和后评估的结果，可知两者的具有一定的差距，主要是由于预评估阶段预计负荷工况造成的，在以后的项目中应客观地进行预评估，才能获得正确的节能项目价值。

统计报告期后持续的节约电力电量关系着后期节能项目的调整和实施，因此应对统计报告期之后持续节约电力电量进行估算，具体可根据企业用户的生产计划、扩建计划、市场需求进行准确的负荷预测，以获得相对准确的负荷工况，估算出长期的节约电力电量，为后期节能项目的实施提供建议性参考，并根据情况的变化，对项目方案做出应有的调整，以获得最佳的节能效益。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种用于节能项目节约电力电量的测量与验证方法，其特征在于，通过基准期的预评估和统计报告期的后评估为项目节能收益提供数据；所述方法包括如下步骤： 

1）节能项目实施前确定项目边界和项目测评方案； 

2）确定节能项目基准期，建立预评估数学模型并收集基准期相关元件参数和运行数据； 

3）在所述基准期，对节能项目进行预评估，形成预评估报告； 

4）判断是否根据所述预评估报告进行节能项目实施，是则进行节能项目实施，否则结束测量与验证方法； 

5）确定节能项目统计报告期，建立后评估数学模型并收集统计报告期相关元件参数和运行数据； 

6）对节能项目实施后实际的节约电力电量进行后评估，形成测量与验证报告； 

7）根据所述测量与验证报告估算出长期的节约电力电量，为后期节能项目方案的修正和实施提供数据。 

2.如权利要求1所述的项目实施流程，其特征在于，步骤1）所述节能项目实施前确定项目边界和项目测量与验证方案，即确定节能项目实施后的影响范围和节能量测评方案。 

3.如权利要求1所述的项目实施流程，其特征在于，步骤2）在所述节能项目基准期内确定用于项目计算节约电力电量的时间小时数，该时间段内根据预计的负荷工况建立预评估数学模型，并通过采集装置或查阅方式收集所述相关元件参数和运行数据。 

4.如权利要求3所述的项目实施流程，其特征在于，步骤2）基准期的所述相关元件参数根据测评方案和建模对象确定。 

5.如权利要求1所述的项目实施流程，其特征在于，步骤2）基准期的所述运行数据包括电流、电压、有功功率、无功功率、谐波含有率、流量、冷量或照度的数据。 

6.如权利要求1所述的项目实施流程，其特征在于，步骤5）统计报告期的所述相关元件参数根据测评方案和建模对象确定。 

7.如权利要求6所述的项目实施流程，其特征在于，步骤5）统计报告期的所述相关元件参数通过查阅设备台账和相关元件技术说明书或出厂实验报告资料获取。 

8.如权利要求1所述的项目实施流程，其特征在于，步骤5）统计报告期的所述运行数据包括电流、电压、有功功率、无功功率、谐波含有率、流量、冷量或照度的数据。 

9.如权利要求8所述的项目实施流程，其特征在于，步骤5）统计报告期的所述运 行数据通过下述采集装置采集：计量仪表、电能质量分析仪、功率分析仪或烟气分析仪。 

10.如权利要求1所述的项目实施流程，其特征在于，步骤3）预评估的节约电力电量为仿真项目实施后的能耗与在项目实施后的预计负荷工况下仿真项目实施前的能耗之差。 

11.如权利要求1所述的项目实施流程，其特征在于，步骤6）后评估的节约电力电量为项目实施后实际的能耗与在项目实施后的实际负荷工况下仿真项目实施前的能耗之差。 

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