区域性能源规划及校园实例应用探究
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摘要：分析在单位区域内，以校园区域为模板，结合人口密度高，建筑密度大等特点对能源进行科学的、合理的、综合的、集成的应用，从可再生能源方式发电、智能模块节电、水能循环利用、热能智能利用四个方面实现集成、增效、开源、降耗的目的。
关键词：区域能源规划；降耗，智能节电；可再生发电
中图分类号：TK51 文献标识码：A 文章编号：1673-8500（2013）01-0062-02
随着我国经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐和经济的快速增长，各项现代建设取得巨大成就，但也付出了资源浪费和环境污染的巨大代价。我国当前面临着经济社会快速发展和人口增长与资源环境约束的突出矛盾。
国家出台政策积极推进能源结构调整。大力发展可再生能源，抓紧制订出台可再生能源中、长期规划，推进风能、太阳能、地热能、水电、沼气、生物质能利用以及可再生能源与建筑一体化的科研、开发和建设，加强资源调查评价。
响应《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出的“十一五”期间目标，要求达到国内生产总值能耗降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。
而针对“十一五”及“十二五”的后续政策，国家对于能源行业的重视逐渐凸显。提出了加快建立节能技术服务体系，制订出台《关于加快发展节能服务产业的指导意见》，促进节能服务产业发展。培育节能服务市场，加快推行合同能源管理，重点支持专业化节能服务公司为企业以及党政机关办公楼、公共设施和学校实施节能改造提供诊断、设计、融资、改造、运行管理一条龙服务。
一、校园系统特色和智能能源规划意义
教育资源是社会资源的重要组成部分，高等院校作为社会大系统中的一个子系统，是能源消耗和污染排放的大户，随着学校规模的不断扩大以至于校区的新建或扩建，这种能源消耗量和污染排放量不断增长。
1.校园系统的特色
（1）师生人数众多，人口密度大。
（2）舒适度需求增长，单位能耗增加。
（3）建筑体量巨大，运营成本高昂。
（4）建筑类型繁多，管理类型单一。
（5）学校间距大，系统间影响不大。
（6）学校的示范效应大。
受现代能源规划行业工作内容的启发，再结合校园体系多项特色，本文定位探究建设智能校园能源规划，绿色校园可以节约学校的资源消耗、降低办学成本，在社会上也有示范和带动作用，对整个社会的节约也具有很重要的现实意义，同时也有利于培养在校学生的节能减排意识，从而达到深远的教育意义。具体运行环节，在分析调研基本材料后，以华北电力大学为模版，对存在问题及原因进行分析，对推进绿色校园建设工作提出了相关对策和解决方案。
二、能源规划内容和基本步骤：
（1）能耗负荷调研与分析。
（2）区域内一次能源及可再生能源、生物质能源状况及分析。
（3）制定可行的若干方案。
（4）初投资分析。
（5）运行成本分析。
（6）资源需求分析。
（7）能源政策分析。
（8）针对项目具体情况进行个性化论证，形成最终能源系统方案。
在以华北电力大学为区域末班进行能耗负荷调研与分析及区域内一次能源及可再生能源、生物质能源状况及分析后，得出区域性能源的规划可以从可再生能源方式发电、智能模块节电、水能循环利用、热能智能利用四个方面实现集成、增效、开源、降耗的目的。
2.利用智能模块节电的应用模式
大学对整个国家的节电意义重大。校园建筑的多样化、管理的复杂性以及社会关注度决定了校园节电解决方案是系统化的综合方案。资金来源、解决方案、技术人员、施工措施、评估效果都是学校关心的问题，因此实施校园节电工程应避免成为简单技术的堆砌。节约型校园最终目标是实现节电量，实现节电减排指标性的目标。对于学校而言，将获得运行成本的降低与校园管理的高效化。
目前， 我国有2000 多所高校， 近2500 万名在校大学生，是节电减排理念的重要传播群体。据测算， 如果它们都采用行之有效的节电技术， 一年可节省约210 亿元人民币。据中国高等教育学会后勤管理分会测算， 如果百所北京高校都建设成为绿色大学，采用行之有效的节电技术， 每年至少可以节约20多亿元。每年有600多万名毕业生走出校园，如果他们将节电理念推广到社会中去，对全社会起到的作用将不可估量。结合分析华北电力大学现状与特色，总结校园区域性可应用的节电技术如下几项：
（1）教室红外感测LED灯
要由光照检测电路、温度检测电路，热电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成。工作时，光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱室人是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节电的目的。
（2）红外感应路灯
能进行补充电能并且利用红外线感应装置通过判断是否有行人和车辆通过来控制灯的明灭，既达到省电的目的，又不影响交通照明。根据红外线感应装置自动控制灯的明灭。技术关键在于利用红外线感应开关及其它开关（电磁继电器开关、光控开关、定时自动控制开关等）巧妙结合，及时控制灯的明灭，达到车来灯亮，车走灯灭的目的。
（3）太阳能辅助加热和浴室热水锅炉并网运行系统
该系统首先对学校锅炉房进行改造，使用了真空负压锅炉、节能型屏蔽泵，并在每栋楼的回水管路上安装了一个相应型号的数字式恒流量调节阀，实现了热力管网的供热量平衡；创新式的采用了分区供暖和分区单独补水形式，提高了供暖系统的安全性和经济性，并减少了跑冒滴漏；利用计算机自动化控制系统和远端采温系统，实现了控温自动化、及时化和方便化，达到了经济供暖，节俭用电的目的。
（4）节能电梯
该电梯系统采用变频调速的电梯。电梯起动达到最高运行速度后具有最大的机械动能，从到达目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止，这一过程是电梯负载释放机械动能的时段。变频调速器通过电动机可以将这一时段的机械能转变成电能存储在变频器直流环节的大电容中，大电容存储电量有限，采用制动单元和外加大功率电阻，将大电容中过多的电量消耗到外加大功率电阻上发热消耗掉。能量回馈器则可以将大电容中储存的电量几乎无消耗地回送给电网。从而既达到节电目的，又避免了大功率电阻耗电发热，大大改善了系统的运行环境。
3.利用可再生方式发电的应用模式
基于对现有小型发电方式的仔细筛选，以下几个发电措施可以在较小规模的区域使用并产生一定的价值，具体如下：小型风光互补发电机、太阳能发电、压电陶瓷发电、健身器材发电等。
针对校园这样一个人口密度大，社会功能较为单一的区域而言，我们从中进一步筛选出以下几种适用于校园的发电措施，并大约估算了其带来价值的多少：
（1）太阳能光伏发电
光伏发电系统是由光伏电池板、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。并网光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，像其他类型发电站一样，可为电力系统提供有功和无功电能。光伏电池所发的直流电能经变换器变换成与电网相同频率的交流电能，以电压源或电流源的方式送入电力系统。
（2）小型风光互补发电
风光互补照明系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、灯具等部分构成。风力发电机和太阳能电池可以各自独立发电，也可以共同联合发电。阴雨天和夜间可以利用风能，无风时可以利用太阳能，风能与太阳能互补发电。系统同时配有蓄电池，可以保证在无风又无光的情况下正常工作。控制器对蓄电池的过冲、过放进行保护，并对光源的开启和亮灯时间进行控制。
（3）压电陶瓷发电技术
压电陶瓷发电技术利用压电陶瓷的正压电效应将机械能转换成电能，为各种微型电子设备提供动力。
（4）健身器材发电
利用液压传动的措施将健身器材的不规律机械能转化为水的势能，平稳地发电，并利用电力电子装置改善电能质量后供电力设备使用
4.水能循环的应用模式
（1）水能循环简介
对于水资源的合理处理、处置和优化循环利用等已成为当代水系统的重要内容。在校园这个“用水大户”里，利用水循环往复的原理，对校园的雨水、地表涵养水、和污水进行收集再利用，开发中水处理循环利用系统、雨水自然水循环利用系统，进而可有效解决用水需求与供水困难之间的矛盾。
（2）可循环水资源分类
污水是环境的主要污染源，也是宝贵的再利用资源。可利用的污水资源可来自于学校澡堂、水房、宿舍楼、食堂和教学楼卫生间等场所；雨水包括屋面排水、路面径流雨水和绿地降水。
（3）节水处理系统
根据校园建筑物的分配特点，校园节水系统可分为中水循环系统和雨水收集再利用系统。
中水循环利用系统主要由集水管道、分流取水器和综合处理池两部分构成。来自于澡堂、水房、宿舍楼、食堂和教学楼卫生间等场所的污水通过集水管道，到达综合池，污水在综合池内进行调节、水解酸化、厌氧脱氮、初次沉淀等功能。这些污水经过再生处理和二次处理，便可达到使用水标准，回用于冲厕、绿化、河流观赏等。当污水量大于取水量的情况时，可应用不需要动力和清渣的分流取水器进行取水。
雨水收集与处理系统分为对屋面雨水收集利用和路面雨水收集利用两方面， 经过简单处理后用于绿化浇灌和道路洒水清洁。一方面，屋面雨水收集及利用，考虑到雨水降雨的不均匀性和屋顶面积的大小，需要设置不同规格的雨水贮存池，雨水储存调蓄池根据建造位置不同可分为地下封闭式、地上封闭式、地上敞开式等。一般建筑密度高、土地昂贵的校区，采用混凝土地下式贮存池，并采用成套水处理装置，通过沉淀、过滤、消毒、活性炭处理和膜技术等处理措施对初期雨水进行弃流处理或调蓄处理，将污染程度高的雨水弃流，排入污水管网，将水质高的雨水输入调蓄池处理。计算表明，储存池按降雨量10-20mm储存，此时的集蓄效率约为45-60%，雨水回用工程可以实现效益大于费用，具有较好的经济性。另一方面，路面雨水蓄渗利用，通过对路面雨水口构成蓄渗排放系统，在地下增设排水管，穿孔管周围用石子或其他多孔隙材料填充，具有较大的蓄水空间，将道路等各种铺装表面形成的雨水径流汇集入管道就近流入综合池或中水处理站等，使雨水尽可能长久的得到储存和分散利用，并实现绿化、清洁等用途。
5.热能智能利用的应用模式
（1）热能智能利用简介
暖气流量智能控制系统是一套旨在通过充分提高暖气利用效率，减小热能浪费同时为人们提供一个更加舒适的环境的装置，是一种结构简单、使用方便、可以及时有效的根据室温变化改变暖气流量进而改变室温的智能调控系统。
（2）热能智能利用系统原理概述：
该系统由电源模块、测温模块、中枢控制模块、人机交互模块、气温输出显示模块和流量调节执行模块这六部分组成。在系统工作时，首先由测温模块采集到室内温度，通过由两位数码管及数码管排阻组成的气温输出显示模块显示出来，并将模拟信号转化为数字信号之后输送给控制系统处理。 中枢控制模块AT89S51单片机处理来自温度传感器的温度信息，同时将处理之后的指令传输给执行模块和显示模块。 当显示模块显示的数值不满足人们对室温环境的要求时，用户可以根据个人需要通过由两个温度设定键和设定温度显示器构成的人机交互模块上自主设定最合适的室温值，该模块可直接与单片机相连。流量调节执行系统是具体完成管道内暖气流通量的执行机构，主要由驱动电路和步进电机组成，与步进电机转轴连接的转子阀门被安装在管道内，达到调控目的。
（3）热能智能利用性价比分析
本系统解决了目前室内暖气流量无法根据不同需求实现自动调节的实际问题，该装置通过自动检测实现自动调节，智能化明显，装置结构体积小，方便安装，且综合能量利用效率提高15%以上。
三、区域性能源规划的可行性和应用前景分析
能源规划的目的是借助于当今先进的科学技术，在统筹规划的基础上，对区域内的能源系统进行全面、细致、专业化的设计，充分应用先进的节能技术、控制技术和新能源技术、实现能源系统的安全、节能、高效运行的目的。
通过逐步分析和筛选解决方案，可以使区域内的能源利用率达到最高值，同时获得了经济和环保两个方向的盈利，而所列举方案均已成熟并试用于各大高校，若完整规划统筹安排，所获得的盈利是可观的，也能使校园以及其他区域的能源管理更加清晰。我国目前的电力供应缺口已达9.93%，预计到2015年会剧增至15%。如果全国高校都采用区域性能源规划管理校园能源消耗，能有效缓解电力资源的紧缺，与此同时高校所建立的教育意义的深远性更是无法估量。
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