费伟民 支琴 孙仲良

1．上海交通大学;2．华东理工大学

随着高等教育事业的发展，校园用电需求快速增长，能耗状态日趋严峻。高校在以绿色校园为建设目标，通过多渠道开展了节能管理与技术改造，提出了电力需求侧管理方面的要求[1]。电力需求侧管理（Demand Side Management，DSM）是指在政府法规和政策支持下，采取有效的激励和引导措施以及适宜的运作方式，通过电网企业、能源服务企业和电力用户等共同协力，提高终端用电效率和改变用电方式。在满足相同用电功能的同时减少电力消耗和电力需求，为达到节约资源和保护环境，实现社会效益最优、各方受益、成本最低的能源服务所进行的管理活动[2]。

目前，我国高校普遍存在对电力需求侧管理认识不足、未建立规范的管理体系、缺乏规范有效监管等问题[1][3]。本文结合高校能源管理的特点，将电力需求侧管理潜力分析的方法应用到高校各类用户的管理分析上，通过对数据的定性定量分析，提高需求侧电力的质量，挖掘高校电力用户的节能潜力。这不仅是高校节能减排的一项有效措施，而且能为发挥需求侧管理潜能，进一步科学用电、合理用电、节约用电奠定基础，对全力推进电力需求侧管理信息平台建设具有重要的指导作用。

1 高校电力管理存在的问题

目前学校的配电系统设备设施一般主要有：10KV高压进线，高压柜、变压器、低压柜、负荷（照明系统、空调系统、动力系统和特殊设备设施）、应急系统（发电机和UPS）、其他辅助保护系统（防雷接地等）。这些设备和系统运行多年后主要存在以下问题：

1.1 用电扩容

学校正处世界一流大学和一流学科的建设加速期，教育事业规模化快速发展，特别是“十三五”开局年开始，大型科研、实验和宿舍类建筑拔地而起。以上海交通大学为例，己确定新增的电力需求容量包括：理科大楼、转化医学大楼和密西根大楼，需增加10100KVA的供电容量。未来三年还将增加文博大楼、九期学生公寓等，而周边的变电站己达到饱和状态，已无法提供多余的电力专缆给新建大楼使用。扩容的瓶颈问题突出，急需解决。

1.2 用电成本

由于学校的快速发展，校区建设正处于分期建设中。在建设初期，变压器后的计量较为粗旷，对尚未明确的二级用户的布置，部分楼宇只在变压器后有计量电表，到建筑楼层的终端用户并没有设置计量工具。计量系统不完善，责任体系尚不明晰，奖惩制度尚未建立，导致了终端用户吃大锅饭，浪费现象严重。同时能耗65%的公共设备系统缺少系统运行方案，公共设备运行模式不完善。而能耗占35%的专业设备的技术节能开展水平参差不齐，缺乏统筹规划和管控。全员节能意识尚不足，浪费情况严重，甚至缺少节能意识，对节能措施不重视。

1.3 用电质量

电能质量是指多种不同类型的电力扰动，用电类型复杂。受负荷波动影响，供电的电压偶发突变（降），突降的幅度有时至电压的30%以下，造成所谓的闪断（低于0．2秒电压陡降）。据不完全统计，仅闵行校区外线闪断统计，2017年达5次之多，单个站的下端用户，如致远游泳馆，平均每月闪断一次，而且是低压总线双路同时闪断。在日常的供配电网运行下，出现这种闪断现象，电能质量的问题无疑是个主要原因。然而外线供电质量是在市政电网的协调控制范畴内，校内电网供电质量的治理尚未有相应的措施。

1.4 供电可靠性

2016年10月23日上海交通大学发生大面积事故性突发停电，对数据中心的正常运维构成了重大威胁和挑战，虽然有多重的保护措施，对于要求万无一失的数据中心来说，长时间和突发性停电都对数据中心的保护设备（如发电机和UPS）的持久性和响应性仍存在风险。

2 高校电力需求侧管理潜力分析

所谓电力需求侧管理潜力分析，是指借助电力运行和保障的理论和实践，构建相关的模型，对电力需求侧管理起到的节能效果进行科学的分析。此类分析是实现电力需求侧管理的前提[4]，为了保证战略规划目标的明确性，合法性和科学性，拟定的方案具有较高的执行力，就必须加强对电力需求侧管理的潜力进行全方位的研究。

基于大量研究实践，我国已形成一套DSM节能潜力的测算方法体系。采取“典型调研—定性定量分析—节能潜力分析”的方法，开展了DSM节能潜力测算。借鉴这一方法，学校电力需求侧管理的潜力分析步骤可概括为：电力用户分类、调研测算某类电力用户的运行情况、分析节电潜力和运行策略。通过分析学校各类用户节电潜力，可指导学校规范制定规划期内DSM工作的宏观节能减排目标、实施计划和工作方案。

由于学校电力消耗中的80%为建筑消耗，所以学校DSM主要的潜力在建筑，如学校图书馆、科研楼、场馆等大型公共建筑。因此，在学校DSM潜力分析时可首先对学校典型重点用能建筑进行节能潜力分析。

2.1 行政办公类建筑实施DSM项目潜力分析

上海交通大学行政办公类建筑用电消耗月负荷和日负荷如图1和图2所示：

图1 行政办公类建筑月负荷曲线

图2 行政办公类建筑日负荷曲线

通过分析我们发现，该类用户的年最大负荷利用小时数与工作的时间关系密切，行政办公类用户负荷曲线和上班时间关系密切，周一至周五时间段负荷较大，而周六和周日负荷则较低，同时在上午八点至下班期间，除了中午休息时间，整个上班时间的负荷比较平稳，下班后负荷则会降低到很低的水平。该类电力用户的负荷主要为照明、空调、电梯、办公设备等，其中照明和空调用电占比较高，因此其负荷受温度和季节影响较大，负荷率比较低，一般对供电可靠性的要求不是很高。

学校校内行政办公类建筑实行单一电价，行政机关部门的水电费实行“定额管理”的机制正处于宣贯待执行中。因此，此类用户的节电主要依靠使用高能效的设备和其他管理手段，在具体节能措施的落实时，需充分考虑物业部门的作用。对于行政办公类的用户来说，一方面，学校的办公设备应严格把好采购关，将节能标识和能效标识作为办公设备采购的技术参数要求，同时做好设备设施有效使用的宣传引导，做到绿色采购与绿色消费的有机结合。另一方面，对准入的物业管理部门要设立节能管理的责任具体分工，对于公共区域及其所管辖的公共基础设施部分在管理上做到全覆盖，职工教育做到事前教育、事中梳理、事后总结与树节能标杆。学校节能管理部门在技术节能上如增设节能物业维修基金的形式予以技术与资金方面的支持，充分调动物业单位的节能意识和工作的积极性。如2015年和2017年分别对学校新行政楼实施了照明系统的改造，包括公共区域感应节能控制、LED绿色照明设计与更新等技改项目，节能率达78%以上，投资回报期2年。

2.2 场馆类建筑实施DSM项目潜力分析

图3 场馆类建筑月负荷曲线

图4场馆类建筑日负荷曲线

图3 和图4是以上海交通大学游泳馆的典型场馆建筑为案例，从曲线可以看出，游泳馆的月用电负荷曲线和日负荷曲线比较平稳，不存在较大的差异性，而是处于动态的平衡状态。这主要和游泳馆的设施设备的运行状态相关，另一方面，在学校场馆类建筑的使用中，常规能耗总量的变化主要受到活动举办时间和次数的影响，而按照游泳馆提供的服务来说，相应的教学开放时间和次数相对比较平衡。

相对学校其他部门，一般场馆除承担日常的教学任务之外，还对校内外用户提供一定开放程度的服务。这类服务存在一定程度的营收，但此类营收区别于纯商业化运作的场馆。因此学校在对这类用户的能源（水电）消费管理中实行“定额管理、成本分担”或者“全额承担”的管理政策。通过单一单价，即低于纯商业单价的方式作为承担教学任务的补充。从场馆类建筑的设施设备配套来说，场馆类主要电能消耗包括照明和空调，且体量较大。这类用户对节电具有较高的积极性，对开展节能技术改造具有较高的认知度，这主要与相应的运行成本直接挂钩相关。在预算不足或全额成本核算的情况下，合同能源管理模式也不失为一项较好的举措。而节能潜力的发展方面应着力于建筑综合节能技术的应用，特别是游泳馆，用能系统还涉及供热系统及供配电系统等。

2.3 宿舍类建筑实施DSM项目潜力分析

图5 宿舍类建筑月负荷曲线

图6宿舍类建筑日负荷曲线

图5 和图6是学校学生公寓用电的日负荷典型曲线和月负荷曲线，可以看出学生公寓的用电高峰出现在晚上20:00以后，和中午的休息时段，这用电趋势与学生作息的时间相关。学生公寓的用能大、集中度明显。随着学生生活舒适度的提升，南方学校普遍均加装了空调，学生公寓的主要用能为空调和照明，空调以分体空调为主。学生公寓的用电基本上实行“谁用电，谁负担”的预付费模式，学生作为单体用户直接承担相应费用。结合以上两方面因素，学生公寓是实行DSM的天然试验场，避峰、错峰用能带来的经济效益和节能效益显而易见。一方面在管理上可进一步配套效益分享模式，完善学生用电的价格管理体系，与学生用户建立DSM互动机制，引入学生积极参与电力需求侧管理的实践中，同时加强DSM的宣传和引导。另一方面，在技术改造上则着力于空调等主要用能设备的节能应用上。

2.4 科研类建筑实施DSM项目潜力分析

图7 科研类建筑月负荷曲线

图8 科研类建筑日负荷曲线

图7 和图8是科研楼电力用户的负荷曲线，主要是照明、空调、办公和实验设备等，根据其用电的性质，其对电力系统供电的可靠性要求较高，特别是实验室，从上图的用电日负荷来看，科研楼用电的规律性与行政办公类用户相近，区别是科研类用户在工作时间段和非工作时间段的用电负荷相差不大，这也跟科研工作的性质相关。

事实上，科研楼用户的用能与学科性质关系密切，如电信学院，其大型实验类用电根据专业能级相差较大，实验周期一般较短；而生物、农业等学院的专业，具有实验用能较大及实验周期较长的特点，特别对用电的可靠性特别高。另外，理科类学院如数学，实验类用能主要为计算机设备等，相对用电负荷类别比较单一，体量也较小。因此，科研类用户如实施DSM必须以确保科研类用户用电的可靠性为前提，而实施DSM可根据用户自身的情况，采取因地制宜的方式自备电源或采用多电源供电的模式。例如，可以借助风能发电，太阳能发电，柴油机发电等方式。如果将所有用户的自备电源充分的利用起来，可以大大的减轻电力系统的供电压力，实现学校供电部门和科研用户的双赢。

3 结语

通过以上学校用电状况作为具体实证案例，对其需求侧管理实施了调研，并对校园典型用户进行需求侧管理的潜力分析，提出了可靠性、针对性较强的应对措施。归纳起来主要涉及提升终端用电效率，对技术实施创新、使用高科技和高能效设施的同时，对各类学校用户进行用电负荷分类，根据负荷类别进行填峰错谷的配网结构调整，对电力资源进行高效配置，减小能源消耗。提倡在科学预估前提下实行需求侧管理，努力提高电力质量，以鼓励方式和优化负荷管理技术等指引用户正确的用电方式，让电力供求曲线趋向平衡，完善电力系统的运行和保障措施。

[1]赵洪刚，赵鹏程，陈新建．高校的电力需求侧节能管理应用研究[J]．产业与科技论坛,2017，16(10):47-48．

[2]钟鸣，赖威敏．国内外需求侧响应的研究与实践现状[J]．贵州电力技术,2016,19(10):21-24

[3]许之敏．我国电力需求侧管理工作现状与政策趋势[J]．电力需求侧管理,2017,19(1):3-4，16

[4]刘东海，方洪．分析电力需求侧管理的国际经验及对我国的启示[J]．电工技术(理论与实践),2015(7):67