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合同能源管理模式下储备粮库光伏节能改造研究

日期:2020年12月31日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:42
论文价格:150元 论文编号:lw202012271735446484 论文字数:56555 所属栏目:工程管理论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇工程管理论文,本研究基于国家当前大力倡导的光伏太阳能等新能源利用技术和节能改造中积极推行的合同能源管理模式,以某国家粮食储备库光伏节能改造项目研究案例,系统地开展针对合同能源管理、分布式光伏发电、建筑物节能改造以及储备粮库能耗特点及预测等研究。


第一章 绪论


1.1 研究背景及意义

习近平总书记指出, 我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期。随着我国经济发展进入新时代,协同高效、集约智能、绿色环保、节能可持续的发展方式必将取代原有粗放低效、高污染高能耗的发展方式。

储备粮库作为关系国计民生的重要单元,一直发挥着保障军需民食、粮食安全和稳定市场重要作用。随着我国经济和社会发展进入到新时代,储备粮库也面临着转变发展方式、实现高质量发展的任务要求。党的“十八大”以来,各级国家粮食储备库按照总书记“中国人的饭碗要牢牢端在中国人手中”的指示要求,坚决扛起保障国家粮食安全、确保农民种粮收入和稳定粮食市场的责任,不断提高粮食收储量、加大粮食贸易量、保证粮食物流量,确保农民增收、市场稳定。同时强化上下游粮食链条延伸,不断提升粮库信息化、智能化和自动化水平。然而随着业务量增加和粮库机械化水平的提高,粮库建筑、设施能耗水平高,可再生能源利用率低下,不节能建筑和设施占比重大,缺乏节能改造机制和意识等问题随之产生,严重制约了新时期下国家粮食储备库企业的高质量发展。

《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》(以下简称“规划”)指出:推进建筑节能和绿色建筑发展,是落实国家能源生产和消费革命战略的客观要求,是加快生态文明建设、走新型城镇化道路的重要体现,对于建设节能低碳、绿色生态、集约高效的建筑用能体系,推动住房城乡建设领域供给侧结构性改革,实现绿色发展具有重要的现实意义和深远的战略意义[1]。《规划》同样对于粮食储备库来说具有很强的指导意义,国有粮食储备企业在保证储备粮在存的好、调得动的前提下,进一步发展可再生能源与建筑节能综合利用,提高能源利用效率,推动实现绿色储粮、科技储粮,助力推动实现全社会节能减排目标任务,实现更高经济效益和社会效益,是当前面临的重要课题。按照《规划》的思路,通过深挖储备粮库特点,结合性的开展既有粮库建筑和设施节能改造是实现这一目标的重要途径。

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1.2 国内外发展和研究现状

1.2.1 国外光伏发电技术发展现状

随着全球能耗增长加剧,太阳能作为重要可再生能源得到了广泛应用,将光伏电池板集成或应用到建筑物(BIPV和BAPV)的模式得到了西方国家的大力推广和倡导,光伏系统使建筑物从能源消耗者转变为能源生产者。1986年,瑞士工程师Markus Real首次提出了在屋面安装光伏屋面瓦的提议,在他的倡议下,333名苏黎世业主在屋顶上安装光伏板,随后人们开始考虑将光伏板集成在建筑维护结构上[3]。20 世纪末的美、日两国的太阳能热水器市场占有率都已超过10%,欧盟大力推行太阳能房屋计划,其太阳能集热装置与建筑巧妙融合,太阳能利用率逐年提升[4]。太阳能与建筑结合的分布式光伏发电系统在已在德国、日本和美国占主流。

1.2.2 国内外光伏建筑应用研究现状

1.2.2.1 国外光伏建筑应用发展研究现状

西方国家对于光伏建筑应用的研究开展较早且较为全面,尤其是在光伏建筑一体化的技术应用、 商业模式、政策法规方面均较为深入的研究。Patrick Heinstein(2013)指出由于成本和经济原因以及严峻复杂的外部环境使得光伏的应用推广困难重重,他指出光伏建筑一体化成熟与推广最重要的还是取决于政策激励,同时更加成熟的光伏板技术和更完善的设计施工安装工艺和更加契合项目本地化的研究和管理将是推动光伏建筑广泛应用的重要手段,同时服务商采用如合同能源管理等更加高效的模式是推动光伏建筑应用商业化发展的重要途径[3]。Rafaela Agathokleous(2019)也提出光伏建筑应用的最大障碍市政府补贴、经济模式、公众接受程度以及技术的有效性,并针对设计、安装、效率监控和等方面针对光伏建筑一体化提出了改进建议[5]。Pooja Sharma(2019)通过对挪威光伏建筑政策和光伏建筑一体化研究,指出了在当前分布式光伏建筑接入电网存在限制的条件下,结合电费情况在建筑光伏应用中集成储能设备,做到能源利用效率最大化从而降低投资回收期,取得最大投资收益策略[6]。Hameed Alrashidi(2020)和SyamimiSaadon(2020)则通过结合英国等地天气气候情况,对光伏面板材料和安装提出了改进建议,从而进一步提升能源转换效率[7,8]。

技术路线图
技术路线图
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第二章 相关理论概述

2.1 储备粮库节能改造
储备粮库的节能改造是指在储备粮库投入使用后,通过改进节能设计、采取一定的节能技术措施,因地制宜的应用节能型的建材、产品和设施, 降低储备粮库生产和生活能耗、提高能源利用效率,或达到能源自给自足甚至成为能源提供者的系列工程。储备粮库节能改造是一项系统工程,改造实施前需要了解能耗特性和能耗情况,明确改造目标和改造途径,最终确定实施手段。
2.1.1 储备粮库能耗特点
从能耗角度讲,储备粮库是生产作业和办公生活的综合能耗单位。其生产业务包括粮食仓储和物流,综合性粮食储备企业还包含生产加工单元。一般储备粮库能耗设包括仓储设施如仓房相关通风、环流熏蒸、粮情检测、准低温空调等系统;物流设施如计量设备、固定或移动式的输送机械设施、提升设施、卸粮出粮设施和出清设施等;粮食加工设备如面粉、稻谷、植物油等成品的系列生产设备。除此以外还包括以及近年来广泛配备的智能监控设施、库区整体照明和消防设施等。
另一方面,一个完备的储备粮库除包含职工办公场所以外,由于储备粮库的特殊需要职工日夜坚守,所以还包含生活配套设施。因此可以说储备粮库的能耗特征集合了工业和民用建筑能耗的双重特性。
当前储备粮库节能的主要途径主要有三种:一是通过开发利用可再生能源降低传统能源需求,二是通过使用节能建材提高仓房和建筑物保温隔热能力,三是提升能耗系统的效率,从而降低终端能源使用量[30]。
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2.2 分布式光伏发电技术
2.2.1 分布式能源技术
清洁和可再生能源的可持续利用是储备粮库节能改造的一个重要发展方向。当前新型可再生能源利用呈现出容量小、分散式的特征,且多建在电力负荷附近,因此将此类可再生能源的有效利用成为重要方向。有学者一般把不直接连入高压电源,发电规模小于1万kW的使用微型燃气轮机发电技术、燃料电池发电技术、风能发电技术、太阳能发电技术等,供应临近用户,并可以进行能量控制和需求侧管理的能源综合利用系统称为分布式电源系统[31]。一般分布式电源直接建设在用能单位厂区或建筑内,产生电能可以自发自用或就近接入厂区微电网内,实现了“就近发电、就近用电”,能够极大限度的降低了电能长距离输送的电能损耗,在实现能源的综合利用的基础上,进一步实现较好的经济效益和社会效益。
2.2.2 光伏发电技术在节能改造中的应用
当前太阳能光伏发电技术应用越来越受到社会重视,随着相关技术发展,单晶硅(如图2.1所示)和多晶硅(如图2.2所示)及光伏发电薄膜等电池材料体积小、重量轻,电能转化效率不断提升,形成的光伏组件结构简单,施工难度低,便于以后的维护和检修,被广泛应用于既有建筑节能改造和分布式光伏发电项目。随着相应技术发展应用,系统构成不断简单化、系统化、模块化,项目建设速度不断加快、相关组件可替代水平不断提高、项目建设和运行更加环保、安全。目前分布式光伏发电技术在既有建筑施工设计结合更加紧密,在建筑应用上由传统BAPV模式发展出了BIPV模式。

图2.1 单晶硅太阳能电池

图 2.2 多晶硅太阳能电池

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第三章 合同能源管理在储备粮库光伏节能改造的应用研究............................. 15
3.1 储备粮库光伏节能改造可行性分析.........................15
3.1.1 储备粮库节能改造需求现状............................. 15
3.1.2 储备粮库光伏节能改造技术可行性分析............................. 15
第四章 储备粮库能耗预测.............................32
4.1 储备粮库能耗分析..............................32
4.1.1 储备粮库基本情况................... 32
4.1.2 储备粮库能耗构成........................... 32
第五章 储备粮库光伏节能改造项目实例研究.................... 57
5.1 项目概述............................57
5.1.1 项目基本情况................... 57
5.1.2 项目运作模式.................... 57

第六章 合同能源管理模式下各方案效益分析

6.1 “发电全部自用”模式
6.1.1 项目方案假设
(1)项目投资决策分析。在“发电全部用”模式下,项目建设主要满足储备粮库自身用能需求。在该模式下的项目决策要综合考虑业主方实际用能需求、建设投资和技术可行性。根据第三章关于储备粮库用能特的分析,储备粮库用电负荷不持续不稳定,主要生产作业时间较为集中。根据第四章项目发电特性的分析,以 2019 年粮库用电量和项目发电量对比为例,如图 6.1 所
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