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進(jìn)度后備以及費(fèi)用后備等措施，對(duì)項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)

行有效的降低或規(guī)避［10］

。

4.3 風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移

轉(zhuǎn)移建筑項(xiàng)目中的風(fēng)險(xiǎn)途徑可分為承包合同

轉(zhuǎn)移、融資和保險(xiǎn)多種。這些轉(zhuǎn)移方式要求有關(guān)作

業(yè)人員對(duì)其有充分的分析和了解，并且能夠根據(jù)實(shí)

際情況來(lái)合理地應(yīng)用，這樣才可以充分地發(fā)揮出轉(zhuǎn)

移風(fēng)險(xiǎn)的效果。出資方可以合理地使用合同當(dāng)中

有關(guān)的條款和內(nèi)容，針對(duì)其中的各種財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)和相

應(yīng)的法律責(zé)任需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的轉(zhuǎn)移，通過(guò)這樣

的方式將風(fēng)險(xiǎn)有效地轉(zhuǎn)移給了對(duì)方，這就是其中一

種合同風(fēng)險(xiǎn)的轉(zhuǎn)移［11］

。除此之外，有關(guān)單位為了融

資和籌建，還可以在每一個(gè)建筑工程項(xiàng)目投入和建

設(shè)過(guò)程中，通過(guò)自己發(fā)行證券和股份等多種方式來(lái)

直接進(jìn)行投資風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移。每一個(gè)從事投資的單位

都可以通過(guò)這種融資方法成為一個(gè)項(xiàng)目的股東，股

東雖然能夠直接享受一定的收益，但在建設(shè)過(guò)程當(dāng)

中也需要承擔(dān)一些可能出現(xiàn)的投資風(fēng)險(xiǎn)。建設(shè)企

業(yè)可以按照實(shí)際情況將投資風(fēng)險(xiǎn)按比例轉(zhuǎn)移到每

一個(gè)股東。

5 總結(jié)

隨著當(dāng)代我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)對(duì)于綠色環(huán)境保護(hù)

意識(shí)的逐步提高，綠色節(jié)能智慧建筑在全世界也逐

步彰顯其重要意義。各種形式多樣的新型建筑技

術(shù)在這個(gè)過(guò)程中已經(jīng)獲得了大量的應(yīng)用，在有效地

降低了資源和耗損，提升了建筑的性能，促進(jìn)了建

筑行業(yè)的長(zhǎng)期健康發(fā)展的同時(shí)，也推動(dòng)了人與生態(tài)

和大自然相互協(xié)調(diào)和共享。在綠色智能建筑快速

發(fā)展的當(dāng)下，面對(duì)激烈且復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，建筑業(yè)

為了贏取更高的效益同時(shí)促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展，對(duì)

綠色智能建筑投資風(fēng)險(xiǎn)的研究與管理提出了更高

的要求。建筑投資風(fēng)險(xiǎn)對(duì)工程的實(shí)施中有很大的

影響，相關(guān)從業(yè)人員要對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行充分的了解

和分析，從而能夠?qū)Σ煌娘L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效的應(yīng)對(duì)，

減小或規(guī)避投資風(fēng)險(xiǎn)。建筑行業(yè)在投資時(shí)應(yīng)本著

“實(shí)事求是，穩(wěn)健投資”的態(tài)度，始終堅(jiān)持科學(xué)的原

則，樹立全面的投資風(fēng)險(xiǎn)管理意識(shí)，完善相應(yīng)體系，

促進(jìn)企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

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綠色智能建筑投資風(fēng)險(xiǎn)研究

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常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

伍賽特

上海汽車集團(tuán)股份有限公司

摘要：由潛艇隱蔽性的重要性作為論題引入點(diǎn)，通過(guò)介紹核潛艇現(xiàn)有的技術(shù)問題，指出了常規(guī)潛艇發(fā)展不

依賴空氣推進(jìn)（AIP）系統(tǒng)的重要性及必要性。重點(diǎn)介紹閉式循環(huán)柴油機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、閉式循環(huán)汽輪

機(jī)、燃料電池的AIP系統(tǒng)，以及小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成，重點(diǎn)對(duì)其應(yīng)用可行性進(jìn)行了分析。由

于目前核潛艇仍存在著成本較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，因此針對(duì)常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作依然勢(shì)

在必行。

關(guān)鍵詞：潛艇；閉式循環(huán)；柴油機(jī)；斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)；汽輪機(jī)；燃料電池

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.10.012

Feasibility Analysis of AIP System Application in Conventional Submarines

WU Saite

Shanghai Automotive Industry Group Co., Ltd.

Abstract: By introducing the present technical problems of nuclear submarines, this paper points out the importance and necessity of developing air-independent propulsion (AIP) system for conventional submarines. It

focuses on the introduction of AIP systems for closed-cycle diesel engines, Stirling engines, closed-cycle

steam turbines, fuel cells, and small nuclear-powered AIP systems, and analyzes their application feasibility.

Due to the current problems of high cost and complex structure of nuclear submarines, the research and development of AIP systems for conventional submarines is still imperative.

Key words: Submarine; Closed Cycle; Diesel Engine; Stirling Engine; Steam Turbine; Fuel Cell

收稿日期：2022-12-01

作者簡(jiǎn)介：伍賽特（1990-02-），男，工學(xué)碩士，工程師、經(jīng)濟(jì)師，研究方向?yàn)閮?nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置

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0 引言

潛艇有著較強(qiáng)的水下隱蔽性，以海水為掩護(hù)對(duì)

敵方進(jìn)行攻擊是其基本的作戰(zhàn)方式。但是，潛艇因

自身能源的限制，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間在水下活動(dòng)，必須定

期浮出水面為蓄電池充電。潛艇一旦浮出水面，就

會(huì)使自身暴露，破壞了其賴以生存的隱蔽性。縱觀

潛艇的技術(shù)發(fā)展史，不少潛艇就是因?yàn)楦〕鏊娉?/p>

電，而遭到了敵方反潛兵力的攻擊。

在第二次世界大戰(zhàn)期間，各國(guó)為改善充電問題

對(duì)潛艇隱蔽性的影響，采用了多種方案。1942年，

德國(guó)首先在潛艇上使用了通氣管，潛艇使用通氣管

后，充電時(shí)無(wú)需浮出水面，從而能有效增強(qiáng)全艇的

隱蔽性。

但通氣管的使用并不能徹底解決潛艇的隱蔽

問題。隨著探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是反潛直升機(jī)的

出現(xiàn)，使用通氣管的潛艇依然會(huì)被敵方反潛兵力發(fā)

現(xiàn)。因此，有必要采用其他方案，以進(jìn)一步提升潛

艇的隱蔽性。

1 常規(guī)潛艇 AIP系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史

二戰(zhàn)后，為延長(zhǎng)潛艇的水下續(xù)航力，世界各國(guó)

開展了一系列研發(fā)工作。對(duì)于常規(guī)潛艇而言，可將

不依賴空氣的推進(jìn)（AIP）系統(tǒng)作為其水下動(dòng)力來(lái)

源。潛艇既不需要上浮至水面進(jìn)行充電，也不需要

使用通氣管充電，可大幅提升潛艇水下續(xù)航力，進(jìn)

一步優(yōu)化全艇的隱蔽性。

早在20世紀(jì)20年代，德國(guó)方面就曾提出過(guò)設(shè)

計(jì)方案，將過(guò)氧化氫動(dòng)力裝置作為潛艇推進(jìn)動(dòng)力。

盡管因過(guò)氧化氫消耗量過(guò)大，該類動(dòng)力裝置并未成

功推廣，但為潛艇AIP系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展提供了寶貴

的經(jīng)驗(yàn)。

1945年，隨著首顆原子彈的成功爆炸，人類步

入核能時(shí)代，一定程度上也推動(dòng)了潛艇動(dòng)力的發(fā)

展。1954 年，世界首艘核潛艇“鸚鵡螺”號(hào)即告建

成。核潛艇的運(yùn)行不依賴外界空氣，因此具有較強(qiáng)

的續(xù)航力及隱蔽性。

但核潛艇的出現(xiàn)并沒有完全取代常規(guī)潛艇。

這主要是因?yàn)楹藵撏ЫY(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且造價(jià)昂貴，使

部分中小國(guó)家難以承受［1］

。目前，世界上只有少數(shù)

國(guó)家的海軍裝備有核潛艇。因此，核潛艇的出現(xiàn)并

不能完全解決常規(guī)潛艇所面臨的問題。

隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)也在不斷優(yōu)化。1996

年，世界上首艘采用AIP系統(tǒng)的常規(guī)潛艇——瑞典

“哥特蘭”號(hào)建成服役，標(biāo)志著常規(guī)潛艇的技術(shù)水平

進(jìn)入一個(gè)新階段，由此也為常規(guī)潛艇的發(fā)展指明了

方向?！案缣靥m”號(hào)潛艇配裝有2臺(tái)V4-275R型斯特

林發(fā)動(dòng)機(jī)，可使?jié)撏б?6 kn 的最高航速在水下航

行。如果以該航速持續(xù)航行，“哥特蘭”號(hào)潛艇可在

水下連續(xù)航行達(dá)數(shù)個(gè)星期，且不必上浮水面。

繼瑞典之后，德國(guó)海軍研發(fā)出了 212A 級(jí)潛

艇。該潛艇配裝有燃料電池AIP系統(tǒng)，于1998年開

工建造，并于 2003 年建成服役。法國(guó)海軍也研發(fā)

出了采用閉式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)的潛艇，并用于

阿戈斯塔90B級(jí)潛艇上，并出口至巴基斯坦。除上

述幾個(gè)國(guó)家外，還有部分國(guó)家也在開展AIP系統(tǒng)的

研制，其中有俄羅斯、英國(guó)及荷蘭等國(guó)家。

目前，各類AIP系統(tǒng)已由研制階段向?qū)嵱秒A段

轉(zhuǎn)變，技術(shù)逐漸趨向成熟，部分國(guó)家的AIP潛艇已建

成服役，有的正在建造過(guò)程中。從這些國(guó)家的技術(shù)

實(shí)踐表明，AIP系統(tǒng)對(duì)減少潛艇通氣管航行時(shí)間，延

長(zhǎng)潛艇水下續(xù)航力，降低潛艇暴露率具有重要意

義。AIP系統(tǒng)的出現(xiàn)推動(dòng)了常規(guī)潛艇技術(shù)的發(fā)展。

2 常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)的類型與功能

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，不少國(guó)家海軍對(duì)潛艇

AIP系統(tǒng)的研制給予了較高關(guān)注，并相繼投入大量

的財(cái)力和人力［2］

，已經(jīng)取得了不少成果。其中有的

已裝備實(shí)艇使用，有的正在建造過(guò)程中，現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有

AIP系統(tǒng)的作用、類型及其特點(diǎn)進(jìn)行研究。

2.1 AIP系統(tǒng)的作用

依據(jù)能量轉(zhuǎn)換裝置的不同，現(xiàn)有已裝艇或在研

的 AIP 系統(tǒng)主要可分為閉式循環(huán)柴油機(jī) AIP 系統(tǒng)、

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)、閉式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)、

燃料電池AIP系統(tǒng)、小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)5大類。

常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

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盡管世界各國(guó)海軍對(duì)潛艇航行性能和使用的

要求不同，但研制 AIP 系統(tǒng)的目的是一致的，潛艇

AIP系統(tǒng)主要有如下特點(diǎn)：

1）提高常規(guī)潛艇的水下續(xù)航力，增強(qiáng)潛艇的水

下自持力。

2）降低潛艇在巡航區(qū)航行時(shí)的暴露率，提高潛

艇的隱蔽性。

3）為潛艇提供足夠的水下短時(shí)高航速。

通過(guò)以上幾點(diǎn)可知，潛艇AIP系統(tǒng)最主要的作

用就是減少潛艇對(duì)通氣管的依賴和需求，以減少在

航行過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)的幾率。

常規(guī)潛艇利用艇上的柴油機(jī)，并以通氣管狀態(tài)

進(jìn)行水下航行的時(shí)間被稱為潛艇的暴露時(shí)間。常

規(guī)潛艇利用通氣管航行的時(shí)間與利用蓄電池進(jìn)行

水下航行時(shí)間的比值稱為“暴露率”。也就是說(shuō)AIP

最基本的目的是降低常規(guī)潛艇的暴露率，或減少潛

艇利用通氣管航行的時(shí)間［3］

。

2.2 AIP系統(tǒng)的總體優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)

如2.1中所述，在現(xiàn)代潛艇設(shè)計(jì)中較成熟的AIP

系統(tǒng)主要有閉式循環(huán)柴油機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、閉式

循環(huán)汽輪機(jī)、燃料電池以及小型核動(dòng)力 AIP 系統(tǒng)。

以上幾類AIP系統(tǒng)雖然其原理不同、系統(tǒng)組成不同、

性能也有所不同，但是都有一些相同的特點(diǎn)，主要

如下。

2.2.1 隱蔽性較好

現(xiàn)有幾類AIP系統(tǒng)均能為潛艇提供較好的隱蔽

性，主要是由于以上AIP系統(tǒng)所產(chǎn)生的排放物較少

并且經(jīng)過(guò)處理，具有無(wú)泡、無(wú)噪聲的特點(diǎn)，使?jié)撏У?/p>

航行過(guò)程基本處于無(wú)跡狀態(tài)。其次，這些AIP系統(tǒng)

機(jī)械振動(dòng)較低，噪聲也較低。尤其是燃料電池，基

本不會(huì)產(chǎn)生噪聲，具有較好的靜音性。通過(guò)采用

AIP系統(tǒng)，有助于增強(qiáng)潛艇的隱蔽性，提升全艇作戰(zhàn)

性能。

2.2.2 降低潛艇暴露率

各類AIP系統(tǒng)雖然工作機(jī)理不同，但均有著共

同的出發(fā)點(diǎn)，即降低潛艇暴露率。常規(guī)潛艇最大的

缺陷是對(duì)通氣管有較高的依賴性，因?yàn)闈撏б?jīng)常

上浮到水面附近來(lái)進(jìn)行充電，為了增加水下航行續(xù)

航力，并降低潛艇暴露率，就需要盡量延長(zhǎng)兩次通

氣管航行之間的時(shí)間間隔。通過(guò)采用AIP系統(tǒng)，潛

艇兩次通氣管航行之間的間隔時(shí)間，已從數(shù)小時(shí)增

加到數(shù)日，甚至數(shù)個(gè)星期。

2.2.3 對(duì)氧的依賴

在現(xiàn)有的幾類 AIP 系統(tǒng)中，除了小型核動(dòng)力

AIP 系統(tǒng)外，均離不開氧。因此，潛艇水下續(xù)航力

主要由潛艇的氧儲(chǔ)備量決定。為了提高艇上的氧

儲(chǔ)備量，各種 AIP 系統(tǒng)均使用液氧，其氧濃度明顯

高于大氣中的氣態(tài)氧。由于對(duì)氧有較高的依賴性，

如果無(wú)法及時(shí)供給足夠的氧，AIP系統(tǒng)就難以維持

運(yùn)行。

2.2.4 功率有待提升

除了小型核動(dòng)力 AIP 系統(tǒng)之外，其他幾類 AIP

系統(tǒng)面臨主要的問題是功率有待提升，這包括水下

長(zhǎng)時(shí)間航行用電，以及艇上生活用電。由于各類

AIP系統(tǒng)在能量供給方面存在一定的局限性，因此

其通常只能作為常規(guī)潛艇的水下輔助動(dòng)力系統(tǒng)。

所謂輔助動(dòng)力系統(tǒng)是指艇上所裝備的AIP系統(tǒng)通常

只能用于潛艇低速巡航（2～6 kn）和低負(fù)荷工況下

的能量需求。當(dāng)潛艇在水下高速航行時(shí)，通常仍需

要使用柴電動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。

3 常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)代常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)主要分為以下幾類：閉

式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)、閉

式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)、燃料電池AIP系統(tǒng)，以及小

型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)。

3.1 閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)（CCD-AIP）

閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)是以柴油機(jī)作為能量

轉(zhuǎn)換裝置的AIP系統(tǒng)，其可通過(guò)控制普通柴油機(jī)系統(tǒng)

的進(jìn)氣與排氣，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)意義上的閉式循環(huán)［4］

。

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3.1.1 基本原理

閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)的基本原理是將柴油

機(jī)排出的廢氣中的CO2和蒸汽提取出來(lái)，經(jīng)冷卻后

進(jìn)入吸收器，并用海水溶解。隨后，在氣體中加入

O2和微量Ar，經(jīng)閉路循環(huán)再進(jìn)入燃燒室，供柴油機(jī)

再次使用。

CO2和蒸汽的處理方法是采用化學(xué)清除器，但

這必然會(huì)影響潛艇的可用容積和總排水量。另外，

將這些排放物排出艇外，必須要克服海水的背壓，

隨著潛航深度的增大，海水背壓也會(huì)相應(yīng)增加，從

而會(huì)加速柴油機(jī)功率的消耗。為此，可通過(guò)采用增

加CO2濃度的辦法用來(lái)適應(yīng)海水背壓的變化。

柴油機(jī)的燃燒過(guò)程不會(huì)使 O2全部耗盡。將

柴油機(jī)排氣中的 O2提取出來(lái)并加以利用也是一

類可取的方法，但這將使柴油機(jī)的熱效率有所降

低。此外，CO2和蒸汽的吸收過(guò)程也面臨著一些

難題。

N2起著傳遞熱量和維持效率的作用，在柴油機(jī)

燃燒過(guò)程中，N2會(huì)逐漸消耗，從而影響動(dòng)力系統(tǒng)的

熱效率。為此，需要在被凈化的廢氣中加入N2，以

確保工作過(guò)程的可持續(xù)性。除此以外，也可在經(jīng)凈

化后的氣體中加入微量Ar。Ar是一種惰性氣體，不

受燃燒的影響，它能起到與N2相似的作用。通過(guò)加

入Ar，可使柴油機(jī)的熱效率保持恒定。

3.1.2 系統(tǒng)組成

閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)主要由高壓柴油機(jī)、

吸收器、水處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

1)高壓柴油機(jī)。當(dāng)普通柴油機(jī)以理論上的閉式

循環(huán)運(yùn)行時(shí)，會(huì)對(duì)管道的總壓力產(chǎn)生限制。通過(guò)使

用高壓柴油機(jī)，可提高氣體回路內(nèi)的總壓力，從而

使柴油機(jī)保有較高的效率。高壓柴油機(jī)面臨的主

要問題是其噪聲較大，必須采取綜合降噪和隔聲措

施來(lái)降低水下輻射噪聲。除對(duì)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修

改以降低聲源的噪聲級(jí)之外，可采用隔聲系統(tǒng)。該

隔聲系統(tǒng)包括一個(gè)全封閉的隔聲罩、一個(gè)雙層的彈

性橡膠墊安裝系統(tǒng)，以及與其他產(chǎn)生系統(tǒng)連接的撓

性管接頭和電纜接頭。

2)吸收器。吸收器可用來(lái)吸收CO2并經(jīng)海水溶

解，將凈化后的廢氣加入氧和微量 Ar 再送入燃燒

室。吸收器是一類以低速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備。廢氣

經(jīng)水冷卻后，通過(guò)分離器后，再進(jìn)入吸收器。CO2會(huì)

溶于吸收器內(nèi)的海水中。在充入 O2和 Ar 后，剩余

的廢氣會(huì)經(jīng)分離器處理后重新返回柴油機(jī)。

3)水處理系統(tǒng)。水處理系統(tǒng)可用來(lái)向吸收器

提供海水，將溶解有 CO2的海水從吸收器排入海

中。水處理系統(tǒng)由帶自由浮動(dòng)活塞的三套水缸組

成，其中一套水缸與吸收器連接，其余水缸則通向

潛艇舷外。水從吸收器送入低壓水缸，把淡水推向

活塞另一側(cè)并進(jìn)入吸收器，同時(shí)向高壓水缸內(nèi)注入

海水。由于海水處于流動(dòng)狀態(tài)，水處理系統(tǒng)可能會(huì)

產(chǎn)生噪聲。經(jīng)測(cè)定，該系統(tǒng)噪聲源主要有兩種：流

體噪聲和設(shè)備噪聲。為了降低水流噪聲，在水處理

系統(tǒng)中并聯(lián)安裝三套控制閥，并對(duì)閥的啟動(dòng)和關(guān)閉

進(jìn)行控制。

4)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可用來(lái)對(duì) O2和氬的流

量進(jìn)行控制，以確保AIP系統(tǒng)的正常工作，并可將控

制系統(tǒng)集成到監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

操作。

3.2 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)（SE-AIP）

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī) AIP 系統(tǒng)以斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)作為

能量轉(zhuǎn)換裝置，它的基本特點(diǎn)是由外部供熱并進(jìn)行

再生循環(huán)，是一類利用氣體在內(nèi)部回路中進(jìn)行高溫

膨脹和低溫壓縮的差異來(lái)取得有效功的活塞式發(fā)

動(dòng)機(jī)。

3.2.1 基本原理

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)是一種采用外部加熱的

閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)際上，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)與普通的

內(nèi)燃機(jī)相似，也借助于壓縮和膨脹進(jìn)行工作。但

是，它與內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)不同之處：一是斯特

林發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力活塞在一個(gè)閉合的系統(tǒng)中工作，并

會(huì)采用 He 等物質(zhì)作為工質(zhì)；二是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的

熱量可通過(guò)一個(gè)熱交換器連續(xù)傳遞到循環(huán)中。

常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

1491

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上海節(jié)能 No.08

2018

節(jié)能論壇

在位于發(fā)動(dòng)機(jī)上方的燃燒室中，O2和柴油燃燒

產(chǎn)生的熱量傳遞給工質(zhì)，工質(zhì)受熱后，體積膨脹并

推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并為電機(jī)提供電

能，以驅(qū)動(dòng)螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)。

燃燒產(chǎn)生的廢氣主要包含CO2和蒸汽。其中，

蒸汽經(jīng)過(guò)冷卻后排入海水中，其余的廢氣通過(guò)海水

冷卻系統(tǒng)，由專門的混合設(shè)備將CO2吸收。由于使

用了必要的冷卻措施，排出的氣體溫度較低，能使

紅外輻射降到最低程度。

3.2.2 系統(tǒng)組成

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)由能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、控制

系統(tǒng)、液氧儲(chǔ)存系統(tǒng)及電力系統(tǒng)等主要系統(tǒng)組成。

1）能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)又稱水下燃

燒系統(tǒng)，即斯特林發(fā)電機(jī)組，可用于將高溫燃?xì)獾?/p>

熱能轉(zhuǎn)換成電能。該系統(tǒng)主要有兩個(gè)特點(diǎn)，一是以

可在純氧環(huán)境中燃燒的碳?xì)浠衔铮ㄈ绮裼偷龋┳?/p>

為燃料；二是燃料需要在高壓下進(jìn)行燃燒。

2）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用微機(jī)對(duì)水下燃燒

系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)和操縱，控制系統(tǒng)可對(duì)燃燒系

統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)主發(fā)動(dòng)機(jī)附屬系統(tǒng)進(jìn)行控制，并對(duì)

所有的報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行控制。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出

功率主要由燃料的流量所決定?？梢栽诳刂婆_(tái)上

由手動(dòng)方式設(shè)定燃料的流量，流入燃燒室的O2量可

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，以便平衡進(jìn)入加熱器的熱量，使加

熱器保持在700 ℃的恒溫水平上。此外，控制步驟

還包括斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)及功率變化的順

序等。

3）液氧儲(chǔ)存系統(tǒng)。液氧儲(chǔ)存系統(tǒng)可用于儲(chǔ)存液

氧，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程的進(jìn)行。一般情況下，液

氧在罐中的儲(chǔ)存壓力需要與環(huán)境壓力實(shí)現(xiàn)平衡。

4）電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)即斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系

統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組，可用于輸出電能，并通過(guò)傳輸線

纜將電能提供給潛艇推進(jìn)電機(jī)。該發(fā)電系統(tǒng)配備

有勵(lì)磁控制同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)可與艇上蓄電池

實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行，并以預(yù)先設(shè)定的恒速進(jìn)行工作，當(dāng)

電負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)影響發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。此

時(shí)，可通過(guò)控制勵(lì)磁來(lái)改變發(fā)電機(jī)的輸出功率，以

此進(jìn)行補(bǔ)償。

5）輔助系統(tǒng)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)還配備有

一些輔助系統(tǒng)，包括冷卻系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。

3.3 閉式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)（CCST-AIP）

閉式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)又稱自主式潛艇動(dòng)力

系統(tǒng)（MESMA），它是一類以汽輪機(jī)作為能源轉(zhuǎn)換

裝置的AIP系統(tǒng)。

3.3.1 基本原理

該動(dòng)力系統(tǒng)主要分為兩個(gè)回路，一回路即燃?xì)?/p>

回路，是產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)獾幕芈?，一回路中?/p>

溫、高壓燃?xì)獾臒崃客ㄟ^(guò)熱交換器傳遞給二回路。

二回路即蒸汽回路，內(nèi)部充滿著流動(dòng)的淡水，通過(guò)

熱量將淡水加熱為高溫、高壓的蒸汽，用以驅(qū)動(dòng)汽

輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，再驅(qū)動(dòng)潛艇推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.3.2 系統(tǒng)組成

該動(dòng)力系統(tǒng)由兩個(gè)回路組成，即燃?xì)饣芈泛驼?/p>

汽回路。燃?xì)饣芈钒ㄈ紵摇峤粨Q器和冷卻裝

置等，蒸汽回路包括蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)、冷凝器和

循環(huán)泵等。

1）燃燒室。燃燒室是一類用于產(chǎn)生高溫、高壓

的燃?xì)庠O(shè)備。經(jīng)過(guò)加熱器加熱后，氣態(tài)氧進(jìn)入燃燒

室與作為熱量的乙醇混合燃燒，可產(chǎn)生溫度高達(dá)

700 ℃、壓力為6 MPa的氣體。通過(guò)對(duì)燃燒生成物

的分析表明，燃料的燃燒率可達(dá)99.7%。

2）熱交換器。由燃燒室產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)?/p>

被導(dǎo)入熱交換器之后，會(huì)將熱量傳給二回路，即蒸

汽回路，并在二回路中產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽。

3）冷卻裝置。高溫、高壓氣體經(jīng)熱交換器將熱

量傳遞給二回路后，燃?xì)鉁囟冉档偷郊s200 ℃。隨

后，這種燃?xì)獗粚?dǎo)入冷卻裝置，由海水冷卻；與此同

時(shí)，也會(huì)將熱量傳給液態(tài)氧，使液態(tài)氧加熱升溫，再

經(jīng)過(guò)海水冷卻，燃?xì)獾臏囟葧?huì)大幅降低。

4）蒸汽發(fā)生器。一回路高溫、高壓燃?xì)鈧鱽?lái)的

熱量可將蒸汽發(fā)生器管路內(nèi)的水加熱成蒸汽。試

驗(yàn)表明，通過(guò)采用這種熱交換方式，大幅提升了系

1492

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2018 年第 08 期

節(jié)

能

論

壇

統(tǒng)的熱效率，熱效率可達(dá)到90%～95%。

5）汽輪機(jī)。汽輪機(jī)是一類可將蒸汽能量轉(zhuǎn)換

成電能的轉(zhuǎn)換裝置。該系統(tǒng)使用兩級(jí)汽輪機(jī)，并與

交流發(fā)電機(jī)聯(lián)結(jié)，發(fā)電機(jī)輸出的電能作為潛艇推進(jìn)

電機(jī)的動(dòng)力來(lái)源，以供潛艇航行。過(guò)熱蒸汽通過(guò)汽

輪機(jī)之后便進(jìn)入冷凝器，在海水冷卻后，蒸汽被冷

凝成水再被送回蒸汽發(fā)生器進(jìn)行循環(huán)。

3.4 燃料電池AIP系統(tǒng)（FC-AIP）

燃料電池AIP系統(tǒng)是以燃料電池為能量轉(zhuǎn)換裝

置的潛艇AIP系統(tǒng)，它可通過(guò)電化學(xué)方法，將外界供

給的反應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，是一類電

化學(xué)發(fā)電機(jī)。

3.4.1 基本原理

水解是一種基本的化學(xué)過(guò)程。該過(guò)程通過(guò)將

水電解，從而使構(gòu)成水的兩類元素實(shí)現(xiàn)分離，即水

與電能反應(yīng)，生成H2和O2。而燃料電池可實(shí)現(xiàn)上述

原理的逆向過(guò)程，使H2和O2這兩類元素產(chǎn)生反應(yīng)，

并生成水和電能。

3.4.2 燃料電池類型

早在19世紀(jì)初，就已提出了燃料電池的理念，

經(jīng)過(guò)多年的探索，曾于 1897 年首次制成了世界上

第一款燃料電池，其功率為1.5 kW，使燃料電池由

設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。1959年 8 月第一款實(shí)用的燃料電

池問世，其功率為6 kW，并用作于起重機(jī)的動(dòng)力來(lái)

源。從此，燃料電池由基礎(chǔ)研究進(jìn)入實(shí)用研制階

段。1965年，燃料電池在宇宙空間領(lǐng)域獲得成功應(yīng)

用［5］

，引起世界各國(guó)的關(guān)注，許多國(guó)家投入大量的人

力、物力對(duì)燃料電池進(jìn)行研制。

數(shù)十年來(lái)，燃料電池技術(shù)有了顯著發(fā)展。按電

解質(zhì)的不同，燃料電池可分為多種類型，如表1闡述

了燃料電池的分類情況及其特點(diǎn)。

上述各類燃料電池也可用于潛艇AIP系統(tǒng)，其

中前景最好的是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。

表1 燃料電池的分類［6］

類型

電解質(zhì)

燃料

氧化劑

啟動(dòng)時(shí)間

優(yōu)勢(shì)

劣勢(shì)

堿性燃料電池

KOH溶液

氫等

O2

短

效率高、性能好

只能用純氧當(dāng)氧化劑、存在

腐蝕現(xiàn)象

質(zhì)子交換膜燃料電池

質(zhì)子交換膜

氫、甲醇等

O2、空氣

短

效率高、性能好、無(wú)腐蝕

成本高

磷酸燃料電池

濃磷酸液

甲醇等

O2、空氣

長(zhǎng)

已投入廣泛應(yīng)用

成本高、啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)

熔融碳酸鹽燃料電池

碳酸鉀、鋰

甲醇、柴油等

O2、空氣

長(zhǎng)

效率高、成本較低

成本高、啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)

固體氧化物燃料電池

ZrO2、Y2O3

甲醇、柴油等

O2、空氣

長(zhǎng)

效率高

工作溫度高

由于金屬氫化物燃料電池笨重又昂貴，經(jīng)濟(jì)性較

差；而甲醇重整燃料電池解決了這些問題，因此，甲

醇重整燃料電池具有更好的發(fā)展前途。與金屬氫

化物燃料電池相比，甲醇重整燃料電池還具備重量

較輕的優(yōu)勢(shì)，可增加氫的攜帶量，以此提升潛艇的

水下續(xù)航能力。

3.4.3 甲醇重整燃料電池AIP系統(tǒng)

甲醇重整燃料電池AIP系統(tǒng)主要組成部分有：

甲醇重整裝置、燃料器、氣體凈化器、電解槽等。

1）甲醇重整裝置。甲醇重整裝置又稱轉(zhuǎn)化器

用來(lái)產(chǎn)生燃料電池所需要的H2，其由甲醇轉(zhuǎn)換器、

分離器、重整反應(yīng)器及蒸汽盤管等設(shè)備組成。來(lái)自

重整反應(yīng)器的氣體混合物主要包括H2、CO2、蒸汽和

少量的 CO、甲醇及乙醇。混合氣體通過(guò)預(yù)熱器使

之過(guò)熱，通過(guò)氣體凈化器（鈀薄膜）來(lái)濾除雜質(zhì)，大

部分H2直接供給燃料電池。剩下的混合氣體流出

鈀薄膜后，又回到燃燒器與甲醇和氧一起參與燃

燒。燃燒器內(nèi)殘留的氣體幾乎全是CO2，只有少量

的氧、氬、水［7］

。

2）燃燒器。在燃燒器中，由凈化器排出來(lái)的混

合氣體與甲醇及氧進(jìn)行燃燒，并產(chǎn)生無(wú)害氣體排出

常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

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艇外。

3）凈化器。凈化器即為上文提到的鈀薄膜，甲

醇經(jīng)過(guò)凈化后，進(jìn)入電解槽進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以提高

化學(xué)反應(yīng)質(zhì)量。

4）電解槽。電解槽可用來(lái)實(shí)現(xiàn)電解化學(xué)反應(yīng)，

由氫在陽(yáng)極放出電子，同時(shí)氫離子會(huì)通過(guò)電解質(zhì)傳

送到陰極，與氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能并生成水。

甲醇重整燃料電池的不足之處主要是其成本

較高，且燃料消耗量較大。燃料消耗較大的主要原

因是甲醇的能量密度較低，僅為柴油的一半，且其

容積密度也比柴油小。因此，甲醇重整燃料電池通

常需要較大的燃料體積和重量。

3.5 小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)（AMPS-AIP）

3.5.1 歷史發(fā)展

采用核動(dòng)力裝置，可顯著提升潛艇水下的續(xù)航

力，但由此會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，不利于潛艇的隱蔽

性。同時(shí)，核潛艇還存在著構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)昂貴的

問題。如單艘美國(guó)海狼級(jí)潛艇的造價(jià)高達(dá)24億美

元，后續(xù)建造的弗吉尼亞級(jí)核潛艇，盡管其性能比

海狼級(jí)有所降低，造價(jià)仍高達(dá)13億美元。大多數(shù)國(guó)

家的海軍很難負(fù)擔(dān)得起如此高昂的成本。

對(duì)于核潛艇現(xiàn)有的問題，不少國(guó)家海軍都曾進(jìn)

行過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)、論證，并提出了一些解決方案。

在眾多的方案中，由加拿大渥太華的ECS聯(lián)合公司

提出的自主式船用動(dòng)力系統(tǒng)（AMPS）方案最具特

色，也較易實(shí)現(xiàn)。ECS 公司提出，只要在常規(guī)潛艇

中加入一個(gè)配備有小型核反應(yīng)堆的艙段，就可通過(guò)

核反應(yīng)堆與柴油機(jī)兩類動(dòng)力裝置，使一艘常規(guī)潛艇

實(shí)現(xiàn)混合推進(jìn)。

在潛航時(shí)，潛艇既可使用核動(dòng)力推進(jìn)，也可使

用蓄電池推進(jìn)。采用核動(dòng)力推進(jìn)時(shí)，可以長(zhǎng)時(shí)間地

以 10 kn 左右的航速實(shí)現(xiàn)連續(xù)的水下航行。當(dāng)潛

艇蓄電池的電能耗盡時(shí)，可利用艇上的核動(dòng)力裝置

為潛艇蓄電池充電。在安全海域，也可使用通氣管

系統(tǒng)和柴油機(jī)對(duì)蓄電池進(jìn)行快速充電［8］

。由此可

見，由 ECS 公司提出的這類方案具有較好的實(shí)用

性。該方案一經(jīng)問世，便引起了世界各國(guó)海軍的高

度重視。

3.5.2 系統(tǒng)組成及工作原理

小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)由5個(gè)主系統(tǒng)及輔助設(shè)備

組成，這些系統(tǒng)主要有核反應(yīng)堆熱源、能量轉(zhuǎn)換裝

置、控制和監(jiān)視系統(tǒng)、功率分配系統(tǒng)和連續(xù)供電系

統(tǒng)（也稱主蓄電池系統(tǒng)）［8］

。在小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)

中，最主要的部分是核反應(yīng)堆熱源。其中，核反應(yīng)

堆堆芯以氫化鋯與濃縮鈾作為燃料。該反應(yīng)堆性

能穩(wěn)定，有著多年成功運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，用

于反應(yīng)堆的核燃料具有較好的裂變產(chǎn)物抑制特

性。在控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的操縱下，可通過(guò)調(diào)節(jié)

中子吸收器的位置來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆輸出的功率。反

應(yīng)堆進(jìn)行核反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的熱量，經(jīng)反應(yīng)堆堆芯的

輕水（冷卻劑）帶出，再經(jīng)氟利昂蒸發(fā)器將熱量轉(zhuǎn)送

到能量轉(zhuǎn)換裝置。

核反應(yīng)堆的主要元件，包括反應(yīng)堆的堆芯、反

射器、一次屏蔽設(shè)備，以及一回路冷卻劑管道等都

安裝在一個(gè)較大的備用冷卻水艙中。當(dāng)一回路冷

卻劑的循環(huán)遭到破壞時(shí)，被動(dòng)冷卻機(jī)械就會(huì)在反應(yīng)

堆芯與備用冷卻劑之間自動(dòng)建立起冷卻劑的對(duì)流

流動(dòng)。

該AIP系統(tǒng)的反應(yīng)堆采用了一種特殊的能量轉(zhuǎn)

換裝置。該轉(zhuǎn)換裝置可將反應(yīng)堆熱源所生產(chǎn)的低

溫連續(xù)地轉(zhuǎn)換成電功率。在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時(shí)，所采

取的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備主要是低溫汽輪機(jī)［8］

。在進(jìn)行熱

量傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，氟利昂作為工質(zhì)進(jìn)行循環(huán)。

在整個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置中，一回路將來(lái)自堆芯的高溫

水通過(guò)二回路的熱交換器進(jìn)行循環(huán)，而二回路蒸發(fā)

器則充滿氟利昂，氟利昂通過(guò)加熱轉(zhuǎn)換成氣態(tài)，再

通過(guò)單級(jí)徑流式汽輪機(jī)及交流發(fā)電機(jī)組后，將熱能

轉(zhuǎn)換為電能。完成能量轉(zhuǎn)換后［8］

，氟利昂再流回到

冷凝器中。

作為反應(yīng)堆的控制和監(jiān)視系統(tǒng)，控制和監(jiān)視系

統(tǒng)以微處理機(jī)為基礎(chǔ)。該系統(tǒng)所具有的功能可對(duì)

核反應(yīng)堆的參數(shù)進(jìn)行掃描，并對(duì)輸入信號(hào)偏離設(shè)定

值的誤差進(jìn)行檢驗(yàn)和校核，執(zhí)行控制計(jì)算［8］

，產(chǎn)生報(bào)

警信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)圖像顯示裝置。

1494

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節(jié)

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論

壇

4 常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

4.1 閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

在閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)中，柴油機(jī)排出的

氣體經(jīng)處理后再送入柴油機(jī)進(jìn)氣口進(jìn)行循環(huán)使

用。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，經(jīng)相關(guān)試驗(yàn)表明，

閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)有較強(qiáng)的實(shí)用性和較高的

可靠性。當(dāng)潛艇在水下航行時(shí)，該系統(tǒng)也可作于應(yīng)

急備用設(shè)備。

4.1.1 隱蔽性較好

經(jīng)實(shí)艇試驗(yàn)表明，閉式循環(huán)柴油機(jī)系統(tǒng)具有較

低的輻射噪聲和目標(biāo)信號(hào)特征。輻射噪聲是任何

潛艇都會(huì)面臨的關(guān)鍵問題。同時(shí)，以上幾類AIP系

統(tǒng)都涉及機(jī)械噪聲和流體噪聲。實(shí)踐表明，與潛艇

以通氣管狀態(tài)航行時(shí)所產(chǎn)生的噪聲相比，閉式循環(huán)

柴油機(jī)所產(chǎn)生的噪聲明顯更低。因?yàn)殚]式循環(huán)柴

油機(jī)不會(huì)將過(guò)多廢氣排出艇外，對(duì)排氣系統(tǒng)的要求

較低。通常而言，可將閉式循環(huán)柴油機(jī)封裝在隔聲

罩內(nèi)，與艇體采用雙重彈性支架連接，使其噪聲得

以進(jìn)一步降低。

從吸收器排出的海水幾乎處于飽和狀態(tài)，因

此在潛艇伴流中幾乎不會(huì)產(chǎn)生氣泡。在實(shí)際應(yīng)用

中，海水壓力總是高于 CO2飽和壓力。由于不會(huì)

產(chǎn)生氣泡，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)跡航行，降低敵方探測(cè)

效能。

4.1.2 安全且可靠

閉式循環(huán)柴油機(jī)可采用通用柴油機(jī)，因此有著

較高的可靠性。運(yùn)行時(shí)，只需為系統(tǒng)定期補(bǔ)充少量

氧氣，因此也有著較高的安全性。

4.1.3 研制及運(yùn)行費(fèi)用低

閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)可充分利用現(xiàn)有的柴

油機(jī)技術(shù)。該AIP系統(tǒng)中所包含的部分設(shè)備（如吸

收器及水處理系統(tǒng)等），皆為通用性較高的機(jī)械設(shè)

備。因此，該AIP系統(tǒng)的研制開發(fā)費(fèi)用較低。由于

在大部分情況下，該系統(tǒng)可采用民用產(chǎn)品，市場(chǎng)上

皆有現(xiàn)貨可供，初期購(gòu)置費(fèi)也較低。因此該系統(tǒng)所

耗費(fèi)成本在各類AIP系統(tǒng)中最低，因而有著較高的

效費(fèi)比。

4.1.4 維修性好

總體而言，閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為

簡(jiǎn)易，技術(shù)較為成熟，配套產(chǎn)品、備用產(chǎn)品在市場(chǎng)皆

有現(xiàn)貨供應(yīng)，技術(shù)人員無(wú)需專門訓(xùn)練。因此，該系

統(tǒng)有著較好的維修性，有利于長(zhǎng)期運(yùn)行。

4.2 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)是世界上第一款用在潛

艇上的 AIP 系統(tǒng)，1996 年 7 月，世界上首艘配裝有

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)的瑞典海軍潛艇“哥特蘭”號(hào)

建成服役，標(biāo)志著常規(guī)潛艇的發(fā)展進(jìn)入新階段，引

起了世界上擁有常規(guī)潛艇國(guó)家的關(guān)注。

“哥特蘭”號(hào)潛艇水下排水量為1 490 t，配裝有

2臺(tái)功率75 kW的V4-275R型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)

發(fā)動(dòng)機(jī)可以輸出約65 kW的功率。2臺(tái)斯特林發(fā)動(dòng)

機(jī)所輸出的功率主要用于兩個(gè)領(lǐng)域：一是用于艇內(nèi)

的生活負(fù)載，如照明、烹調(diào)、空調(diào)等生活設(shè)施，約消

耗 75～80 kW；二是用于潛艇航行時(shí)的動(dòng)力來(lái)源，

約消耗45～50 kW，從而可使?jié)撏芤? kn的航速

在水下航行。當(dāng)潛艇以該航速航行時(shí)，艇上所攜帶

液氧的儲(chǔ)存量可使?jié)撏г谒逻B續(xù)航行幾個(gè)星期，

且無(wú)需浮出水面。實(shí)踐表明，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系

統(tǒng)有著較高實(shí)用性，與其他AIP系統(tǒng)相比，具有如下

優(yōu)點(diǎn)：

1）斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、技術(shù)簡(jiǎn)單、

成熟，并已投入使用。

2）斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)振動(dòng)較小、噪聲較低，

排出的燃燒廢氣易溶于水，不會(huì)留下明顯航跡。實(shí)

測(cè)表明，該系統(tǒng)在高速工作狀態(tài)時(shí)，其噪聲等級(jí)比

尺寸相近的潛艇柴油機(jī)的低約15～25 dB，在低速

工況下，其噪聲級(jí)別也低8～10 dB。

3）斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)具有較高的使用靈活

性，通過(guò)增減艇上的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)，即可改變

功率的大小。通過(guò)調(diào)整獨(dú)立艙段的長(zhǎng)度，可以改

常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

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變艇上儲(chǔ)存液氧的數(shù)量，從而可以適用于不同國(guó)

家海軍的不同艦艇，并實(shí)現(xiàn)其作戰(zhàn)目的，滿足其作

戰(zhàn)需求。

4）斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)具有較高的效費(fèi)比，

不僅造價(jià)相對(duì)較低，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用同樣較低。

5）斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)可與艇上的蓄電池實(shí)

現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行。因此，當(dāng)潛艇在水下航行時(shí)，即使在

該AIP系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，蓄電池仍能為潛艇

提供必要的推進(jìn)功率，使?jié)撏ЬS持正常航行。

除上述優(yōu)點(diǎn)外，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)還有一

些不足和缺陷，主要有以下兩點(diǎn)：

1）從工作原理上來(lái)說(shuō)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)

屬于一種外燃式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其利用外部熱源產(chǎn)生

熱量，并以此加熱封閉系統(tǒng)中的工質(zhì)，通過(guò)工質(zhì)與

機(jī)構(gòu)之間的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。這種將燃料的

燃燒所產(chǎn)生的熱量傳遞給工質(zhì)的方法，從某種意義

上來(lái)說(shuō)效果并不好。因?yàn)?，?dāng)熱量和氧在外部燃燒

之后，再將熱能傳遞給工質(zhì)，將需要一個(gè)較長(zhǎng)的熱

交換時(shí)段，意味著斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)難以對(duì)負(fù)載的變化

作出迅速響應(yīng)，從而不可避免地對(duì)潛艇的航速及水

下機(jī)動(dòng)性造成負(fù)面影響。

2）從使用上來(lái)說(shuō)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)在潛

艇上的持續(xù)工作時(shí)間主要受艇上攜帶液氧量的制

約。由于潛艇內(nèi)部空間有限，潛艇不能無(wú)限制攜帶

液氧，即使嵌加艙段，其長(zhǎng)度也不能過(guò)大，否則同樣

會(huì)對(duì)潛艇的航行性能帶來(lái)不利影響。

4.3 閉式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

閉式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)由法國(guó)艦艇建造局和

貝爾坦公司共同研制，已達(dá)到實(shí)用裝艇的程度，并

已用于由巴基斯坦訂購(gòu)的阿戈斯塔 90B 級(jí)潛艇

上。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)主要有如下優(yōu)點(diǎn)。

4.3.1 燃燒產(chǎn)物排放具有較高的隱蔽性

閉式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)燃燒產(chǎn)物具有較高的

壓力，在排放時(shí)，不需要任何壓縮設(shè)備就可以直接

排放到艇外海水中。另外，CO2在排出艇外海水之

前，可利用一種分裂氣泡系統(tǒng)，使 CO2氣泡盡量變

小，提高氣泡溶解度，達(dá)到無(wú)泡排放，使?jié)撏?shí)現(xiàn)無(wú)

跡航行。因此，該系統(tǒng)的一項(xiàng)突出優(yōu)點(diǎn)是其燃燒排

放特性較好，并具有較好的隱蔽性。

4.3.2 以水為工質(zhì)，安全且可靠

由于以水作為工質(zhì)，該AIP系統(tǒng)較為安全可靠，

且腐蝕性較低，并能確保循環(huán)管路的清潔。

4.3.3 單機(jī)功率較高

閉式循環(huán)汽輪機(jī) AIP 系統(tǒng)單機(jī)功率較高。

1992年對(duì)一款閉式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)開展了實(shí)驗(yàn)，

其功率可達(dá)400 kW，后續(xù)已開發(fā)出功率為600 kW

的動(dòng)力系統(tǒng)。

該AIP系統(tǒng)的不足之處主要是其體系龐大、輔

助機(jī)械多、布置難度較大。其次，該AIP系統(tǒng)仍存在

效率較低、經(jīng)濟(jì)性較差的問題。對(duì)于以上不足之處

仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

4.4 燃料電池AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

德國(guó)海軍212A級(jí)潛艇是世界上首款使用燃料

電池AIP系統(tǒng)的潛艇，該艇裝有西門子公司研發(fā)的

燃料電池堆，由16個(gè)功率為25 kW的單體燃料電池

組成，可使?jié)撏г谒乱? kn的航速航行，并可為

艇上蓄電池供電。該潛艇總排水量為1 350 t，并于

2003年建成服役。在各類AIP推進(jìn)裝置中，燃料電

池AIP系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)。

4.4.1 效率高、尺寸小

燃料電池AIP系統(tǒng)的效率可達(dá)70%，明顯高于

其他以熱力發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力來(lái)源的AIP系統(tǒng)。其重量

輕、容積小，O2消耗量較低。

4.4.2 噪聲低

燃料電池AIP系統(tǒng)的一項(xiàng)突出優(yōu)點(diǎn)是噪聲低，

該特點(diǎn)基本與鉛酸電池一致，沒有斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)

AIP系統(tǒng)的機(jī)械噪聲，只是在泵入甲醇時(shí)會(huì)產(chǎn)生較

低的噪聲，這種噪聲完全可為潛艇所產(chǎn)生的其他噪

聲所覆蓋。

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論

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4.4.3 下潛深度不受限制

燃料電池AIP系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生排放物質(zhì)，不受背

壓影響，因此，該系統(tǒng)可以在水下以任意深度航行，

不受下潛深度限制，可充分發(fā)揮立體作戰(zhàn)的優(yōu)勢(shì)。

4.4.4 反應(yīng)生成的水可用于確保潛艇壓載平衡

該系統(tǒng)反應(yīng)生成物是無(wú)害的水，不必排出艇

外，可用于保持潛艇壓載平衡，有利于潛艇水下作

戰(zhàn)和航行。

4.5 小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

目前，小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)主要具有如下特點(diǎn)。

4.5.1 輸出功率范圍寬廣

小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)的凈輸出功率，根據(jù)使用

對(duì)象不同，可在 100 kW～1 MW 的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)

整，具有廣闊的應(yīng)用范圍。

輸出功率為100 kW的小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)可

應(yīng)用在排水量為 1 000 t 的潛艇上；輸出功率為

400 kW和1 MW的小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)，可用于排

水量為2 000 t的或更大噸位的潛艇上［8］

。

4.5.2 具有自動(dòng)停堆能力

小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)所使用的反應(yīng)堆是一個(gè)不

加壓的或輕度加壓的輕水冷卻型，該反應(yīng)堆所使用

的冷卻劑的壓力約為17個(gè)大氣壓，一回路冷卻劑的

輸出溫度約為160 ℃，反應(yīng)堆的堆芯既無(wú)高壓又無(wú)

高溫。

另外，該反應(yīng)堆使用一種被動(dòng)式冷卻系統(tǒng)。這

種冷卻系統(tǒng)具有一種獨(dú)特的功能，當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)突

發(fā)性故障時(shí)，可以在多個(gè)部位對(duì)燃料棒進(jìn)行冷卻從

而避免發(fā)生危險(xiǎn)。而且該冷卻系統(tǒng)中沒有運(yùn)動(dòng)部

件，即使操作人員不在現(xiàn)場(chǎng)，或在艇內(nèi)電源被切斷

的情況下，冷卻系統(tǒng)仍能發(fā)揮作用，繼續(xù)對(duì)反應(yīng)堆

內(nèi)部進(jìn)行冷卻。

由于具有自動(dòng)停堆的能力，因此自誕生以來(lái)，

該反應(yīng)堆就廣受關(guān)注。這意味著在沒有操作人員

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和管理的情況下，小型核動(dòng)力AIP系

統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。從該角度而言，小型核動(dòng)力

AIP系統(tǒng)常規(guī)潛艇不會(huì)使艇員人數(shù)大量增加，也不

會(huì)降低隨艇人員的居住性，同樣不會(huì)為全艇的總布

局帶來(lái)新的困難。

4.5.3 核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易

與傳統(tǒng)的核反應(yīng)堆相比，小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)

的核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且成本低廉。同時(shí)，與傳統(tǒng)

反應(yīng)堆相比，小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)反應(yīng)堆內(nèi)部的壓

力和溫度都較低，因而也簡(jiǎn)化了反應(yīng)堆的運(yùn)作過(guò)

程。運(yùn)行人員和維修人員經(jīng)過(guò)一般的技術(shù)培訓(xùn)即

可上崗操作，也降低了培訓(xùn)成本。

4.5.4 核燃料安全可靠

小型核動(dòng)力 AIP 系統(tǒng)采用的核燃料是僅含

19.7%濃縮鈾的低濃度核燃料。在采用這種低濃縮

核燃料后，即使偶然出現(xiàn)核反應(yīng)堆功率升高的情

況，核燃料自身所具有的補(bǔ)償特性仍可使核反應(yīng)堆

的功率上升速度得以減緩［8］

。從安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，濃

縮率為20%的核燃料可滿足安全要求，并已得到國(guó)

際公認(rèn)。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行實(shí)踐，充分證明了其安全性

及可靠性。

4.5.5 核燃料工作壽命較長(zhǎng)

小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)所使用的核燃料工作壽命

較長(zhǎng)，一般可達(dá) 8-10 年。這樣的壽命周期與潛艇

的大修周期基本同步，因而，核反應(yīng)堆核燃料的更

換可與潛艇的大修同時(shí)進(jìn)行，既可減少大修和維修

的費(fèi)用，也可增加潛艇的在航率。

4.5.6 核反應(yīng)堆應(yīng)用性強(qiáng)

從設(shè)計(jì)角度而言，小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)核反應(yīng)

堆的尺寸與世界上絕大多數(shù)在役常規(guī)潛艇的主尺

度相匹配，可以裝入2 000 t級(jí)常規(guī)潛艇的耐壓殼體

內(nèi)（直徑約為 7 m）。因此，小型核動(dòng)力 AIP 系統(tǒng)核

反應(yīng)堆既可用于新建潛艇，也可用于改裝后的在役

潛艇［8］

，擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，并提高了應(yīng)用的靈

常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

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活性。小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)盡管有著顯著優(yōu)勢(shì)，但

在使用時(shí)，還必須注意以下問題：

1）雖然是小型核反應(yīng)堆，但其重量仍然較大。

就總布置方面而言，小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)應(yīng)盡可能

布置在潛艇重心附近，其屏蔽設(shè)施的重量約占系統(tǒng)

總重量的40%，因此，如何將屏蔽重量進(jìn)行有效合

理分配，以及如何進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)、布局，均有

著較高重要性。

2）裝備了小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)的常規(guī)潛艇，其

工作噪聲雖然較低，但是還需采取降噪措施，使其

綜合噪聲降至最低水平。

4.6 幾類AIP系統(tǒng)的性能對(duì)比

綜上所述，各類AIP系統(tǒng)的性能對(duì)比如表2所示。

表2 各類AIP系統(tǒng)的性能對(duì)比［9］

AIP系統(tǒng)

類型

主要優(yōu)點(diǎn)

主要缺點(diǎn)

技術(shù)難點(diǎn)

閉式循環(huán)柴油機(jī)AIP系統(tǒng)

（1）柴油機(jī)技術(shù)成熟，性能

可靠，壽命長(zhǎng)

（2）燃料通用

（3）經(jīng)濟(jì)性好，維修費(fèi)用低

（4）工作過(guò)程受下潛深度影

響小

（1）效率低、氧消耗量大、排

出熱量多

（2）噪聲大

（3）輸出功率受限

（4）廢氣處理系統(tǒng)復(fù)雜

（1）廢氣中 CO2的吸收與排

放

（2）使用循環(huán)氣體時(shí)，需確

保燃燒質(zhì)量

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)

（1）運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)械噪聲

與振動(dòng)較小

（2）廢氣排放方便

（3）輻射低，適合多種燃

料

（4）一次投資和運(yùn)行費(fèi)用

較低，技術(shù)較成熟

（1）功率較低

（2）燃油消耗量較大

（1）斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的水下

燃燒系統(tǒng)

（2）廢氣排放

閉式循環(huán)汽輪機(jī)

AIP系統(tǒng)

（1）功率大

（2）燃燒產(chǎn)物的排

放非常隱蔽

（1）系統(tǒng)龐大，輔

助機(jī)械設(shè)備多

（2）熱效率低、經(jīng)

濟(jì)性較差

液氧的存儲(chǔ)及其

儲(chǔ)存罐的安裝

燃料電池AIP系統(tǒng)

（1）能量轉(zhuǎn)換效率高

（2）對(duì)外熱輻射較少

（3）噪聲較小

（4）系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)、制造加工

較為方便

（5）過(guò)載能力強(qiáng)

（6）系統(tǒng)配置靈活，便于安裝

（7）效率隨輸出功率變化特性

較好

（1）燃料危險(xiǎn)性大，易發(fā)生險(xiǎn)

情

（2）系統(tǒng)比功率較小

（3）工作壽命短、價(jià)格較高

（1）燃料電池的選擇；

（2）燃料的裝備與儲(chǔ)存

小型核動(dòng)力AIP

系統(tǒng)

（1）續(xù)航力強(qiáng)

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安

全可靠

（3）工 作 壽 命 較

長(zhǎng)

（1）成本較高

（2）核 反 應(yīng) 堆 自

身存在核輻射的

風(fēng)險(xiǎn)

（1）重 量 仍 然 較

大

（2）須 采 取 降 噪

措施

在幾類 AIP 系統(tǒng)中，閉式循環(huán)柴油機(jī) AIP 系統(tǒng)

調(diào)整功率的靈活性、技術(shù)的成熟度和易獲取性均較

為出色，基礎(chǔ)設(shè)施和保障設(shè)施也易于實(shí)現(xiàn)?？紤]到

成本等方面的因素，一定時(shí)間內(nèi)，閉式循環(huán)柴油機(jī)

AIP 系統(tǒng)較其他 AIP 系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，是一類較

有吸引力的AIP系統(tǒng)。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)在我國(guó)已得到了充分發(fā)

展。但由于是一類外燃式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，仍然不可避

免地存在尺寸較大，附屬設(shè)備眾多的問題。除此以

外，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的密封問題也有待進(jìn)一步優(yōu)化，

功率也有待提升。

閉式循環(huán)汽輪機(jī)AIP系統(tǒng)自身輸出功率較高，

但由于同為外燃式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，也存在著體系龐

大、效率較低的問題。

與其他類型的 AIP 系統(tǒng)相比，燃料電池 AIP 系

統(tǒng)O2消耗低、容積小、重量輕。其中，甲醇重整裝置

電池的性能尤為出色，這對(duì)于潛艇現(xiàn)有的參數(shù)（如

重量和容積等）優(yōu)化都具備顯著優(yōu)勢(shì)，節(jié)省下的容

積和排水量可用于裝備作戰(zhàn)物資，以顯著提升潛艇

的作戰(zhàn)效能。燃料電池AIP系統(tǒng)由于具有較多的優(yōu)

越性，是較有發(fā)展前途的AIP系統(tǒng)，并有望發(fā)展成單

一動(dòng)力裝置。

20世紀(jì)80年代末，小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)正式誕

生。正如上文所述，該系統(tǒng)是在常規(guī)潛艇動(dòng)力系統(tǒng)

的基礎(chǔ)上增加AMPS小型核反應(yīng)堆，并且與其他常

規(guī)AIP系統(tǒng)存在顯著區(qū)別。小型核動(dòng)力AIP系統(tǒng)可

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節(jié)

能

論

壇

被視為是核潛艇與常規(guī)潛艇之間的折中技術(shù)。與

常規(guī)潛艇相比，配備了該AIP系統(tǒng)的潛艇具備續(xù)航

力較強(qiáng)、工作壽命較長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。但設(shè)備自身成本較

高，并且由于核輻射的影響以及戰(zhàn)時(shí)損毀現(xiàn)象的存

在，安全性問題依然亟待優(yōu)化，一定程度上制約了

其應(yīng)用。

總體而言，AIP 系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用將為常規(guī)潛

艇改善水下性能帶來(lái)諸多益處?？墒?，近些年來(lái)研

制的AIP系統(tǒng)的功率有待提高，部分系統(tǒng)還存在效率

不高的問題，尚無(wú)法完全取代潛艇使用多年的柴電

推進(jìn)動(dòng)力裝置，只能作為潛艇輔助動(dòng)力系統(tǒng)使用。

實(shí)踐表明，現(xiàn)有的各類AIP系統(tǒng)均可提升現(xiàn)役

常規(guī)潛艇的水下續(xù)航力，這無(wú)疑是常規(guī)潛艇動(dòng)力系

統(tǒng)的重大進(jìn)步。不過(guò)，AIP系統(tǒng)完全取代常規(guī)潛艇

的柴電動(dòng)力裝置尚需時(shí)日。

5 結(jié)論與展望

作為提升常規(guī)潛艇水下續(xù)航力的有效措施，

AIP系統(tǒng)目前已得到了廣泛應(yīng)用。閉式循環(huán)柴油機(jī)

AIP系統(tǒng)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)AIP系統(tǒng)、閉式循環(huán)汽輪機(jī)

AIP 系統(tǒng)、燃料電池 AIP 系統(tǒng)，以及小型核動(dòng)力 AIP

系統(tǒng)均有其優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)?？紤]到核動(dòng)力潛艇高昂

的成本及安全性，常規(guī)潛艇依然會(huì)保有一席之地，

針對(duì)AIP系統(tǒng)開展的研究與試驗(yàn)依然有其必要性和

緊迫性。

參考文獻(xiàn)

［1］伍賽特.船用核動(dòng)力裝置的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用前景分析［J］.上海節(jié)能,

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術(shù),2020,34(4):40-48.

［9］章明.常規(guī)潛艇的“芯動(dòng)力”——AIP原理比析［J］.現(xiàn)代兵器,2006(3):

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常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

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淺談火電廠危險(xiǎn)廢物的管理

郗 娟

上海電力股份有限公司 吳涇熱電廠

摘要：國(guó)家對(duì)生態(tài)建設(shè)高度重視，危險(xiǎn)廢物管理越來(lái)越嚴(yán)格。通過(guò)制度、現(xiàn)場(chǎng)、臺(tái)賬的記錄和全流程覆蓋、

信息公開中危險(xiǎn)廢物管理的要點(diǎn)，結(jié)合火電廠生產(chǎn)的實(shí)際情況，著重強(qiáng)調(diào)了危險(xiǎn)廢物管理在產(chǎn)生、收集和

包裝、貯存、危險(xiǎn)廢物管理計(jì)劃、應(yīng)急演練、危廢轉(zhuǎn)移聯(lián)單、全流程管理方面的注意點(diǎn)，詳細(xì)說(shuō)明了在火電

廠管理常見問題中的承包商管理和大型檢修現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)廢物管理的方法。并依照近期發(fā)布的《危險(xiǎn)廢物管

理計(jì)劃和管理臺(tái)賬制定技術(shù)導(dǎo)則》《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》二次征求意見稿和近年環(huán)保方面管理體

系的發(fā)展，討論了未來(lái)幾年危險(xiǎn)廢物管理發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：火電廠；危險(xiǎn)廢物；管理；臺(tái)賬

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.10.013

Discussion on Management of Hazardous Waste in Thermal Power Plants

XI Juan

Shanghai Electric Power Co., Ltd. Wujing Thermal Power Plant

Abstract: The state attaches great importance to ecological construction, and the management of hazardous

waste is becoming increasingly strict. Through the recording of systems, on-site, and accounting records, as

well as the full process coverage and information disclosure of hazardous waste management, combined with

the actual production situation of thermal power plants, the key points of hazardous waste management in the

aspects of generation, collection and packaging, storage, hazardous waste management plan, emergency

drills, hazardous waste transfer joint forms, and full process management are emphasized. The methods of

收稿日期：2022-10-24

作者簡(jiǎn)介：郗娟（1998-02-），女，本科，環(huán)保專職，從事環(huán)保管理工作

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節(jié)

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論

壇

0 引言

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)生態(tài)建設(shè)高度重視，陸續(xù)頒布

修訂了關(guān)于危廢的數(shù)部法律法規(guī)。處罰力度加大，

涉及到單位可以責(zé)令停業(yè)關(guān)閉，涉及到個(gè)人可以構(gòu)

成犯罪。同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了”污染擔(dān)責(zé)“的原則，要求產(chǎn)

廢單位建立健全全過(guò)程的責(zé)任制，根據(jù)“資源化、無(wú)

害化、減量化”原則，加強(qiáng)危廢環(huán)境污染防控。企業(yè)

應(yīng)改變以往的認(rèn)知，加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)廢物管理的重視。

1 危險(xiǎn)廢物的定義

危險(xiǎn)廢物，是指列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》或者

根據(jù)國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)

定的具有危險(xiǎn)特性的固體廢物［1］

。危險(xiǎn)廢物從屬固

體廢物，不屬于固體廢物的物質(zhì)也不屬于危險(xiǎn)廢

物。若不在名錄內(nèi)，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)鑒別后具有腐

蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性中一種或一種以上危險(xiǎn)

特性的固體廢物，屬于危險(xiǎn)廢物［2］

。

2 管理制度

火電廠在廢氣、廢水、碳排放等多個(gè)涉及環(huán)保

的領(lǐng)域都始終是行業(yè)內(nèi)的重點(diǎn)，應(yīng)注意管理制度須

覆蓋整個(gè)危險(xiǎn)廢物由產(chǎn)生到處置的全流程，各個(gè)部

門職責(zé)明確。大型火電廠內(nèi)部人員、分工眾多，涉

及數(shù)個(gè)部門。如何迅速落實(shí)，確保措施實(shí)現(xiàn)到位也

是要點(diǎn)之一。

這就要求除了制度的起草部門、相關(guān)的執(zhí)行部

門外，上到單位的第一責(zé)任人，下到處理每一個(gè)具

體工序的操作員都應(yīng)知曉危險(xiǎn)廢物管理工作的重

要性，明確管理不到位的后果。同時(shí)須做好環(huán)保制

度宣貫工作，利用典型案例、警示卡等定期進(jìn)行宣

傳，詳細(xì)講解事件的前因后果、查處情況、啟示意

義，以加強(qiáng)全體員工對(duì)危險(xiǎn)廢物管理相關(guān)法律法規(guī)

的認(rèn)識(shí)，并做好自查自糾工作。

3 現(xiàn)場(chǎng)管理

3.1 相關(guān)環(huán)節(jié)的管理

危廢管理從流程上可以分為產(chǎn)生、收集、貯存、

運(yùn)輸、利用、處置［1］

。火電廠通常涉及廢油、廢催化

劑、廢水合肼容器等危廢，有著產(chǎn)生量較大，種類相

對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。且自身工藝用料與產(chǎn)生危廢相關(guān)性

低，難以自行處置利用。一般電廠作為產(chǎn)廢單位，僅

上述管理流程中的前3項(xiàng)在廠內(nèi)完成，后3項(xiàng)基本上

委托有經(jīng)營(yíng)資質(zhì)的單位進(jìn)行，電廠須全過(guò)程監(jiān)督。

1）產(chǎn)生方面，國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)從源頭減量。對(duì)于

火電廠來(lái)說(shuō)從工藝上改進(jìn)確為重點(diǎn)，但同時(shí)提高工

人素質(zhì)，關(guān)注人員行為動(dòng)態(tài)，合理利用資源，堅(jiān)決杜

絕操作失誤，控制非停，減少非正常運(yùn)行小時(shí)也極

為關(guān)鍵。從而確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，避免設(shè)備損壞，

減少各類廢物產(chǎn)生。

2）收集方面，購(gòu)買并使用適當(dāng)材質(zhì)的容器，將

不相容的危廢分開包裝，分類收集危廢，產(chǎn)生有害

氣體或揮發(fā)性有機(jī)物的危廢密封，收集液體半固體

廢物的容器頂部與液面留出10 cm以上空隙［3］

。注

意包裝表面的標(biāo)簽是否符合標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)有名稱，有害

成分和數(shù)量等信息。將收集到的危廢移交到倉(cāng)庫(kù)

contractor management and hazardous waste management on large-scale maintenance sites in common management problems of thermal power plants are explained in detail. According to the recently released \"Technical Guidelines for the Development of Hazardous Waste Management Plans and Management Accounts\" and

the second draft of \"Standard for Pollution Control of Hazardous Waste Storage\", as well as the development of

environmental management systems in recent years, the direction of hazardous waste management development in the next few years is discussed.

Key words: Thermal Power Plant; Hazardous Waste; Management; Ledger

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時(shí)，注意匯報(bào)數(shù)量準(zhǔn)確，防漏措施到位。

3）貯存方面，大部分電廠都已設(shè)置危廢貯存區(qū)

域。重點(diǎn)之一在于日常維護(hù)：相關(guān)管理制度上墻；

統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確；確認(rèn)包裝容器是否破損及時(shí)消缺；定期

檢查倉(cāng)庫(kù)防滲防腐情況，收集池是否堵塞等；貯存

期間產(chǎn)生廢物其治理設(shè)施是否正常運(yùn)行；做好防揚(yáng)

散、防流失、防滲漏工作。另一項(xiàng)是貯存區(qū)域預(yù)備

各項(xiàng)應(yīng)急物資，并定期檢查。

4）其他方面，廠內(nèi)應(yīng)提前開展危廢鑒別工作，做

好危廢管理計(jì)劃報(bào)至環(huán)保部門。在危廢處置過(guò)程

中，應(yīng)識(shí)別環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，編制應(yīng)急預(yù)案，并定期進(jìn)行應(yīng)

急演練?？己宋U處置單位的資質(zhì)，如文件是否齊

全，轉(zhuǎn)運(yùn)車輛和人員是否持證等。轉(zhuǎn)運(yùn)前向有關(guān)部

門申請(qǐng)?zhí)顚戅D(zhuǎn)移聯(lián)單，獲批后再轉(zhuǎn)運(yùn)。注意轉(zhuǎn)移聯(lián)

單應(yīng)按照車次運(yùn)行，信息和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相一致。

追蹤危廢到最末端的處置利用情況，要求處置單位

提供處置信息，確保整個(gè)流程合法合規(guī)，完成閉環(huán)。

3.2 承包商管理

危險(xiǎn)廢物管理涉及面廣，牽扯到廠內(nèi)的每一個(gè)

產(chǎn)廢部門。尤其是大型火電廠的危廢現(xiàn)場(chǎng)管理中，

承包商管理是重中之重。廠內(nèi)部門不僅自身應(yīng)明

確危險(xiǎn)廢物管理的重要性，也必須讓承包商遵守制

度規(guī)范。指導(dǎo)承包商明確本廠制度，定期檢查、考

核承包商對(duì)制度的執(zhí)行情況。需要適當(dāng)邀請(qǐng)承包

商相關(guān)負(fù)責(zé)人參加一些環(huán)保制度宣貫，視頻會(huì)議。

確保具體到每一個(gè)涉及危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生、收集、貯存

相關(guān)操作的員工都有法律意識(shí)。保證承包商采購(gòu)

和使用的相關(guān)器材、材料等符合規(guī)定，損壞及時(shí)檢

修更換。

3.3 大型檢修

火電廠日常運(yùn)行以外一大重點(diǎn)就是檢修，涉及

大型檢修項(xiàng)目時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量如廢油、廢催化劑等危

廢。大修應(yīng)被考慮到每年的危廢管理計(jì)劃中，識(shí)別

時(shí)切勿漏項(xiàng)。且在大修期間人員眾多，多來(lái)自廠

外，管理會(huì)較為混亂。需定期巡視現(xiàn)場(chǎng)。嚴(yán)防危廢

亂丟，與一般固廢，或是生活垃圾混堆等現(xiàn)象。提

前劃分危廢暫存區(qū)并做好防護(hù)措施，設(shè)置專人定期

檢查。告知現(xiàn)場(chǎng)人員注意事項(xiàng)，確保廢物分類收集

有序堆放。

4 臺(tái)賬管理和信息公開

4.1 臺(tái)賬管理

臺(tái)賬是確保工作保質(zhì)保量進(jìn)行的交接單。完

整規(guī)范的臺(tái)賬體現(xiàn)了企業(yè)的管理水平，是確保自身

安全，減少法律風(fēng)險(xiǎn)，與執(zhí)法部門溝通的重要依據(jù)。

危廢管理臺(tái)賬通常涉及：危險(xiǎn)廢物管理責(zé)任制

度、相關(guān)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)評(píng)材料、排污許可證、管理計(jì)

劃、轉(zhuǎn)移聯(lián)單、與第三方簽署委托處置協(xié)議、第三方

的經(jīng)營(yíng)許可證等文件、危險(xiǎn)廢物轉(zhuǎn)移批復(fù)文件、應(yīng)

急預(yù)案和相關(guān)演練記錄、相關(guān)監(jiān)測(cè)報(bào)告等。原始表

單和相關(guān)憑證都應(yīng)存檔。

在臺(tái)賬記錄方面，應(yīng)覆蓋到全流程，實(shí)行分級(jí)

管理，使記錄可追溯可查詢。做到產(chǎn)生有產(chǎn)生記錄

表，貯存有入庫(kù)出庫(kù)記錄表，運(yùn)輸有委外利用處置

記錄表和轉(zhuǎn)移聯(lián)單，利用有利用處置情況表。管理

部門有統(tǒng)籌上述信息的申報(bào)表。上述電子和紙質(zhì)

臺(tái)賬都應(yīng)保留至少5年［4］

。

4.2 信息公開

須提前準(zhǔn)備相關(guān)資料，如實(shí)按時(shí)完成信息公

開。填報(bào)時(shí)確保填報(bào)危廢種類、處置利用方式、代

碼正確，區(qū)分收集單位和處置利用單位，在生活區(qū)

域產(chǎn)生危廢不應(yīng)混報(bào)入工業(yè)危廢。填報(bào)也可以利

用國(guó)家危險(xiǎn)廢物管理系統(tǒng)，生成管理臺(tái)賬，完成信

息公開。

5 未來(lái)工作的方向

5.1 近年的規(guī)章制度

今年的出臺(tái)《危險(xiǎn)廢物管理計(jì)劃和管理臺(tái)賬制

定技術(shù)導(dǎo)則》中詳細(xì)規(guī)定了危廢管理計(jì)劃以及相關(guān)

臺(tái)賬的一般原則，制定、填寫、記錄等要求。同時(shí)也

規(guī)定了申報(bào)周期。提供了樣表。要求管理計(jì)劃中

應(yīng)當(dāng)包括減少危廢產(chǎn)生量和降低有害性的措施。

根據(jù)危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生數(shù)量、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等將產(chǎn)廢單位

1502

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節(jié)

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論

壇

分為重點(diǎn)、簡(jiǎn)化、等級(jí)3類管理單位實(shí)行分類管理。

鼓勵(lì)重點(diǎn)監(jiān)管單位使用智能監(jiān)控手段，與國(guó)家危險(xiǎn)

廢物信息管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)［4］

。

在未發(fā)布的新版《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)

準(zhǔn)》其兩次征求意見稿中，有幾點(diǎn)特別值得注意：危

廢貯存設(shè)施的管理臺(tái)賬至少保留10年；除臨時(shí)（少

量）貯存點(diǎn)外貯存區(qū)域設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，確

保畫面清晰，視頻記錄保存至少半年；增加了對(duì)于

土壤和地下水污染隱患排查的要求；更詳細(xì)地規(guī)定

了危廢貯存設(shè)施的環(huán)境監(jiān)測(cè)計(jì)劃，及制訂制度、方

案、信息公開、保存記錄等要求；多了環(huán)境應(yīng)急的章

節(jié)，要求應(yīng)急預(yù)案和相關(guān)培訓(xùn)演練；貯存應(yīng)符合安

全生產(chǎn)，職業(yè)健康，消防等方面［5］

。

可以看出近幾年危廢管理工作的信息化顯著

提升。注重全流程監(jiān)管和原始臺(tái)賬的規(guī)范保存。

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)逐步與安健環(huán)體系的其他方面接軌。要

求更加嚴(yán)格精細(xì)，覆蓋流程更加全面。

5.2 管理體系提升

近年來(lái)大力推行以排污許可證為核心的管理

體系。排污許可證中規(guī)定了危廢排放的具體信息，

如類別、名稱、特性、產(chǎn)生環(huán)節(jié)及去向等，要求上報(bào)

自行貯存和利用或處置設(shè)施的基本信息。

國(guó)家危廢管理系統(tǒng)也逐步完善，從早先的轉(zhuǎn)移

申報(bào)擴(kuò)展到轉(zhuǎn)移申報(bào)、庫(kù)存管理等多項(xiàng)功能，并鼓

勵(lì)企業(yè)利用此系統(tǒng)進(jìn)行危廢臺(tái)賬的管理和申報(bào)。

可以預(yù)見未來(lái)幾年，危廢監(jiān)管體系會(huì)得到進(jìn)一

步加強(qiáng)，將產(chǎn)廢企業(yè)、收集企業(yè)、處置或利用企業(yè)均

納入系統(tǒng)之中，將這些企業(yè)之間的危廢處理流程連

接起來(lái)，形成一個(gè)公開透明的監(jiān)管系統(tǒng)。

6 結(jié)論

危廢管理是環(huán)保的重點(diǎn)，近年在國(guó)家大力支持

下體系更完備，分類更規(guī)范，覆蓋更廣范。企業(yè)的

選擇總會(huì)受到成本、市場(chǎng)等因素制約。做好危廢乃

至環(huán)保管理，需要企業(yè)集體重視，匯聚從上到下所

有人的努力才能完成。火電廠作為基礎(chǔ)行業(yè)中重

要的一分子，應(yīng)該有社會(huì)責(zé)任的擔(dān)當(dāng)，提高法律意

識(shí)，為國(guó)家的環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法［Z］.

［2］危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)通則：GB 5085.7—2019［S］.

［3］危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)：GB 18597—2001［S］.

［4］危險(xiǎn)廢物管理計(jì)劃和管理臺(tái)賬制定技術(shù)導(dǎo)則：HJ 1259—2022［S］.

［5］危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)（二次征求意見稿）［EB/OL］.https://

www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk06/202109/t20210929_954969.

html，2021-09-29.

淺談火電廠危險(xiǎn)廢物的管理

1503

基于EPC模式下的辦公

建筑超低能耗機(jī)電技術(shù)

應(yīng)用與分析

黃明強(qiáng) 陳延宇 王 龍 張世陽(yáng) 劉硯文

中建八局上?？萍冀ㄔO(shè)有限公司

摘要：本工程是上海臨港新片區(qū)首個(gè)以EPC總價(jià)模式申報(bào)超低能耗和綠

建三星建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的辦公類工程項(xiàng)目。以超低能耗相關(guān)設(shè)計(jì)要求為主

線，通過(guò)能耗模擬及工程投資概算情況得出重點(diǎn)專業(yè)專項(xiàng)類別，基于此進(jìn)

行設(shè)計(jì)方案綜合比選，找出一套既經(jīng)濟(jì)又能滿足相關(guān)節(jié)能要求的機(jī)電設(shè)

計(jì)措施方案，為今后類似工程機(jī)電系統(tǒng)超低能耗相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：EPC模式；辦公建筑；超低能耗機(jī)電設(shè)計(jì)；能耗模擬；方案比選

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.10.014

Application and Analysis of Ultra-Low

Energy Consumption Electromechanical Technology in Office Buildings

Based on EPC Model

HUANG Mingqiang, CHEN Yanyu, WANG Long,

ZHANG Shiyang, LIU Yanwen

China Construction Eighth Engineering Division Corporation

Shanghai Science and Technology Construction Co., Ltd.

收稿日期：2022-09-20

作者簡(jiǎn)介：黃明強(qiáng)（1989-09-），男，本科，工程師，注冊(cè)設(shè)備暖通工程師，主要從事暖通專業(yè)設(shè)計(jì)工作

陳延宇（1996-05-），男，本科，助理工程師，主要從事暖通專業(yè)設(shè)計(jì)工作

王龍（1988-12-），男，研究生，高級(jí)工程師，主要從事綠色低碳建筑研究工作

張世陽(yáng)（1982-10-），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事企業(yè)專業(yè)管理工作

劉硯文（1986-10-），男，研究生，高級(jí)工程師，主要從事企業(yè)管理工作

SHANGHAI ENERGY SAVING

2023年第 10 期

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

Abstract: This project is the first office project in Shanghai Lingang New Area to apply for the evaluation criteria for ultra-low energy consumption and green building Samsung buildings under the EPC total price model. With the design requirements for ultra-low energy consumption as the main line, the

key professional and special categories are derived through energy consumption simulation and engineering investment estimates. Based on this, a comprehensive comparison and selection of design

schemes are conducted to identify a set of mechanical and electrical design measures that are both

economical and meet relevant energy conservation requirements, providing reference experience for

the future design of similar projects with ultra-low energy consumption related mechanical and electrical systems.

Key words: EPC Model; Office Building; Ultra-Low Energy Consumption Electrical-Mechanical Design; Energy Consumption Simulation; Scheme Comparison

0 概述

本工程位于臨港新片區(qū)國(guó)際創(chuàng)新協(xié)同區(qū)內(nèi)，總建

筑面積39 607.44 m2

，地上建筑面積 30 872.32 m2

，

地下建筑面積 8 735.12 m2

。建筑功能主要為研

發(fā)、研發(fā)配套，地下為 1 層，主要功能為機(jī)動(dòng)車庫(kù)及

設(shè)備用房。建筑整體申報(bào)綠建三星和超低能耗建

筑標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)目前臨港片區(qū)的超低能耗政策要求，主要

有財(cái)政和容積率補(bǔ)貼兩類，容積率獎(jiǎng)勵(lì)給居住類建

筑申報(bào)帶來(lái)較大激勵(lì)。而相比之下，以公共建筑來(lái)

申報(bào)超低能耗，無(wú)論是財(cái)政補(bǔ)貼還是容積率獎(jiǎng)勵(lì)，

對(duì)比增加的工程建設(shè)投資均相去甚遠(yuǎn)。本工程為

EPC（Engineering Procurement Construction）總

價(jià)模式項(xiàng)目，EPC意為設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工一體式的工

程總承包模式，總價(jià)模式下的EPC項(xiàng)目不能超越合

同總價(jià)，進(jìn)而需要限額設(shè)計(jì)，申報(bào)超低能耗建筑對(duì)

建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)要求較高，如幕墻傳熱系

數(shù)≤1.4 W/(m2

·K)，基本只能通過(guò)采用三玻兩腔的

幕墻系統(tǒng)才可實(shí)現(xiàn)［1］

，由此會(huì)造成土建單方造價(jià)驟

增，機(jī)電造價(jià)空間被壓縮。加之綠建三星對(duì)機(jī)電系

統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)提升，比較局限的造價(jià)空間會(huì)給機(jī)電設(shè)計(jì)

帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這要求機(jī)電設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)選，將設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提交給商務(wù)進(jìn)行成本

核定，使選定的機(jī)電技術(shù)與造價(jià)匹配，以保證項(xiàng)目

的順利推進(jìn)。

1 EPC限額設(shè)計(jì)依據(jù)及思路

本工程設(shè)計(jì)過(guò)程中有關(guān)超低能耗相關(guān)的設(shè)計(jì)

要求主要參照《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試

行）》滬建材［2019］157 號(hào)（后簡(jiǎn)稱為“導(dǎo)則”），限額

設(shè)計(jì)造價(jià)要求參照本工程初步設(shè)計(jì)概算。

EPC總價(jià)模式的概算設(shè)定了造價(jià)底線，要求在

有限造價(jià)情況下，各專業(yè)專項(xiàng)工程分?jǐn)倎?lái)完成整體

工程建造。機(jī)電相關(guān)專業(yè)專項(xiàng)限額設(shè)計(jì)需要將造

價(jià)細(xì)分到具體系統(tǒng)、設(shè)備、用具、材料，通過(guò)選擇較

經(jīng)濟(jì)適用的型式來(lái)控制整體造價(jià)。設(shè)計(jì)階段，綠建

設(shè)計(jì)過(guò)程需要全面考慮超低能耗已采取的措施來(lái)

控制得分項(xiàng)，通過(guò)評(píng)估能耗與概算投資占比，找到

重點(diǎn)進(jìn)行造價(jià)限制的專業(yè)或?qū)ｍ?xiàng)設(shè)計(jì)方向，并對(duì)已

確定的專業(yè)或?qū)ｍ?xiàng)進(jìn)行系統(tǒng)方案、設(shè)備、材料型式

全面對(duì)比選擇。

1.1 綠建設(shè)計(jì)

本 工 程 按《 綠 色 建 筑 評(píng) 價(jià) 標(biāo) 準(zhǔn) 》GB/T

50378-2019 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行申報(bào)，總評(píng)分為 86 分，

基于EPC模式下的辦公建筑超低能耗機(jī)電技術(shù)應(yīng)用與分析

1505

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.10

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

其中超低能耗已采取的措施，占綠建設(shè)計(jì)相關(guān)評(píng)分

中的3.3分，采取的相同措施如下：

1.1.1 冷熱源主機(jī)能效（得分項(xiàng)）

供暖空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源機(jī)組能效均優(yōu)于現(xiàn)行國(guó)

家標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189-2015

的規(guī)定以及現(xiàn)行有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)能效限定值的要

求 而 采 取 的 措 施 為“ 風(fēng) 冷 熱 泵 機(jī) 組 能 效 達(dá) 到

現(xiàn) 行 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn)《冷 水 機(jī) 組 能 效 限 定 值 及 能 效

等級(jí)》GB 19577-2015 中的一級(jí)能效”。

1.1.2 輸配系統(tǒng)能耗（得分項(xiàng)）

降低供暖空調(diào)系統(tǒng)的末端系統(tǒng)及輸配系統(tǒng)的

能耗采取的措施為“空調(diào)冷熱水系統(tǒng)循環(huán)水泵的耗

電輸冷（熱）比應(yīng)較現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50736-2012

要求降低20%以上”。

1.1.3 建筑能耗（得分項(xiàng)）

降低建筑能耗對(duì)應(yīng)的措施為整體建筑能耗降

低50%。

1.1.4 空調(diào)系統(tǒng)能耗（加分項(xiàng)）

進(jìn)一步降低建筑供暖空調(diào)系統(tǒng)的能耗對(duì)應(yīng)

的措施為“全年累計(jì)耗冷熱量降低幅度≥30%”，

加上高效低阻的空調(diào)水系統(tǒng)經(jīng)能耗模擬計(jì)算可滿

足能耗降低40%的要求。

1.2 能耗模擬

通過(guò)PKPM專業(yè)軟件進(jìn)行建模分析，分別從供

暖空調(diào)、照明、電梯、生活熱水、通風(fēng)機(jī)、可再生能源

（光伏板系統(tǒng)）六個(gè)方面進(jìn)行建筑能耗模擬，經(jīng)模擬

計(jì)算，本工程暖通空調(diào)耗冷熱量減少32.60%，一次

能源消耗減少 50.21%，如圖 1，總減少碳排放量

526.78 t，節(jié)約能耗比重較大的主要為供暖空調(diào)、可

再生能源(光伏)、照明，分別占比 46.5%，30.5%，

17%，電梯、生活熱水、通風(fēng)機(jī)總和僅占6.5%。各項(xiàng)

節(jié)約能耗占比見圖2。

圖1 設(shè)計(jì)建筑與參照建筑能耗對(duì)比

圖2 各項(xiàng)節(jié)約能耗占比

1.3 造價(jià)分析

結(jié)合超低能耗造價(jià)顧問提供的增量成本估算

情況見表1。占比較大的幾項(xiàng)也同樣是能耗模擬內(nèi)

節(jié)約能耗占比較大的三項(xiàng)——供暖空調(diào)、可再生能

源、照明中所包含的系統(tǒng)、設(shè)備、用具。同時(shí)2～4部

分對(duì)影響超低能耗節(jié)約能耗較大的為風(fēng)冷熱泵、新

風(fēng)熱回收機(jī)組、光伏系統(tǒng)、照明燈具型式進(jìn)行綜合

比選，對(duì)占比大項(xiàng)在滿足超低能耗規(guī)定的相關(guān)措施

的前提下，盡量控制。

2 暖通設(shè)計(jì)

暖通專業(yè)相關(guān)限額設(shè)計(jì)及節(jié)能措施主要從負(fù)

荷計(jì)算、冷熱源及空調(diào)末端方案比選、設(shè)備選型三

個(gè)方面落實(shí)。

2.1 負(fù)荷計(jì)算

施工圖階段按照超低能耗相關(guān)參數(shù)指標(biāo)要求

1506

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ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

進(jìn)行詳細(xì)負(fù)荷計(jì)算［2］

，影響負(fù)荷較大的室內(nèi)參數(shù)及

圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)按照超低能耗技術(shù)要求設(shè)計(jì)。

空調(diào)節(jié)能對(duì)比參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》

（GB 50189-2015）相關(guān)參數(shù)［3］

。

室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)可參見表 2，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)

滿足導(dǎo)則相關(guān)要求，外墻傳熱系數(shù)≤0.4 W/(m2

·K)，

屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)≤0.3 W/(m2

·K)，室內(nèi)隔墻傳熱系數(shù)

≤1.0 W/(m2

·K)，樓板傳熱系數(shù)≤2.0 W/(m2

·K)，幕

墻傳熱系數(shù)≤1.4 W/(m2

·K)。最終空調(diào)總冷負(fù)荷為

2 931 kW，建筑面積空調(diào)冷指標(biāo)為119 W/m2

，空調(diào)

表1 超低能耗機(jī)電設(shè)計(jì)相關(guān)造價(jià)估算

技術(shù)措施

高效能冷熱源

全熱回收新風(fēng)系統(tǒng)

節(jié)能風(fēng)機(jī)、水泵

總計(jì)

太陽(yáng)能光伏

高效LED照明燈具

實(shí)施量

1

2

39 600

/

1 600

39 600

單位

套

套

m2

/

m2

m2

普通節(jié)能建筑單價(jià)（元）

2 000 000

150 000

50

/

/

50

超低能耗+綠建三星建筑單價(jià)（元）

260 000

250 000

90

/

2 500

250

總增量（萬(wàn)元）

60

20

158.4

238.4

400

792

專業(yè)

暖通

暖通

暖通

暖通

電氣

電氣

表2 室內(nèi)參數(shù)超低能耗差異對(duì)比表

房間名稱

辦公

大堂

多功能廳

會(huì)議

配套商業(yè)

與導(dǎo)則要求

對(duì)比情況

夏季干球溫度 (℃)

設(shè)計(jì)干球

溫度

26

27

26

26

26

上海市地標(biāo)綠建控制項(xiàng)要求，大堂為短期停留空間，溫度可適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)

（夏季提高1～2 ℃；冬季降低1～2 ℃）

超低能耗

要求

26

26

26

26

26

相對(duì)

濕度 (%)

≤60

≤60

≤60

≤60

≤60

冬季干球溫度 (℃)

設(shè)計(jì)干球

溫度(℃)

20

18

20

20

20

超低能耗

要求

20

20

20

20

20

相對(duì)

濕度 (%)

≥30%

--

--

--

--

一致

人均使用面積(m2

/人)

設(shè)計(jì)

8

20

3

3.0

2.5

設(shè)計(jì)按照

建筑圖座位圖

超低能耗

要求

4～10

20

無(wú)

3.33

2.5

新風(fēng)量

(m3

/h/人)

30

10

16

25

20

一致

噪聲dB

(A)

≤45

≤50

≤50

≤45

≤50

熱負(fù)荷為1 235 kW，建筑面積空調(diào)熱指標(biāo)為51 W/m2

，

空調(diào)冷熱負(fù)荷降低比例分別為30.4%和32.0%。全

年空調(diào)耗冷熱量降低占比33.0%，滿足導(dǎo)則所需的

30%降低比例要求［4］

。

2.2 方案比選

空調(diào)系統(tǒng)占暖通系統(tǒng)比例較大，在滿足能效要

求的同時(shí)保證功能，主要以經(jīng)濟(jì)適用為導(dǎo)向進(jìn)行方

案選擇?？照{(diào)系統(tǒng)占比較大的內(nèi)容主要為冷熱源

系統(tǒng)及空調(diào)末端。本工程采用區(qū)域能源，同時(shí)設(shè)置

備用冷源，結(jié)合工程體量及地下車庫(kù)面積條件限

制，按風(fēng)冷熱泵與多聯(lián)機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析，見表3。

辦公標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)合目前普遍采用的風(fēng)機(jī)盤管加

集中新風(fēng)系統(tǒng)與全空氣變風(fēng)量系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析

（見表4）。通過(guò)經(jīng)濟(jì)性分析為主線，綜合比選，備用

冷熱源采用風(fēng)冷熱泵，末端采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系

統(tǒng)。暖通空調(diào)系統(tǒng)概算指標(biāo)為 319.7 元/m2

。結(jié)合

專業(yè)造價(jià)要求，初投資選型時(shí)采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用型暖通

空調(diào)系統(tǒng)。

2.3 設(shè)備選型

對(duì)螺桿式和渦旋模塊式風(fēng)冷熱泵進(jìn)行對(duì)比，并

選擇經(jīng)濟(jì)型、可維護(hù)性較好的模塊式風(fēng)冷熱泵，

COP（國(guó)標(biāo)）＞3.4 W/W達(dá)到一級(jí)能效。熱回收空調(diào)

箱采用熱管式。對(duì)熱回收風(fēng)機(jī)組進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合經(jīng)

濟(jì)性及空間占用采用相對(duì)占優(yōu)的三維熱管式新風(fēng)

熱回收機(jī)組，顯熱熱回收效率中冷量回收＞70%，

熱量回收＞75%［5］

?？照{(diào)水系統(tǒng)采用高效水泵，其

中空調(diào)冷水泵效率≥0.84，水泵輸送能效（EC(H)

R-a）為0.014 62＜0.014 72（在GB 50189基礎(chǔ)上

基于EPC模式下的辦公建筑超低能耗機(jī)電技術(shù)應(yīng)用與分析

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SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.10

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

降低20%）［6］

，空調(diào)熱水泵效率≥0.82，水泵輸送能

效（EC(H)R-a）為 0.008 320＜0.008 510（在 GB

50189基礎(chǔ)上降低20%）。

2.4 系統(tǒng)控制

新風(fēng)根據(jù)室內(nèi)外焓差進(jìn)行冬季或過(guò)渡季免費(fèi)

冷卻，且可通過(guò)CO2或室內(nèi)空氣有害物濃度控制室

內(nèi)新風(fēng)量。空調(diào)水系統(tǒng)采用能量閥，開度與室內(nèi)空

調(diào)需求匹配。水泵通過(guò)末端壓差調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，優(yōu)化泵

性能與管網(wǎng)阻力匹配度。

3 光伏設(shè)計(jì)

選擇目前市場(chǎng)上性價(jià)比較高的兩款太陽(yáng)能光

伏板，進(jìn)行對(duì)比分析，經(jīng)綜合比選確定采用單晶硅

型。通過(guò)能耗模擬計(jì)算得出可再生能源產(chǎn)能需求

為14.0萬(wàn)kWh，總裝機(jī)量120.0 kW，光伏板均設(shè)置

在塔樓屋面。最終模擬結(jié)果年碳排放量比參照建

筑減少約129.9 t。

表4 空調(diào)末端系統(tǒng)對(duì)比分析

比選示意

投資耗能

機(jī)房屋面

凈高控制

安裝難易

供能

日常維護(hù)

選擇方案

方案一：風(fēng)冷熱泵

設(shè)備+風(fēng)管投資約：100元/m2

，年電費(fèi)約10元/m2

核心筒空調(diào)機(jī)房面積小,可集中至屋面。機(jī)房占用面積大

凈高控制較優(yōu)，4.5 m層高，可保證3.3 m 的吊頂控制線

主要為新風(fēng)機(jī)組，風(fēng)機(jī)盤管安裝及系統(tǒng)配件，設(shè)備較多，安裝工作量大

節(jié)能效率一般，品質(zhì)一般

風(fēng)機(jī)盤管數(shù)量多配件多，日常維護(hù)工作量大

方案二：變頻多聯(lián)機(jī)

設(shè)備+風(fēng)管投資約：260元/m2

，年電費(fèi)約20元/m2

核心筒需設(shè)空調(diào)機(jī)房，屋面仍需要設(shè)新風(fēng)空調(diào)箱。機(jī)房占用面積小

凈高控制一般，4.5 m層高，吊頂控制線僅為3.1 m

主要為空調(diào)箱，設(shè)備配件相對(duì)少，安裝工作量相對(duì)較小

節(jié)能理論效率高，品質(zhì)好。節(jié)能情況主要同運(yùn)維有關(guān)

控制系統(tǒng)較復(fù)雜，運(yùn)維難度大

表3 備用冷熱源系統(tǒng)對(duì)比分析

比選示意

投資耗能

機(jī)房屋面

安裝難易

供能

日常維護(hù)

方案一：風(fēng)冷熱泵

一次投資較高，總投資350元/m2 ，年綜合運(yùn)行費(fèi)用約35元/m2 ，

能效最低

建筑面積0.3%的空間作為空調(diào)水泵房，1%建筑面積的屋面設(shè)備。

主要設(shè)備含風(fēng)冷熱泵機(jī)組、水泵，安裝較便利

極端天氣，供冷供熱效率低

運(yùn)維難度較大，冷熱源雖然一體，但仍有大量水系統(tǒng)設(shè)備和閥件

方案二：變頻多聯(lián)機(jī)

一次投資最高，總投資400元/m2 ，年綜合運(yùn)行費(fèi)用約28元/m2 ，

能效最高

無(wú)需設(shè)置冷熱源機(jī)房或水泵房，1.5%建筑面積的屋面設(shè)備

主要設(shè)備為多聯(lián)機(jī)室外機(jī)，可租戶進(jìn)入后安裝，安裝最便利

理論功能效率較高，但極端條件有影響，空調(diào)末端為冷媒盤管，供

能品質(zhì)一般

運(yùn)維相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)備集中

1508

SHANGHAI ENERGY SAVING

2023年第 10 期

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能

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ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

4 電氣設(shè)計(jì)

電氣專業(yè)超低能耗主要關(guān)注照明燈具的耗電

量，即對(duì)主要房間和設(shè)備機(jī)房照明功率密度和照度

有相關(guān)要求（見表5）。在達(dá)到相應(yīng)照度的前提下，

功率密度對(duì)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB

50034)規(guī)定目標(biāo)值降低 70%。燈具選擇時(shí)選型選

擇同等亮度，耗功低的t8型LED燈具。

5 電梯設(shè)計(jì)

本工程客梯均采用能量回饋、變壓變頻調(diào)速等

節(jié)能技術(shù)以及電梯群控策略，主要從電梯運(yùn)行控制

系統(tǒng)對(duì)電梯進(jìn)行能耗節(jié)約。

6 智能化設(shè)計(jì)

本工程設(shè)置能耗計(jì)量和能源管理系統(tǒng)，設(shè)有室

表5 主要房間、設(shè)備機(jī)房照明功率密度和對(duì)應(yīng)照度值要求

場(chǎng)所

照明功率密度(W/m2

)

GB 50034-2013目標(biāo)值

對(duì)應(yīng)照度值（lx）

在對(duì)應(yīng)的照度要求下，照明功率滿足導(dǎo)則要求的不大于《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-2013)所規(guī)定的照明負(fù)荷密度指標(biāo)的70%，節(jié)能效果在

2%~30%，每年總節(jié)能 80 000 kWh，比參照建筑減少碳排放量 74.2 t

走廊

≤1.4

2.0

50

服務(wù)大廳

≤7.0

10.0

300

普通辦公室

≤5.6

8.0

300

高檔辦公室

≤9.4

13.5

500

會(huì)議室

≤5.6

8.0

300

地下車庫(kù)

≤1.4

2.0

50

風(fēng)機(jī)房，

空調(diào)機(jī)房，泵房

≤2.4

3.5

100

移動(dòng)機(jī)房、

電信機(jī)房

≤9.4

13.5

500

消防控制室

≤9.4

13.5

500

內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)公共區(qū)域及主要功能房間的

室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，同時(shí)上傳至物業(yè)管理平臺(tái)。設(shè)置運(yùn)

維展示平臺(tái)及智能建筑管控平臺(tái)，對(duì)全樓的設(shè)備進(jìn)

行監(jiān)測(cè)和控制，并可納入信息中心的局域網(wǎng)系統(tǒng)，

實(shí)現(xiàn)信息資源的共享。使建筑能耗可知、可見、可

控，從而達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行、降低能耗目的。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)能耗模擬計(jì)算結(jié)果，達(dá)到了導(dǎo)則主

要的指標(biāo)，空調(diào)和冷熱量降低30%及建筑能耗一次

能源消耗降低50%的要求，同時(shí)減碳量約526.78 t。

節(jié)能的同時(shí)降低了碳排放。因篇幅及工程進(jìn)度原

因，僅對(duì)主要影響造價(jià)和節(jié)約能耗的系統(tǒng)、設(shè)備、用

具比選，在滿足功能的前提下，盡量節(jié)約機(jī)電整體

造價(jià)。

相對(duì)于上海地區(qū)的其他超低能耗辦公建筑的

主要區(qū)別為工程模式。EPC 總價(jià)模式下的機(jī)電設(shè)

計(jì)則更加注重對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備、材料等的經(jīng)濟(jì)性分

析。而EPC模式下的超低能耗機(jī)電設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在

于如何將超低能耗的額外投資增量分?jǐn)偟矫總€(gè)專

業(yè)專項(xiàng)里，如何做到價(jià)值與效能高度匹配。這需要

綜合類似工程案例做一版相對(duì)均衡的概算，并對(duì)每

個(gè)專業(yè)專項(xiàng)進(jìn)行指標(biāo)限定，單專業(yè)專項(xiàng)突破的應(yīng)充

分進(jìn)行系統(tǒng)、設(shè)備、材料比選，同時(shí)與商務(wù)深度聯(lián)

動(dòng)，保證設(shè)計(jì)造價(jià)與設(shè)計(jì)方案匹配。因超低能耗評(píng)

審設(shè)計(jì)延伸到工程運(yùn)行階段，總體造價(jià)可通過(guò)優(yōu)化

普通系統(tǒng)和管材（與超低能耗不相關(guān)的）造價(jià)空間

來(lái)預(yù)留各階段專家評(píng)審可能新增的措施費(fèi)用，以保

證超低能耗能夠最終落地。

參考文獻(xiàn)

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海自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū) PDC1-0401單元H01-01地塊項(xiàng)目［J］. 綠色建

筑, 2022(2):8-11.

基于EPC模式下的辦公建筑超低能耗機(jī)電技術(shù)應(yīng)用與分析

1509

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.10

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

基于能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)的智能樓宇系統(tǒng)

分析

周勝泉

國(guó)檢測(cè)試控股集團(tuán)上海有限公司

摘要：近些年，隨著資源與壞境問題的日益尖銳，我國(guó)政府高度重視在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，大力改變傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)

發(fā)展模式，做到科學(xué)可持續(xù)發(fā)展。大型公共建筑由于具有能耗密度高、管理較集中的特點(diǎn)，因此做好公共建

筑的節(jié)能工作，是我國(guó)建筑節(jié)能的重中之重。用戶側(cè)樓宇群作為未來(lái)城市能耗的主要源頭，能源管理的經(jīng)

濟(jì)性、節(jié)能性更需要不斷提高。能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是智能樓宇系統(tǒng)重要組成部分之一，具有本身在所有的監(jiān)測(cè)

管理系統(tǒng)中采用的都是先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)或者是大數(shù)據(jù)的技術(shù)，能夠有效做好集中的運(yùn)維管理，而且也能夠?qū)?/p>

現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的智能化標(biāo)準(zhǔn)化的管理。因此基于能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)下的智能樓宇系統(tǒng)能有效實(shí)施所有的數(shù)據(jù)監(jiān)

測(cè)，并且更好地解決技術(shù)故障，做到快速定位，智能化告警，方便在運(yùn)維方面做多方面的流程輔助，同時(shí)能進(jìn)

一步提高效率，在短時(shí)間內(nèi)迅速排除各種安全隱患。

關(guān)鍵詞：節(jié)能；能源檢測(cè)；智能樓宇；物聯(lián)網(wǎng)

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.10.015

Analysis of Intelligent Building System Based on Energy

Consumption Monitoring Technology

ZHOU Shengquan

Guode Testing Holding Group Shanghai Co., Ltd.

Abstract: In recent years, with the increasingly acute problems of resources and environment, the Chinese government attaches great importance to vigorously changing the traditional economic development model while developing the economy, and achieving scientific and sustainable development. Due

收稿日期：2022-09-23

作者簡(jiǎn)介：周勝泉（1999-05-），男，本科，從事電氣工程及其自動(dòng)化方面的工作

1510

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ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

0 引言

建筑樓宇管理自動(dòng)化已成為一個(gè)全新的發(fā)展

趨勢(shì),相對(duì)于傳統(tǒng)管理模式，該模式是一種充分依托

網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的智能化管控方式［1］

。智慧大樓

管理系統(tǒng)能對(duì)整座大廈能量的消耗狀況一目了然，

使用戶運(yùn)行更簡(jiǎn)單,管理更方便。

我國(guó)的樓宇智能化始于20世紀(jì)90年代，雖然

起步時(shí)間較晚,但發(fā)展速度很快。在我國(guó)樓宇智能

化的開發(fā)前后主要經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期,分別為初期開

發(fā)階段、完善控制時(shí)期和發(fā)展成熟時(shí)期。我國(guó)建筑

智能化由一開始的設(shè)計(jì)定型和市場(chǎng)需求認(rèn)可,到如

今的技術(shù)應(yīng)用發(fā)展，整體而言,我國(guó)樓宇智能化的進(jìn)

步速度和發(fā)展?jié)撃苓€是非?？捎^的。

建筑樓宇智能化現(xiàn)在已經(jīng)是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力

的體現(xiàn)之一。以美國(guó)、日本智能建筑數(shù)量最多［2］

。

1984年日本政府初次引入智能建筑，此后十余年間，

野村證券大廈、NEC大廈等先后落成。日本是世界

上最具代表性的國(guó)家，他們對(duì)樓宇智能化進(jìn)行了全

面的研究，并提供了相關(guān)的理論和實(shí)踐。新加坡政

府投入大量資金進(jìn)行了專門的研究，以促進(jìn)智慧建

筑，并打算把新加坡建設(shè)成一個(gè)“智慧的都市花園”。

為了讓人們?cè)诎踩?、舒適、高效的工作、居住環(huán)

境中，智能化建筑需結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)，進(jìn)行規(guī)范化、

標(biāo)準(zhǔn)化、集約化的開發(fā)和設(shè)計(jì)，并在其不影響環(huán)境

的基礎(chǔ)上，逐步走向“綠色建筑”。但與此同時(shí)，目

前我國(guó)的能源管理工作雖然較前幾年有了很大進(jìn)

步，但由于數(shù)據(jù)的傳遞過(guò)程中出現(xiàn)了很多問題，使

得能源消耗的統(tǒng)計(jì)工作變得更加困難。在一些發(fā)

達(dá)的西方國(guó)家，特別是在大型公共建筑中，能源消

耗的監(jiān)控器具也越來(lái)越先進(jìn)，因此整體的系統(tǒng)運(yùn)行

也愈加穩(wěn)定。在我國(guó)智能樓宇體系發(fā)展相對(duì)于發(fā)

達(dá)國(guó)家起步還是較晚，所以相關(guān)系統(tǒng)還未健全，很

容易造成費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，進(jìn)而最后的結(jié)果還不是很理

想。為此，更需要結(jié)合當(dāng)下我國(guó)的國(guó)情，有針對(duì)性

地進(jìn)行能耗監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)，可對(duì)相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)

行修改完善，做到“科學(xué)發(fā)展”“可持續(xù)化發(fā)展”。

1 智能樓宇系統(tǒng)的組成

智能化建筑技術(shù)是信息、計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)

的集合。從布線到設(shè)備，從組件到系統(tǒng)，從語(yǔ)言到

多媒體，廣泛分布于人們?nèi)粘Ｉ畹狞c(diǎn)滴之中。它

能在計(jì)算機(jī)的調(diào)控和管理下，利用各種功能系統(tǒng)，

實(shí)現(xiàn)了調(diào)整室內(nèi)環(huán)境，監(jiān)測(cè)供水系統(tǒng)、安全監(jiān)控系

統(tǒng)的運(yùn)行，監(jiān)控電梯運(yùn)行，傳遞語(yǔ)音數(shù)據(jù)的圖像。

該系統(tǒng)主要由八個(gè)部分組成（如圖1所示）。

to the high energy consumption density and centralized management characteristics of large public

buildings, it is the top priority of building energy saving in China to do a good job in energy conservation

of public buildings. As the main source of urban energy consumption in the future, the economic and

energy saving efficiency of energy management needs to be continuously improved. Energy monitoring

system is one of the important components of intelligent building system, which adopts advanced Internet of Things or big data technology in all monitoring and management systems, which can effectively

carry out centralized operation and maintenance management, and also achieve intelligent and standardized management of all data. Therefore, intelligent building system based on energy consumption

monitoring technology can effectively implement all data monitoring, and better solve technical failures,

achieve rapid positioning, intelligent alarm,convenient in the operation and maintenance of various process assistance, at the same time can further improve efficiency, quickly eliminate all kinds of security

risks in a short time.

Key words: Energy Saving; Energy Detection; Intelligent Building; Internet of Things

基于能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)的智能樓宇系統(tǒng)分析

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節(jié)能技術(shù)

圖1 智能樓宇系統(tǒng)的組成

2 能源監(jiān)測(cè)技術(shù)在智能樓宇系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能樓宇能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)安裝在樓宇內(nèi)的

智能電表、智能遠(yuǎn)傳水表、溫度傳感器等設(shè)備，利

用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)

而設(shè)計(jì)與開發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水耗、電耗、

溫度等數(shù)據(jù)的采集和分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)處理［3］

。系統(tǒng)圖如

圖2所示。

圖2 能耗監(jiān)控系統(tǒng)總圖

3 數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程交互技術(shù)

“能耗”是一種廣義的概念，難以用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

來(lái)衡量，也不利于“能耗”的管理。能源消耗監(jiān)控系

統(tǒng)的目標(biāo)是把使用者的個(gè)人信息與能源消耗裝置、

環(huán)境等信息進(jìn)行互動(dòng)，這就要求該系統(tǒng)既要與WSN

通信，又與使用者網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系，以便搜集使用者

的資訊與需求。達(dá)到使用者、能源消耗、環(huán)境三個(gè)

方面的有機(jī)結(jié)合。另外，為了達(dá)到對(duì)建筑節(jié)能的監(jiān)

測(cè)與管理，系統(tǒng)還必須具有自適應(yīng)能力和較高的智

能分析與綜合判別能力?？砂颜麄€(gè)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分

為三部分：設(shè)備感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用管理層［4］

。

具體的構(gòu)架圖見圖3。

圖3 能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體構(gòu)架圖

能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)主要是對(duì)水、電、氣等數(shù)

據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)，本文的重點(diǎn)是對(duì)電表和水表的

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)。

3.1 智能遠(yuǎn)傳水表

科學(xué)的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展使得水表也從傳統(tǒng)的

機(jī)械式到如今的智能化，其關(guān)鍵在于電信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字

信號(hào)，以及數(shù)據(jù)的傳輸這兩方面的變革。隨著通信

技術(shù)的不斷發(fā)展，智能水表從有線到無(wú)線，從通用

分組無(wú)線技術(shù)到專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

NB-IoT 及窄帶物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［5］

，具有成本

低、功耗低、容量大、覆蓋廣、能在地下大樓中進(jìn)行數(shù)

據(jù)通信等優(yōu)點(diǎn)，每一座基站最多可以增加100 000

臺(tái)以上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，保證了大量的物理連接。該系

統(tǒng)采用 PSM和 eDRX兩種節(jié)能方式，減少了設(shè)備的

能耗，特別適合于以鋰電池為動(dòng)力但不太頻繁的場(chǎng)

景，如水表、電表、氣表等。數(shù)據(jù)上報(bào)一般是幾個(gè)小

時(shí)或者幾天一次。目前雖然電子技術(shù)的發(fā)展愈來(lái)

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節(jié)

能

技

術(shù)

愈快，機(jī)電轉(zhuǎn)化的手段也日益多樣，常見的技術(shù)有

磁檢測(cè)、光電檢測(cè)等，但是也產(chǎn)生了很多新的問題，

例如測(cè)量數(shù)據(jù)很容易受外界電磁的影響導(dǎo)致最后

結(jié)果誤差很大，另一方面，磁檢測(cè)會(huì)因?yàn)樗胁糠?/p>

的雜質(zhì)，導(dǎo)致最后計(jì)算結(jié)果有偏差，此外還包括人

為誤差、機(jī)械結(jié)構(gòu)等?；谏鲜鰡栴}，部分廠家設(shè)

計(jì)采用 NB-IoT技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芩恚?/p>

該水表也是現(xiàn)在市場(chǎng)上主流的智能水表之一，因其

計(jì)算精度高、傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)等優(yōu)點(diǎn)，解決了困擾人們

許久的水表數(shù)據(jù)的采集和它的傳輸問題［6］

。其總體

結(jié)構(gòu)見圖4。

3.2 智能電表

隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)智能電表也

在飛速進(jìn)步中，目前國(guó)內(nèi)許多廠家生產(chǎn)的智能電表

都能穩(wěn)定地測(cè)出如電壓、諧波、電流等參數(shù)。相對(duì)

圖4 智能水表總體結(jié)構(gòu)圖

于傳統(tǒng)的電表，如今的智能電表在保證耗能更低的

前提下做到精度更高，穩(wěn)定性更好。

智能電表采用專用計(jì)量芯片，通過(guò)應(yīng)用數(shù)字處

理技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及 SMT 工藝，使電

表可做到實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)測(cè)量及監(jiān)控、記錄事件、報(bào)警

等功能。智能電表安裝在樓宇建筑中，其計(jì)量參比

頻率為 50 Hz、電壓規(guī)格為 300、220 V，電流規(guī)格

為 1.5（6）A 等，電表的接線制式為三相三線抗沖擊

負(fù)荷式、三相三線電子式、三相四線式等。 智能電

表的通信方式主要是 RS485［7］

、紅外、電力線載波。

3.3 其他技術(shù)

智能建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)⒅悄茈姳?、智?/p>

遠(yuǎn)傳水表等采集終端的能量消耗信息傳輸給數(shù)據(jù)

終端，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。該采集終端可以根據(jù)

不同的使用情況對(duì)同類能源進(jìn)行分類和測(cè)量。這

樣就可以對(duì)能源消耗進(jìn)行分項(xiàng)、分類測(cè)量。對(duì)于智

能樓宇系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和通信方案，可以采用有線

通信和無(wú)線通信兩種：CAN、RS485 等；無(wú)線技術(shù)

有 GPRS、ZigBee、GSM、藍(lán)牙等；根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)

景最終選擇有線和無(wú)線相結(jié)合的通信方式。各種

能源采集終端的連接技術(shù)在大型公共建筑的能源

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的技術(shù)就是將各種能源采集終

端連接起來(lái)，以便將各種能源數(shù)據(jù)收集到一起。不

同的能源消耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不同的能源采集系統(tǒng)有不

同的接入技術(shù)，因?yàn)楦鲄^(qū)域政策的不同導(dǎo)致市面上

存在著很多協(xié)議，很難通過(guò)一個(gè)集中裝置實(shí)現(xiàn)多種

能量采集的連接。由于各種能源監(jiān)控體系的私有

協(xié)定, 所以在使用大規(guī)模公共建筑能源監(jiān)控體系前,

需要對(duì)各個(gè)產(chǎn)品的體系進(jìn)行分析，查看是否符合具

體使用情況，確保能成功連接到各個(gè)終端。在進(jìn)行

大規(guī)模公用建筑節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需結(jié)

合該系統(tǒng)總體的架構(gòu)以及模塊層次的特點(diǎn)，可采用

計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言如 java、C++等，將數(shù)據(jù)庫(kù)和云計(jì)

基于能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)的智能樓宇系統(tǒng)分析

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SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.10

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

算技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)而確保傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整

性。同時(shí)，為保證能耗數(shù)據(jù)在采集后能高效傳輸，

可以采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)論

1）本文進(jìn)行了大量的實(shí)際調(diào)查工作和文獻(xiàn)梳

理，剖析對(duì)比了國(guó)內(nèi)外樓宇智能化的發(fā)展現(xiàn)狀，總

結(jié)了智能樓宇監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)有方法和最新成果，并

對(duì)智能樓宇能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改良模式進(jìn)行了深化

研究。

2）對(duì)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體實(shí)施和相關(guān)計(jì)量表

具，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹說(shuō)明，可以

看出，該系統(tǒng)是一個(gè)由物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、大數(shù)據(jù)等諸

多技術(shù)組成的科技成果。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，不

僅和我們的生活有著密切聯(lián)系，更能直接展示一個(gè)

國(guó)家的綜合國(guó)力。未來(lái)樓宇的發(fā)展方向還是智能

化、人性化。樓宇的智能化程度的研究將是一個(gè)新

的值得挖掘的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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for Green House Based on ＲS485 Bus，\"2011 Second International

Conference on Digital Manufacturing ＆ Automation，Zhangjiajie，Hunan，2011: 361-364

總投資3億元 明天氫能將在黃山打造船用燃料電池生產(chǎn)線

10月11日，黃山高新區(qū)與安徽明天氫能科技股份有限公司舉行大功率氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目

簽約儀式。

安徽明天氫能科技股份有限公司是科技部“膜電極量產(chǎn)工業(yè)化”承擔(dān)單位，安徽省“三重一創(chuàng)”“卡脖子

工程”承擔(dān)單位，獲得“高新技術(shù)企業(yè)”稱號(hào)和安徽省“高層次科技人才團(tuán)隊(duì)”榮譽(yù)，擁有氫能燃料電池電堆與

系統(tǒng)自主核心技術(shù)與完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及國(guó)內(nèi)燃料電池領(lǐng)域唯一的衣寶廉院士工作站。

此次合作項(xiàng)目總投資3億元，建設(shè)船用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)智能裝配測(cè)試生產(chǎn)線、氫能及燃料電池智慧展

示中心，并以黃山高新區(qū)為起點(diǎn)，推動(dòng)氫能源燃料電池在黃山市乃至安徽省內(nèi)的示范應(yīng)用。同時(shí)，黃山高新

區(qū)也將成為明天氫能在安徽省內(nèi)唯一、輻射全國(guó)的船用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)生產(chǎn)基地。

此次簽約項(xiàng)目的落戶是黃山高新區(qū)貫徹落實(shí)市委市政府“一改兩為”總體部署要求，打造綠色智能強(qiáng)市

的重大成果，也是高新區(qū)搶占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇，培育經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)能，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重

要一步。

（來(lái)源：氫云鏈）

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2023年第 10 期

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上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

雙面雙玻太陽(yáng)能光伏組件能效提升

綜述

孟慶茂 薛 培 王重陽(yáng) 秦 斌

中廣核新能源上海分公司

摘要：能源是我們賴以生存的基礎(chǔ)，是確保社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的重要前提。發(fā)展非化石能源是緩解能源危機(jī)、改善

全球氣候條件的有效途徑，其中太陽(yáng)能憑借其無(wú)污染、資源量大等優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用。但光伏發(fā)電存在

能量密度低、覆蓋面積大、發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性等缺點(diǎn)。太陽(yáng)能光伏組件的能效提升始終是當(dāng)今研究的

重點(diǎn)。分析了安裝方式、太陽(yáng)能光伏光熱系統(tǒng)（PVT）、余熱回收系統(tǒng)和聚光裝置等對(duì)光伏發(fā)電的影響。

關(guān)鍵詞：能源；太陽(yáng)能；能效提升；雙面雙玻；光伏光熱

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.10.016

Overview of Energy Efficiency Improvement of Double-Sided Double-Glass Solar Photovoltaic Modules

MENG Qingmao, XUE Pei, WANG Chongyang, QIN Bin

CGN New Energy Shanghai Branch

Abstract: Energy is the foundation of our survival and an important prerequisite for ensuring social stability and development. Developing non-fossil energy is an effective way to alleviate energy crisis and

improve global climate conditions, among which solar energy has been widely applied due to its advantages of non-pollution and large resource quantity. However, photovoltaic power generation has the

disadvantages of low energy density, large coverage area, intermittent and random power generation.

收稿日期：2023-04-25

第一作者：孟慶茂（1986-02-），男，本科，總經(jīng)理助理，從事運(yùn)維事業(yè)部上海區(qū)域總監(jiān)、安全總監(jiān)工作

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上海節(jié)能 No.10

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

0 引言

太陽(yáng)能作為清潔的可再生能源得到了社會(huì)各

界的關(guān)注，經(jīng)過(guò)近十幾年的發(fā)展，太陽(yáng)能的應(yīng)用主

要集中在光伏和光熱利用領(lǐng)域。隨著光伏發(fā)電產(chǎn)

業(yè)的不斷發(fā)展，光伏電站已由陸上逐漸擴(kuò)展到水

域，水光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等生態(tài)發(fā)電新模式逐漸成

為研究重點(diǎn)。水上光伏系統(tǒng)多采用雙面雙玻組件

（BPV），與傳統(tǒng)的單面光伏（MPV）相比，雙面光伏

（BPV）的背面能夠接收來(lái)自環(huán)境的散射光和反射

光，實(shí)現(xiàn)更多的電能輸出，有著更高的發(fā)電功率和

空間利用率［1］

。裴駿等［2］

針對(duì)BPV組件在水面、農(nóng)

光互補(bǔ)等光伏電站中的發(fā)電特性進(jìn)行了分析與實(shí)

證，結(jié)果表明，在水上光伏電站和農(nóng)光互補(bǔ)電站，

BPV 組件較單面光伏組件的年均發(fā)電量增益分別

為5.39%和 11.96%。

1 安裝方式對(duì)BPV組件發(fā)電的影響分析

由于BPV組件具有雙面發(fā)電的特點(diǎn)，不同的安

裝方式會(huì)影響電站的發(fā)電量，因此李亞彬等［3］

研究

了不同安裝方式及不同反光背景條件下 BPV 組件

的發(fā)電量，結(jié)果表明，在單塊組件的理想條件下（在

安裝高度為0.4 m，安裝角度為35°且反射率大于

70%的反光背景下），BPV 組件的平均發(fā)電量增益

為 21.38%，最高可達(dá) 32.99%。吳詩(shī)芹對(duì) BPV 在

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的原則進(jìn)行了探討，研究發(fā)現(xiàn)，BPV

組件受傾角布置、地理位置、場(chǎng)地背景反射條件等

多種因素的影響，組件的安裝高度越高，發(fā)電量越

多，但隨著組件安裝傾角的增大，組件背面接收的

反射輻射隨之減小，導(dǎo)致光伏電站總發(fā)電量降低。

馬慶虎等［4］

通過(guò) PVsyst 軟件模擬了 BPV 光伏電站

在不同安裝傾角時(shí)其背面接收的太陽(yáng)輻射量占比

和光伏電站發(fā)電量的情況，如圖 1 所示，結(jié)果表明

BPV 組 件 背 面 接 收 的 太 陽(yáng) 輻 射 量 占 其 正 面 的

6.09%~6.47%，并在組件安裝角度為 33°時(shí)光伏

電站發(fā)電量最高。

圖1 不同安裝傾角下光伏電站首年發(fā)電量趨勢(shì)圖

（圖片來(lái)源：《不同安裝傾角對(duì)雙面光伏組件光伏電站發(fā)電量的影響

研究》）

郭丹等［5］

詳細(xì)分析了BPV的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，并指出

如何在保證背部可以發(fā)電的同時(shí)還能維持正面發(fā)

電效率，是目前雙面太陽(yáng)能電池面臨的挑戰(zhàn)。

2 太陽(yáng)能光伏光熱系統(tǒng)的應(yīng)用研究

除此之外，電池工作溫度升高是導(dǎo)致電效率下

降的重要因素，對(duì)于晶硅太陽(yáng)能電池，溫度每提高

1 ℃電效率將下降 0.45%［6］

，所以有必要對(duì)太陽(yáng)能

光伏組件進(jìn)行冷卻。自1978年kern和Russell［7］

提

出太陽(yáng)能光伏光熱（PVT）概念后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其

進(jìn)行了大量的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究［8］

，結(jié)果表明

PVT系統(tǒng)在降低電池溫度提高發(fā)電效率的同時(shí)還獲

The improvement of energy efficiency of solar photovoltaic modules has always been the focus of current research. The influence of installation method, solar photovoltaic thermal system (PVT), waste

heat recovery system and concentrating device on photovoltaic power generation is analyzed.

Key words: Energy; Solar Energy; Energy Efficiency Improvement; Double-Sided Double-Glass; Photovoltaic Thermal

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節(jié)

能

技

術(shù)

得了熱能，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的梯級(jí)利用。BPV同樣也

面臨著溫度升高光電轉(zhuǎn)換效率下降的問題，為此

Kuo 等［9］提出了一種雙面太陽(yáng)能光伏光熱系統(tǒng)

（BPVT），指出電效率和熱效率是BPVT整體性能的

重要特征，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的 PVT 系統(tǒng)，

BPVT 系統(tǒng)的年平均發(fā)電量提高了 13.5%，儲(chǔ)水箱

溫度提高了4.8%，電力效益提高了16%~30%。除

此之外，不同冷卻方式對(duì)BPVT系統(tǒng)的性能也有很

大影響，張泳［10］

設(shè)計(jì)了一種玻璃流道的BPVT系統(tǒng)，

研究了系統(tǒng)在冷卻水流量為80 L/h時(shí)的熱電性能，

如圖 2 所示，玻璃流道 BPVT 系統(tǒng)的平均電效率為

17.13%，平均熱效率為47.25%。

圖2 電效率與熱效率對(duì)比

圖 2 數(shù)據(jù)來(lái)源：《玻璃流道集熱器雙玻雙面 PV_T 組件設(shè)計(jì)與性能

研究》

Ma等［11］

針對(duì)BPV的特點(diǎn)提出了四種類型的冷

卻裝置并通過(guò)數(shù)值模擬開展了BPVT系統(tǒng)的性能研

究（如圖3所示）。結(jié)果表明相較于傳統(tǒng)BPV系統(tǒng)，

采用下表面冷卻的BPVT系統(tǒng)的電性能最佳。

圖3 四種類型的冷卻裝置

圖4 輸出功率隨時(shí)間的變化情況

注：圖3、圖4數(shù)據(jù)來(lái)源于《A comparative study on bifacial photovoltaic/thermal modules with various cooling methods》

3 低品位熱能回收利用分析研究

為提高能源的利用效率，學(xué)者們針對(duì)PVT的熱

利用開展了相關(guān)研究。由于回收的熱能品質(zhì)較低，

傳統(tǒng)PVT系統(tǒng)回收的熱能可用于農(nóng)業(yè)干燥、建筑采

暖以及生活熱水等，將 PVT 技術(shù)應(yīng)用于熱水器是

PVT熱水系統(tǒng)的利用方式之一，主要供家庭或公用

建筑獨(dú)立使用。Dubey和Tiwari［12］

設(shè)計(jì)了結(jié)合PVT

技術(shù)的太陽(yáng)能熱水器，PV組件為系統(tǒng)提供電力，整

個(gè)熱水器可獨(dú)立運(yùn)行，可以應(yīng)用于偏遠(yuǎn)地區(qū)。將

PVT技術(shù)應(yīng)用于太陽(yáng)能海水淡化也是一項(xiàng)融合太陽(yáng)

能光伏、光熱及海水淡化技術(shù)的綜合利用技術(shù)。

Kumar 等［13］

和 Singh 等［14］

將 PVT 系統(tǒng)與太陽(yáng)能蒸

餾器相結(jié)合，利用光伏發(fā)電驅(qū)動(dòng)直流水泵，水泵將

雙面雙玻太陽(yáng)能光伏組件能效提升綜述

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2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

蒸餾器與PVT平板集熱器構(gòu)成一個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)，光

熱部分被用來(lái)預(yù)熱集熱器中的水，熱水進(jìn)入太陽(yáng)能

蒸餾器繼續(xù)加熱，通過(guò)蒸餾法獲得淡水。由于光伏

表面的能流密度較低，系統(tǒng)獲得的能量少，導(dǎo)致傳

統(tǒng)的PVT系統(tǒng)所回收的熱能品質(zhì)較低，只能滿足生

活用水所需的溫度，很難直接作為熱源去利用。而

PVT與熱泵等技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)供

冷、供暖、供熱水等多功能，但是增加熱泵等設(shè)備不

僅會(huì)增加投資成本還會(huì)消耗光伏發(fā)電，因此有待探

索一種合理的熱能利用方式。

4 聚光裝置的熱電性能分析研究

光伏電池表面普遍存在光照密度小，空間利用

率低等問題，將聚光裝置與光伏組件結(jié)合為光伏的

發(fā)展提供了新思路。聚光裝置與 PVT 結(jié)合后的

CPVT 系統(tǒng)在明顯提高發(fā)電量的同時(shí)，還能獲得較

多的熱收益，為電站增加更多經(jīng)濟(jì)收益。聚光裝置

示意圖見圖5。

圖5 聚光裝置示意圖

圖片來(lái)源：《Energy and exergy analyses of a low-concentration

photovoltaic/thermal module with glass channel》

崔文智等［15］

對(duì)于CPVT的研究結(jié)果表明，采用

平板式蛇形冷卻通道的CPVT系統(tǒng)，隨著聚光比由1

增加到 6，電輸出量增加 366%，熱輸出量增加了

522%。Nahar等［16］

對(duì)具有平板冷卻通道的PVT進(jìn)

行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，并通過(guò)增加聚光裝置研究了

CPVT 的性能，結(jié)果表明聚光裝置增加了電池表面

的輻照強(qiáng)度并在冷卻裝置的作用下系統(tǒng)獲得了更

多的電能和更高品質(zhì)的熱能。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，提高電池

表面通量分布的均勻性有助于進(jìn)一步提升CPVT系

統(tǒng)的性能。Meng Tian等［17］

綜述了復(fù)合拋物面聚光

PVT系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，可以看出CPVT系統(tǒng)的綜合性

能相較于PVT系統(tǒng)有了較大的提升。Zhang H等［18］

將聚光裝置應(yīng)用到BPVT系統(tǒng)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了

定冷卻水流量時(shí)玻璃流道 CBPVT 系統(tǒng)與鋁流道

CBPVT系統(tǒng)的性能，結(jié)果表明，玻璃流道CBPVT系

統(tǒng)的綜合性能最好，其平均電效率為 13.1%，平均

熱效率為 51.22%。Gao D 等［19］

建立了 CBPVT 光

伏組件的光、熱、電耦合模型，并通過(guò)數(shù)值模擬分析了

CBPVT組件的熱力學(xué)性能，結(jié)果表明，CBPVT系統(tǒng)

模塊性能耦合良好，在BPVT系統(tǒng)中加入聚光器使

電效率提高了13%，總效率超過(guò)65%。

5 總結(jié)

文獻(xiàn)綜述表明，限制BPV發(fā)展的主要因素有電

池工作溫度高、表面能流密度低以及安裝運(yùn)行方式

等問題。為此學(xué)者們先后提出了BPVT系統(tǒng)和CBPVT

系統(tǒng)，但受制于BPV雙面發(fā)電的特點(diǎn)使得傳統(tǒng)的冷

卻裝置無(wú)法直接與之匹配，因此，亟須開發(fā)一種具

有高傳熱性的模塊化冷卻裝置來(lái)降低電池的工作

溫度，實(shí)現(xiàn)電效率的提升。同時(shí)，研究聚光裝置與

BPVT 系統(tǒng)結(jié)合的可行性和實(shí)用性，為光伏產(chǎn)業(yè)的

發(fā)展探索一種新的方向。除此之外，針對(duì)回收的低

品位熱能，有待提出一種合理的利用方式，從而實(shí)

現(xiàn)能源的高效利用。

6 對(duì)未來(lái)工作的期望

未來(lái)我們要繼續(xù)完善并提高試驗(yàn)研究與模擬

研究的準(zhǔn)確性，針對(duì)BPV組件研發(fā)一套集聚光、發(fā)

電和熱利用于一體的高性能光伏光熱系統(tǒng)，為光伏

電站帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)效益，并具有一定的推廣性。

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節(jié)

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一汽解放：氫內(nèi)燃機(jī)重卡2024年交付運(yùn)行

日前，一汽解放方面表示，氫內(nèi)燃機(jī)作為“雙碳”實(shí)現(xiàn)路徑之一，一汽解放不斷加大研發(fā)投入，在 2022 年

首發(fā)點(diǎn)火后，一直在推進(jìn)開發(fā)工作，目前已進(jìn)入整車試制階段，計(jì)劃 2024 年 3 月交付用戶示范運(yùn)行。

2022年6月8日，由一汽解放自主設(shè)計(jì)研發(fā)的國(guó)內(nèi)首款重型商用車缸內(nèi)直噴氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)成功點(diǎn)火并穩(wěn)

定運(yùn)行。該款氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)屬 13L 重型發(fā)動(dòng)機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)功率超 500 Ps，同級(jí)排量動(dòng)力最強(qiáng)，指示熱效率突破

55%，具有技術(shù)首創(chuàng)、行業(yè)首發(fā)、國(guó)際領(lǐng)先三大特點(diǎn)，標(biāo)志著我國(guó)氫氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)自主研發(fā)取得重大突破。

本次發(fā)布?xì)錃庵眹姲l(fā)動(dòng)機(jī)所基于的零碳?xì)浠鶅?nèi)燃動(dòng)力孵化平臺(tái)，具備氫氣單燃料缸內(nèi)直噴、氫氣單燃料缸

內(nèi)和氣道混合噴射、氨氣和氫氣雙燃料噴射能力，可靈活轉(zhuǎn)化成氫氣、氨氣等凈零碳燃料產(chǎn)品，是一汽解放

零碳動(dòng)力研發(fā)領(lǐng)域的重要里程碑，必將持續(xù)引領(lǐng)中國(guó)商用車零碳動(dòng)力轉(zhuǎn)型發(fā)展。

雙面雙玻太陽(yáng)能光伏組件能效提升綜述

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上海節(jié)能 No.10

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ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

更換（改性天然酯）植物油配電變壓器

應(yīng)用技術(shù)研發(fā)

沈 晨 徐春峰 曹俊偉 張 劍

國(guó)網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司

摘要：出于環(huán)保特性的考慮，近年來(lái)酯類絕緣油在變壓器中的使用需求量在增長(zhǎng)。與礦物絕緣油相比，酯類絕

緣油的生物降解率高，對(duì)生物無(wú)毒害，且部分源于天然植物原料，具備極強(qiáng)的可再生特性。運(yùn)用改性天然酯油

更換變壓器傳統(tǒng)礦物油，起到節(jié)能、降低碳排放作用，通過(guò)對(duì)更換改性天然酯油后配電變壓器與原礦物油配電

變壓器試驗(yàn)對(duì)比，技術(shù)應(yīng)用，進(jìn)一步論證其必要性、環(huán)保節(jié)能、優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：礦物油；改性天然酯植物油；變壓器；技術(shù)

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.10.017

Research and Development of Application Technology for

Replacing (Modified Natural Ester) Vegetable Oil Distribution Transformers

SHEN Chen, XU Chunfeng, CAO Junwei, ZHANG Jian

Shanghai Fengxian Power Supply Company of State Grid Shanghai Electric Power Company

Abstract: Considering the environmental protection characteristics, the demand for the use of lipid insulating oil in transformers has been increasing in recent years. Compared with mineral insulating oil,

收稿日期：2023-03-14

作者簡(jiǎn)介：沈晨（1986-10-），男，碩士，高級(jí)工程師，從事輸配電線路、電纜運(yùn)維工作

徐春峰（1988-02-），男，學(xué)士，工程師，從事變電檢修及電氣試驗(yàn)工作

曹俊偉（1989-02-），男，碩士，高級(jí)工程師，從事變電檢修及電氣試驗(yàn)工作

張劍（1990-03-），男，碩士，技師，從事輸配電線路運(yùn)維工作

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節(jié)

能

技

術(shù)

0 概述

油浸式配電變壓器作為 10 kV 輸配電網(wǎng)主要

設(shè)備，高壓10 kV通過(guò)電磁感應(yīng)原理變?yōu)?00 V，起

到改變電網(wǎng)電壓傳輸電能作用。其 400 V 低壓側(cè)

輸出與用戶側(cè)負(fù)載連接，目前在農(nóng)村、城市電網(wǎng)中

大量在線運(yùn)行有S9、S11、S13、SBH15、SBH17型

等。近兩年國(guó)家為推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)，要求新增油浸

式配電變壓器為三級(jí)能效以上節(jié)能型產(chǎn)品（對(duì)應(yīng)油

浸式配電變壓器硅鋼片變壓器分別為 S13、S20、

S22 型 ，非晶合金變壓器分別為 SBH15、SBH21、

SBH25 型）。同時(shí)近年來(lái)國(guó)家也在不斷加強(qiáng)力度

進(jìn)行電網(wǎng)改造，《關(guān)于統(tǒng)籌節(jié)能降碳和回收利用加

快重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)備更新改造的指導(dǎo)意見》（發(fā)改

環(huán)資〔2023〕178號(hào)）統(tǒng)籌推進(jìn)電力變壓器節(jié)能降碳

更新改造。目前在城市架空線電網(wǎng)運(yùn)行油浸式配

電變壓器規(guī)格容量主要為400 kVA，隨著城市用電

需求不斷提升，對(duì)變壓器運(yùn)行負(fù)荷提升提出更高的

要求。進(jìn)行電網(wǎng)升級(jí)采用新能效產(chǎn)品應(yīng)用是一個(gè)

有效的手段，但這需要大量資金投入、建設(shè)周期往

往比較長(zhǎng)。目前在上海城市電網(wǎng)中，還有很大一部

分居民區(qū)、充電站、路燈共用設(shè)施采用 10 kV 歐式

箱式變電站作為用戶供電模式。其容量分別為

630 kVA、500 kVA、100 kVA 等（內(nèi)置為油浸式配

電變壓器）。上述油浸式配電變壓器產(chǎn)品用的絕緣

油均為傳統(tǒng)礦物油。

絕緣油對(duì)變壓器尤為重要，從環(huán)保特性考慮，

近年來(lái)酯類絕緣油在變壓器中的使用需求量在增

長(zhǎng)。與礦物絕緣油相比，酯類絕緣油的生物降解率

高，對(duì)生物無(wú)毒害，且部分源于天然植物原料，具備

極強(qiáng)的可再生特性。目前所使用的酯類絕緣油主

要有天然酯絕緣油、合成酯絕緣油及改性 絕緣

油。天然酯絕緣油主要來(lái)源于天然油料作物，成分

與食用油相似，主要為甘油三酯，其優(yōu)點(diǎn)為燃點(diǎn)高、

防火能力強(qiáng)，幾乎可完全生物降解，環(huán)保性佳，與絕

緣紙共用時(shí)，可延長(zhǎng)絕緣紙的熱老化壽命。缺點(diǎn)為

運(yùn)動(dòng)黏度大、散熱性能不佳、氧化安定性較差，接觸

氧氣（O2）后容易被氧化，對(duì)變壓器工藝要求較

高。合成酯絕緣油的主要成分為飽和季戊四醇酯，

優(yōu)點(diǎn)與天然酯絕緣油類似，且其氧化安定性較好，

對(duì)工藝要求低于天然酯絕緣油，但也存在運(yùn)動(dòng)黏度

大的缺點(diǎn)，且其原料主要來(lái)源于石化產(chǎn)物，可再生

特性差。改性酯絕緣油的主要成分為脂肪酸單酯，

分子中的脂肪酸部分主要來(lái)源于天然油料作物，改

性酯絕緣油具備運(yùn)動(dòng)黏度低、氧化安定性好、可再

生特性好的優(yōu)點(diǎn)。綜合上述植物油特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)

行中變壓器油更換，適合采用棕櫚脂肪酸酯絕緣油

技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研發(fā)。其運(yùn)動(dòng)黏度較低，散熱特性優(yōu)

良，可達(dá)到節(jié)能低碳的效果。不同種類油特性對(duì)比

見表1。

lipid insulating oil has a high biodegradability, is non-toxic to organisms, and is partially derived from

natural plant materials, with strong renewable characteristics. The use of modified natural ester oil to

replace traditional mineral oil in transformers plays a role in energy conservation and reducing carbon

emissions. Through the experimental comparison of distribution transformers with modified natural ester oil and original mineral oil distribution transformers, the technical application further demonstrates its

necessity, environmental protection, energy conservation, and superiority.

Key words: Mineral Oil; Modified Natural Ester Vegetable Oil; Transformer; Technology

更換（改性天然酯）植物油配電變壓器應(yīng)用技術(shù)研發(fā)

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節(jié)能技術(shù)

國(guó)網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司于2021年立

項(xiàng)進(jìn)行了400 kVA桿上運(yùn)行變壓器進(jìn)行更換改性天

然酯油項(xiàng)目研發(fā)，目的是通過(guò)對(duì)桿上運(yùn)行400 kVA油

浸式配電變壓器更換，使產(chǎn)品達(dá)到快速提高其短時(shí)

過(guò)載能力，產(chǎn)生低碳經(jīng)濟(jì)效益，提高運(yùn)行中變壓器

的可靠性。

1 為更好推進(jìn)研發(fā)制定嚴(yán)格更換改性天然酯

油研發(fā)流程

1.1 原產(chǎn)品工廠試驗(yàn)檢測(cè)

對(duì)運(yùn)行近20年400 kVA油浸式配電變壓器（編

號(hào)2005R4001101）產(chǎn)品（礦物油）在變壓器工廠內(nèi)

進(jìn)行全套出廠試驗(yàn)和特殊型式試驗(yàn)雷電全波沖擊

考核。

出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

2 雷電沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)

雷電沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖1。

3 變壓器油更換

產(chǎn)品上述測(cè)試反饋數(shù)據(jù)正常后，在工廠內(nèi)對(duì)

變壓器油箱（焊接式）進(jìn)行了切割，并對(duì)器身進(jìn)行

檢查處理：包括器身整理、烘燥、密封件更換，同時(shí)

完成絕緣件取樣工作。器身按工廠變壓器工藝

要求完成烘燥處理，經(jīng)絕緣電阻測(cè)試后數(shù)據(jù)大于

5 000 MΩ以上（未注油），同時(shí)對(duì)油箱進(jìn)行清洗，

加裝取油樣閥門。

注入經(jīng)測(cè)試合格改性天然酯新植物油（DL-7）

后，進(jìn)行產(chǎn)品常規(guī)絕緣耐壓試驗(yàn)考核。由于前期對(duì)

加注新油經(jīng)驗(yàn)不足（靜放時(shí)間不夠），造成第一次耐

壓到32 kV時(shí)跳閘。重新清洗器身后新油再注入油

箱，靜放24 h后，再重新耐壓35 kV/1min考核產(chǎn)品

順利通過(guò)。

4 更換改性天然酯油后變壓器進(jìn)行常規(guī)出廠

試驗(yàn)，100%全波雷電沖擊型式試驗(yàn)考核

4.1 出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)

油浸式變壓器試驗(yàn)報(bào)告見表3。

4.2 100%全波雷電沖擊

上述更換改性天然酯油后產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常

（見圖2）。

表1 不同種類油特性對(duì)比

注：DL-7為改性天然酯油產(chǎn)品工廠產(chǎn)品牌號(hào)

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節(jié)

能

技

術(shù)

表2 油浸式變壓器試驗(yàn)報(bào)告

注：為了更嚴(yán)苛考核產(chǎn)品絕緣特性，按工廠出廠新產(chǎn)品絕緣值進(jìn)行100%考核

更換（改性天然酯）植物油配電變壓器應(yīng)用技術(shù)研發(fā)

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A相：

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節(jié)

能

技

術(shù)

B相：

更換（改性天然酯）植物油配電變壓器應(yīng)用技術(shù)研發(fā)

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C相：

圖1 雷電沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)

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節(jié)

能

技

術(shù)

表3 油浸式變壓器試驗(yàn)報(bào)告

注：對(duì)放電后變壓器油DL-7進(jìn)行油質(zhì)第三方測(cè)試和處理

更換（改性天然酯）植物油配電變壓器應(yīng)用技術(shù)研發(fā)

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A相：

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能

技

術(shù)

B相：

更換（改性天然酯）植物油配電變壓器應(yīng)用技術(shù)研發(fā)

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C相：

圖2 更換改性天然酯油后產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)

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節(jié)

能

技

術(shù)

4.3 專項(xiàng)溫升試驗(yàn)校核

為更好掌握改性天然酯油可提高負(fù)荷運(yùn)行特

點(diǎn)，在工廠試驗(yàn)站內(nèi)對(duì)變壓器進(jìn)行特殊試驗(yàn)（熱點(diǎn)

溫升）研發(fā)性試驗(yàn)認(rèn)證。

對(duì)項(xiàng)目中 400 kVA 油浸式配電變壓器進(jìn)行測(cè)

試。在傳統(tǒng)溫升試驗(yàn)基礎(chǔ)上(電阻法)，對(duì)變壓器熱

點(diǎn)溫升進(jìn)行了試驗(yàn)監(jiān)測(cè)和溫升（礦物油與改性天然

酯油）對(duì)比。對(duì)原變壓器設(shè)計(jì)基本參數(shù)經(jīng)測(cè)量論證

確認(rèn)后，對(duì)變壓器最熱點(diǎn)高低壓線圈部分進(jìn)行了熱

仿真計(jì)算（fluent），在確定相應(yīng)熱點(diǎn)區(qū)域位置后，在

線圈最熱點(diǎn)區(qū)域埋設(shè)了熱電偶（見圖3）。

400 kVA油浸式配電變壓器熱點(diǎn)溫升試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

見圖3。

綜合兩次溫升試驗(yàn)結(jié)果如下：

1）油頂層溫升41.5 K，高壓繞阻溫升49.3 K，

低壓繞組溫升50.2 K（礦物油）。

2）油頂層溫升 39.7 K，高壓繞阻溫升 46.1 K，

低壓繞組溫升46.8 K（DL-7植物油）。

從傳統(tǒng)電阻法推算平均溫升，與直接最熱點(diǎn)測(cè)

試溫度數(shù)據(jù)顯示，均反饋出更換改性天然酯油后溫

升下降3 K左右。

5 改性天然酯油更換后性能分析及應(yīng)用

5.1 過(guò)負(fù)荷特性

通過(guò)變壓器仿真、電阻法測(cè)試和直接熱電偶

數(shù)據(jù)測(cè)試，均反饋出此臺(tái)變壓器產(chǎn)品改為改性天

然酯植物油后溫升下降 3 K 左右?；谄錇?B 級(jí)

以上絕緣介質(zhì)，結(jié)合我們測(cè)試產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)運(yùn)行中

變壓器通過(guò)更換植物油以后其負(fù)荷能力進(jìn)一步提

升分析：由于其低壓繞組溫升為 46.8 K 與 65 K 之

間尚有18 K 裕度。進(jìn)一步通過(guò)理論設(shè)計(jì)推算，調(diào)

換植物油，該變壓器負(fù)荷能力提升為變壓器110%

運(yùn)行工況下，溫升可滿足變壓器產(chǎn)品長(zhǎng)期安全運(yùn)

行要求，對(duì)短期內(nèi)存在過(guò)負(fù)荷需求區(qū)域可快速解

決問題。

5.2 油樣監(jiān)測(cè)

油樣監(jiān)測(cè)始終貫穿整個(gè)研發(fā)過(guò)程，由于初期變

壓器在工廠靜放時(shí)間較短引起放電產(chǎn)生乙炔，器身

高低壓線熱電偶埋設(shè)最熱點(diǎn)區(qū)域位置 植物油變壓器溫升試驗(yàn)過(guò)程

變壓器熱點(diǎn)溫升測(cè)試（a） 穩(wěn)定后變壓器熱點(diǎn)溫升顯示（b）

圖3 400 kVA 油浸式配電變壓器熱點(diǎn)溫升試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

更換（改性天然酯）植物油配電變壓器應(yīng)用技術(shù)研發(fā)

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節(jié)能技術(shù)

烘燥處理再加入改性天然酯油過(guò)程。變壓器絕緣

試驗(yàn)考核完成后，均進(jìn)行油樣監(jiān)測(cè)跟蹤。對(duì)配電變

壓器加裝在線油樣取樣裝置后也進(jìn)行了運(yùn)行中油

取樣，數(shù)據(jù)均反饋正常，為后期推廣應(yīng)用于35 kV及

以上變壓器運(yùn)行提供可靠依據(jù)（改性天然酯油應(yīng)用

于110 kV電力變壓器產(chǎn)品已通過(guò)國(guó)家級(jí)試驗(yàn)站試

驗(yàn)認(rèn)證）。對(duì)存在乙炔的改性天然酯油樣進(jìn)行真空

過(guò)濾處理，達(dá)到去除乙炔效果。為以后積累變壓器

改性天然酯油處理提供可靠經(jīng)驗(yàn)。

相關(guān)報(bào)告見圖4。

圖4 相關(guān)報(bào)告

5.3 變壓器

更換改性天然酯植物油后，400 kVA油浸式配

電變壓器已安全投入電網(wǎng)并已順利進(jìn)入掛網(wǎng)試運(yùn)

行。同時(shí)完成在線運(yùn)行變壓器油取樣監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)正

常（見圖5）。

圖 5 更換改性天然酯油的配電變壓器已進(jìn)入掛網(wǎng)試運(yùn)行

6 社會(huì)效益

采用改性天然酯油進(jìn)行老舊礦物油變壓器綠

色升級(jí)改造低碳環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性好。

采用植物油更換礦物油，以400 kVA桿變樣機(jī)

為例：

更換一臺(tái)可減少碳排放：307×3.13=961 kg。

以更換1 000臺(tái)為例可減少碳排放近1 000 t。增加

電網(wǎng)容量輸出容量40 000 kVA; 變壓器部分負(fù)荷能

力提升，可減少電網(wǎng)建設(shè)投資力度。推算其社會(huì)效

益、經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。

圖6為改性天然酯油廠家提供資料：

圖6 改性天然酯油相關(guān)試算

1532

SHANGHAI ENERGY SAVING

2023年第 10 期

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上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

7 總結(jié)

采用改性天然酯油進(jìn)行老舊礦物油變壓器綠

色升級(jí)改造，較其它方式更具有其優(yōu)越特性，提高

了在線運(yùn)行配電變壓器產(chǎn)品安全性和絕緣材料的

老化壽命。由于（改性天然酯）植物油具有散熱性

能好、環(huán)保、閃點(diǎn)高、氧化安定性好的特點(diǎn)，變壓器

運(yùn)行工況會(huì)優(yōu)于傳統(tǒng)礦物油變壓器。應(yīng)用（改性

天然酯）植物油不需要對(duì)原變壓器油道結(jié)構(gòu)進(jìn)行

調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)在線快速更換。如對(duì)植物油技術(shù)應(yīng)

用于新能效植物油變壓器生產(chǎn)制造，其優(yōu)勢(shì)更明

顯，如產(chǎn)品小型化、耐熱等級(jí)高、環(huán)保等。未來(lái)應(yīng)

用于 35 kV 及以上電力變壓器，其散熱性能、電氣

參數(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)礦物油，但尚需進(jìn)行更多試運(yùn)行場(chǎng)

合應(yīng)用。對(duì)改性天然酯油應(yīng)用于變壓器油更換目

前也在建立相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)新技術(shù)應(yīng)用未來(lái)需要投

入更多研發(fā)和論證性試驗(yàn),使其有利于電網(wǎng)和社

會(huì)發(fā)展。

博世和中郵物流聯(lián)手打造無(wú)錫市首個(gè)零碳?xì)溥\(yùn)示范

近日，全球領(lǐng)先的汽車零部件供應(yīng)商博世動(dòng)力總成與中國(guó)郵政速遞物流公司聯(lián)手打造的一項(xiàng)零碳?xì)溥\(yùn)

示范項(xiàng)目正式啟動(dòng)。這標(biāo)志著無(wú)錫市正在邁入實(shí)現(xiàn)氫能源汽車規(guī)?；\(yùn)營(yíng)的新階段，為推動(dòng)綠色能源的廣

泛應(yīng)用提供了有力支持。

作為中郵物流在江蘇省的首個(gè)氫能物流示范項(xiàng)目，首批搭載博世氫動(dòng)力模塊的中郵物流貨車將在無(wú)錫

市開展綠色配送服務(wù)。這些車輛將充分利用氫燃料電池技術(shù)，具備長(zhǎng)續(xù)航里程和快速加注的特點(diǎn)，為無(wú)錫

市提供高效、環(huán)保的物流配送解決方案。同時(shí)，無(wú)錫市擁有相對(duì)便利的加氫設(shè)施，為氫燃料汽車的推廣和應(yīng)

用提供了良好的條件。

氫能作為一種重要的清潔能源，被認(rèn)為是全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體之一，也是未來(lái)國(guó)家能源體系

的重要組成部分。近期，《無(wú)錫市促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策》的通知出臺(tái)，其中明確了將重點(diǎn)強(qiáng)化公共

領(lǐng)域氫燃料車船的示范應(yīng)用，鼓勵(lì)加快推進(jìn)加氫站建設(shè)等規(guī)劃。博世與中郵物流的此次合作正是在這一政

策背景下展開的，旨在共同推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用。

對(duì)于中郵物流而言，這批氫能源貨車的投入運(yùn)營(yíng)不僅有助于實(shí)現(xiàn)綠色零碳物流的目標(biāo)，還可以兼顧其

物流車的運(yùn)輸需求。隨著氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，中郵物流期待氫能物流車輛能夠得到更廣泛的應(yīng)用，

為推動(dòng)綠色物流發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

對(duì)于博世而言，搭載博世氫動(dòng)力模塊的卡車在無(wú)錫的示范運(yùn)營(yíng)是其在中國(guó)推動(dòng)氫動(dòng)力技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用

的重要節(jié)點(diǎn)。博世正積極努力在無(wú)錫將氫燃料汽車拓展到其他應(yīng)用領(lǐng)域，并計(jì)劃繼續(xù)豐富產(chǎn)品組合，深化

與上下游伙伴的合作，探索更多的氫燃料汽車應(yīng)用場(chǎng)景，以持續(xù)推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

通過(guò)博世與中郵物流的合作，無(wú)錫市邁出了向“氫未來(lái)”邁進(jìn)的關(guān)鍵一步。該項(xiàng)目的成功啟動(dòng)將為無(wú)錫

市乃至全國(guó)范圍內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和借鑒，有望在未來(lái)引領(lǐng)更多城市和企業(yè)加入到綠色能

源的轉(zhuǎn)型潮流中來(lái)。

（來(lái)源：氫云鏈）

更換（改性天然酯）植物油配電變壓器應(yīng)用技術(shù)研發(fā)

1533

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.10

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

600 MW 亞臨界機(jī)組鍋爐節(jié)能降耗

存在的問題分析

高雨琪

上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司

摘要：隨著能源需求的不斷增加，火力發(fā)電作為我國(guó)主要的電力供應(yīng)方式之一，對(duì)能源資源的高效利用和環(huán)境

保護(hù)提出了更高要求。以600 MW亞臨界機(jī)組鍋爐為研究對(duì)象，分析了其節(jié)能降耗存在的問題，并提出了相

應(yīng)的對(duì)策。通過(guò)對(duì)鍋爐燃燒優(yōu)化、余熱回收、運(yùn)行調(diào)整等方面的研究，旨在為提升火力發(fā)電廠能效、減少能源

浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：600 MW亞臨界機(jī)組；鍋爐節(jié)能降耗；燃燒優(yōu)化；余熱回收；可持續(xù)發(fā)展

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.10.018

Analysis on Problems of Energy Saving and Consumption

Reduction of 600MW Sub-Critical Unit Boiler

GAO Yuqi

Shanghai Wujing No. 2 Power Generation Co., Ltd.

Abstract: With the increasing demand for energy, thermal power generation, as one of the main power

supply modes in China, has put forward higher requirements for the efficient utilization of energy resources and environmental protection. Taking the 600 MW sub-critical unit boiler as the research object, this paper analyzes the problems existing in energy conservation and consumption reduction, and

proposes corresponding countermeasures. Through research on boiler combustion optimization, waste

heat recovery, operation adjustment, etc., It aims to provide theoretical and practical guidance for im收稿日期：2023-08-22

作者簡(jiǎn)介：高雨琪（1994-12-），男，學(xué)士，助理工程師，從事運(yùn)行主值工作

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2023年第 10 期

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節(jié)

能

技

術(shù)

0 引言

我國(guó)火力發(fā)電在能源供應(yīng)中占據(jù)著重要地位，

然而隨著電力裝機(jī)容量的不斷增加，火力發(fā)電也面

臨著能源效率和環(huán)境排放的雙重壓力。600 MW亞

臨界機(jī)組作為火力發(fā)電廠的主力機(jī)型之一，在滿足

電力需求的同時(shí)，其能源利用效率對(duì)電力系統(tǒng)的整

體運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展具有重要影響。為此，深入研

究600 MW亞臨界機(jī)組鍋爐節(jié)能降耗問題，提出有

效對(duì)策，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)火力發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展

具有重要意義。

1 問題分析

1.1 燃燒效率不高

鍋爐的燃燒過(guò)程受到眾多因素的綜合影響，其

中包括煤種的物理化學(xué)特性、燃燒設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)

以及供氧、混煤等因素。這些因素的變化導(dǎo)致燃燒

效率的不穩(wěn)定性，從而影響了煤炭的能源高效轉(zhuǎn)

化。這不僅會(huì)造成燃燒效率的下降，還可能導(dǎo)致燃

燒不完全，產(chǎn)生有害氣體，對(duì)環(huán)境造成影響。因此，

需要采取相應(yīng)措施來(lái)優(yōu)化燃燒過(guò)程，提高煤炭的能

源利用效率，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

1.2 余熱未充分回收利用

在火力發(fā)電過(guò)程中，鍋爐排煙中蘊(yùn)含著大量的

熱能，即余熱，其中蘊(yùn)藏著巨大的潛力。然而，當(dāng)前

仍有許多電廠未能充分利用這一寶貴的資源，導(dǎo)致

大量熱能被遺漏，造成能源的浪費(fèi)。這些未被回收

的余熱可能直接排放到大氣中，不僅浪費(fèi)了能源，

還加劇了環(huán)境污染。

要解決這一問題，電廠應(yīng)加強(qiáng)余熱回收技術(shù)的

研發(fā)與應(yīng)用。通過(guò)設(shè)立合適的余熱回收裝置，將排

煙中的余熱用于供暖、發(fā)電過(guò)程中的預(yù)熱等用途，

能夠顯著提高能源的利用效率。

1.3 運(yùn)行參數(shù)不合理

鍋爐運(yùn)行參數(shù)的合理設(shè)置對(duì)于保持高效的燃

燒和能源轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。然而，一些電廠存在運(yùn)行

參數(shù)不合理的情況，如過(guò)高或過(guò)低的供風(fēng)量、風(fēng)粉

比等。這些不合理的參數(shù)設(shè)置會(huì)直接影響到鍋爐

內(nèi)煤炭的燃燒情況，導(dǎo)致熱效率下降。當(dāng)供風(fēng)量過(guò)

高時(shí)，會(huì)增加風(fēng)機(jī)電耗，浪費(fèi)寶貴的熱能，同時(shí)使

NOx生成量變多；而供風(fēng)量過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致燃料燃燒

不完全，影響燃燒穩(wěn)定性，產(chǎn)生有害氣體。類似不

合理的風(fēng)粉比也會(huì)影響到煤炭的燃燒效果，從而降

低了鍋爐的熱效率和能源轉(zhuǎn)化效率［1］

。

1.4 燃煤種類選擇不當(dāng)

在火力發(fā)電過(guò)程中，煤炭是主要的燃料之一，

而不同種類的煤炭具有不同的物理化學(xué)特性。然

而，一些電廠在選擇燃煤種類時(shí)與設(shè)計(jì)煤種存在較

大差異，這可能導(dǎo)致燃燒效果不佳，進(jìn)而影響能源

的高效利用。燃煤種類的不當(dāng)選擇可能導(dǎo)致燃燒

過(guò)程的不穩(wěn)定性，甚至引發(fā)燃燒不完全或不穩(wěn)定的

情況。此外，不適當(dāng)?shù)拿悍N選擇還可能導(dǎo)致熱值不

匹配，燃燒過(guò)程的溫度和壓力波動(dòng)，進(jìn)一步影響鍋

爐的熱效率。這些問題都會(huì)造成能源利用效率的

降低，增加了能源的浪費(fèi)。

1.5 技術(shù)手段較為落后

600 MW亞臨界機(jī)組大多數(shù)投產(chǎn)時(shí)間較早，運(yùn)

行時(shí)間較長(zhǎng)，鍋爐所采用的一些技術(shù)手段與當(dāng)前先

進(jìn)的技術(shù)相比已經(jīng)較為落后，比如在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程

中因點(diǎn)火方式落后消耗大量能源從而造成能源的

proving the energy efficiency of thermal power plants, reducing energy waste, and achieving sustainable development.

Key words: 600 MW Sub-Critical Unit; Boiler Energy Saving and Consumption Reduction; Combustion

Optimization; Waste Heat Recovery; Sustainable Development

600 MW亞臨界機(jī)組鍋爐節(jié)能降耗存在的問題分析

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SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.10

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

浪費(fèi)，以及因再熱汽溫控制調(diào)節(jié)不穩(wěn)定導(dǎo)致生產(chǎn)效

率的下降。通過(guò)對(duì)鍋爐進(jìn)行相關(guān)改造，運(yùn)用先進(jìn)的

技術(shù)手段可以直接提高機(jī)組的運(yùn)行效率，降低機(jī)組

煤耗。

2 對(duì)策分析

2.1 燃燒優(yōu)化調(diào)整

為了解決燃燒效率不高的問題，電廠可以采

取燃燒優(yōu)化技術(shù)。首先，通過(guò)對(duì)不同煤種的燃燒

特性進(jìn)行詳細(xì)分析，了解不同煤種的燃燒特點(diǎn)，包

括其灰分含量、揮發(fā)分含量等。根據(jù)這些特性，合

理地調(diào)整燃燒參數(shù)，如供氧量、風(fēng)粉比、一次風(fēng)速

等，以優(yōu)化燃燒過(guò)程，提高煤炭的燃燒效率。此

外，引入先進(jìn)的燃燒控制系統(tǒng)也是關(guān)鍵。通過(guò)采

用精細(xì)化的燃燒管理，可以更準(zhǔn)確地控制燃燒過(guò)

程，避免過(guò)量的空氣供應(yīng)或不足的燃料供應(yīng)，從而

降低燃燒損失。這些先進(jìn)的控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)

時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，確保燃燒過(guò)程始終保持在

最佳狀態(tài)?？傊?，燃燒優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用是提高燃

燒效率的關(guān)鍵［2］

。通過(guò)科學(xué)分析煤種特性、精確調(diào)

整燃燒參數(shù)，并引入先進(jìn)的燃燒控制系統(tǒng)，能夠顯

著提高煤炭的能源利用效率，減少能源浪費(fèi)，推動(dòng)

火力發(fā)電行業(yè)向更加可持續(xù)的發(fā)展方向邁進(jìn)。

2.2 加強(qiáng)余熱回收利用

在鍋爐排煙中存在大量的熱能，這些熱能若得

不到合理回收利用，將會(huì)造成巨大的能源浪費(fèi)。為

此，電廠可以加強(qiáng)鍋爐排煙余熱回收裝置的建設(shè)，

將排煙中的熱能用于供熱系統(tǒng)、發(fā)電過(guò)程中的預(yù)熱

等用途，從而顯著提高能源的利用效率。我廠2號(hào)

爐采用的中溫省煤器系統(tǒng)在空預(yù)器進(jìn)口和出口之

間連接一路新的煙氣通道，稱為空預(yù)器煙氣旁路煙

道，其主要作用是分離一定量的空預(yù)器進(jìn)口煙氣至

煙氣旁路煙道中，在旁路煙道中增加兩級(jí)換熱裝置

分別與系統(tǒng)的高、低壓給水系統(tǒng)連通，旁路煙道中

的煙氣依次加熱從給水系統(tǒng)抽出的給水，加熱后的

給水返回原系統(tǒng)，而煙氣則被冷卻，達(dá)到降低預(yù)熱

器出口煙溫的目的（見圖1）。通過(guò)推廣這些余熱回

圖1 爐 2中溫省煤器系統(tǒng)流程圖

收技術(shù)，電廠能夠在降低能源浪費(fèi)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能

源的有效利用。因此，加強(qiáng)余熱回收利用技術(shù)的推

廣是提高能源利用效率的重要手段。

2.3 運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整

通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)鍋爐運(yùn)行情況，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)精

準(zhǔn)地調(diào)整供風(fēng)量、風(fēng)粉比等關(guān)鍵參數(shù)，可以確保煤

炭在爐膛內(nèi)得到充分的氧化，最大限度地提高燃燒

效率。同時(shí)，運(yùn)用先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)時(shí)

數(shù)據(jù)和模型預(yù)測(cè)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，可以使鍋爐持

續(xù)處于最佳工作狀態(tài)。我廠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在送風(fēng)

總操的基礎(chǔ)上另外加了氧量自動(dòng)控制功能，送風(fēng)總

操對(duì)總風(fēng)量進(jìn)行粗調(diào)，氧量自動(dòng)控制對(duì)總風(fēng)量進(jìn)一

步修正，進(jìn)行細(xì)調(diào)，從而精準(zhǔn)地控制氧量。此類技

術(shù)可以迅速響應(yīng)運(yùn)行狀況的變化，確保鍋爐在不同

負(fù)荷和燃燒條件下都能實(shí)現(xiàn)最佳的熱效率。

2.4 合理選擇燃煤種類

不同的煤種具有不同的燃燒特性，熱值和灰分

含量等因素會(huì)直接影響燃燒效果。因此，在選擇燃

煤種類時(shí)，應(yīng)充分考慮電廠鍋爐的設(shè)計(jì)要求、燃燒

設(shè)備的性能以及供應(yīng)市場(chǎng)的煤種特點(diǎn)。合理選擇

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