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电能替代技术联合实验室成立 “极寒暴雪”考验煤改电

发表日期:2018/11/28 9:20:03 来源:北京晚报 评论 总点击量:

京城街头的黄叶还没落尽,赵公口桥畔已经下了几场雪。您没看见那不算奇怪,因为这雪是在室内下的。10月底,北京市电力公司电力科学研究院的“电能替代技术联合实验室”正式挂牌成立,已经开始了几项研究。


所谓“电能替代”,就是将城市生活中常用的各种能源,以电来替代,与我们生活最贴近的,便是冬季取暖、开车烧油、做饭烧气等,而这里研究的,便是把上述功能用电来实现。


随着煤改电工程在北京已实施多年,城市里已经不再烧煤,偏远郊区也越来越多地用上了电采暖。城市里的冬天不再飘荡着焦糊味,蓝天也多了起来。不远的将来全市范围均会实现电采暖,这是电网将面临的考验,也要求人们更科学地用电。在工程师的带领下,记者走进了这包含着多项中国第一的实验室。


天气模拟▶测试“舒适”的答案


这座挂牌的实验室包括多个不同功能的区块,相比复杂精密的设备,天气模拟实验室看上去最容易理解——一个大平台里面,盖了一间80平方米的平房,平房周围有着数不清的鼓风机、电灯,房顶上则挂着喷头。


这里可以模拟从零下40摄氏度至零上50摄氏度的气温,以及全国各地的雨、雪、雾、风等8种典型天气;而小屋子的墙面,则是模拟平房“24墙”,即最常用的24厘米厚的墙体的保温效果,以测试与电采暖有关的指标。这是全国最大、功能最全的天气模拟实验室。


在模拟平房里记者看到,这里安装有风机盘管、暖气片和地暖管三种散热终端,可以试验不同散热终端的供暖设备对供暖效果的影响。墙面上每隔几十厘米就有一个传感器,房顶上还吊着12个可升降的传感器,以此测算房间墙壁及空间的每个角落的温度。


“不同的环境下,究竟电采暖能达到什么样的效果?面对不同的墙体和保温措施,这些电采暖设备究竟需要多少电量才能让人们感到温暖舒适?我们要在这里的实验中寻找答案。”实验室电源技术中心主任李香龙说。墙面的设计留有镶嵌保温材料的功能,加上可控制的气候效果,从东北的严寒到海南的高湿环境下的室内外条件,都可以在这里模拟,继而寻找最合适的用电方案。


除了电采暖的相关指标,未来待相关资质认证后,这里还可以受其他科研单位委托进行各种天气实验,以验证其他类别产品在不同气候下的工作能力。


电动车实验▶指导充电桩的国标制定


随着近些年电动汽车兴起,电力科学研究院已对电动车充电设施研究了挺长时间。在这次实验室挂牌前,再次将相关实验功能整合。“2014年北京电动汽车开始普及,在用户使用电动汽车时发现,不同品牌的电动汽车无法兼容使用彼此的充电桩。原来,各厂家都宣称执行国标,但各家对国标的理解不一致,为此我们开展了各种电动汽车和各种充电桩互通性对接测试实验,解决当时充电桩不能充电的问题。”李香龙说。


这里开始对充电桩设施标准化研究的消息传开后,全国很多厂家问询,主动送来了自己的产品,希望实验室帮助他们寻找问题并提出改进建议。最多的时候,实验室里停放着40多辆各种品牌的电动汽车,这也让实验人员倍感欣慰。“毕竟为充电设施的国家标准研究积累了宝贵的数据。”


“目前国网北京市电力公司建设充电桩近14000个。”高级工程师张宝群介绍道。越来越多的电动车使用充电桩,大家最关心的就是充电速度。现在广泛使用的充电桩,充电能力一般在60至120千瓦,电动车主期待电动汽车像燃油车一样快捷,目前欧洲已经开始推动350千瓦充电桩发展,而国内一些专家也在鼓励大功率充电。“目前我们实验室大功率充电实验室平台具备500千瓦充电桩实验能力,达到国内领先水平。”


这里还有对充电桩检测维修设备的研究,三四年前工作人员检测一个充电桩需要在户外花费4个小时的时间,如今技术进步后,只需要半个小时了。而且这里的一些实验也可以搬到天气模拟实验室进行验证,看看在不同天气对充电桩工作能力的影响。


数据分析▶


教您科学用电


如何得知电采暖、充电桩的运行状态和效果?这就需要一套监测系统持续关注终端的状态,并且对数据进行分析处理了。记者采访时见到数据分析实验室的一块大屏幕上,正显示着不久前得到的一些信息。


“由于电采暖逐渐普及,冬季特别冷的时段,居民们基本会在同一时间集中采暖,导致电网负荷激增。我们预计今年冬天全北京的用电高峰将达到2200万千瓦,这已经接近去年夏天最热的时候用电的峰值2356万千瓦。由于空调已经普及而电采暖仍然逐渐向山区等地区发展,可以预见在不久之后,北京冬季的用电峰值增长会越来越明显。”李香龙说。


这给供电系统带来不小的压力。“目前北京的供电情况良好,但具体到家家户户的情况,安装前还是应该科学地进行规划,使用中应该科学地测量。以此保证效果的同时,节约安装、物料成本。”


不久前电力系统的工作人员在北京的城区和郊区选择了约百户普通人家,安装了用电情况远程监测系统,通过物联网技术,通过系统实时将某一户居民的用电情况、室内温度汇总到实验室里。实验发现,延庆一户临近山区的平房居民家里的温度,和丰台临近市区的平房居民家里的温度用电状况,既有相似之处,又有着明显的区别。“城市里的家中,一般都要达到18摄氏度或更高一点儿,我们才觉得温暖舒适;但是通过监测我们发现,在京郊农村的家里,一般室内温度都是在14至16摄氏度,略低于城市里。这是因为这里的平房面积较大、门窗较大,且农村平房生活会频繁地开门关门损失热量。而当地的居民们是适应这种室内条件的。”通过大数据分析,也能找到针对某一地区某一户的具体用电指导。这种分析对于供电网络来说是缓解了极端时段的压力,对于用户来说则是更直观方便地节约电费开支。


充电桩的情况也能在这里进行监控,如一些充电桩布局不合理、使用效率低,便可以在数据分析后,将其转移到需求量大的地区重新设置。


纯电生活▶未来能量消耗七成靠电


高端的实验功能以及接地气的实验项目,让这里成为了国内功能最全的电能替代实验室。在普通百姓看来,使用煤、油、气的场合逐渐被用电取代是一种便捷,而在李香龙看来,这种替代带来的环境改善、能源节约具有更为深远的意义。


“咱们传统使用的煤炉,通过燃烧产生热量,但实际上的能量转化率只有30%,其他的热量都随着烟囱排放等途径浪费掉了。燃油汽车的情况也类似。而火力发电厂的效率一般都在40%左右,有些能达到50%,这意味着节约了一部分化石能源。”而且大型电厂可以方便地进行排放无害化处理,这更是日常使用中无法实现的,对于改善空气质量来说有着巨大帮助。


北京是全国煤改电和电动汽车推广最早、应用规模最大的地区,未来实验室将在科学研究和大数据支撑下,进一步推动“以电代煤”、“以电代油”的资源整合。一些创新性的实验手段,也将为充电站等电源规划作出数据支撑。


有数据统计,日常生活中居民消耗的电能,占到消耗能量总量的30%。而李香龙和电能替代研究者目前的目标,是将这一数字提高到70%。


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