外保温表面贴面砖技术的实践与思考论文
在外墙保温层表面粘贴面砖到底可否,不能简单地肯定,也不能简单地否定。因为这是关系到外墙保温工程几十年的安全问题,必须以严谨、慎重的科学态度,从技术可靠方面做出判断后才能做出正确结论。就目前外保温市场的现状看,那些在粘贴EPS,胶粉聚苯颗粒等保温层表面直接粘贴面砖的做法,以及那些在保温层表面“照葫芦画瓢”,随意地加上所谓网构造就贴砖的做法,都应该肯定地说“不”。因为短期内虽然没有发生什么大问题,但随着时间的推移,谁能拍胸脯打下几十年不出问题的保证。
如果在外保温构造中采取能有效提高可靠性的技术措施,形成完整的技术系统,并经过相应检测和试验,证实其是具有可靠性保证和完善的施工工艺,则应该肯定其技术。同时,还要在工程应用中严格施工,以使工程质量得到保障。北京欧联伟业墙体保温建材有限公司研制生产的外墙外保温薄抹灰系统,采取无空腔条粘法保证保温层构造长期稳定,柔性抗裂,刚柔结合,强化长期可靠性,多道防水确保系统有效性的技术路线,使几年来在东北严寒地区,沿海高湿度地区,西北大温差干燥地区的大量外保温工程,获得了良好的可靠性保证,并在国家建筑工程质量监督检验中心通过按欧洲UEAtc标准进行的大型耐候老化试验。
事实证明,从确保工程质量长久可靠性出发,用系统分析的方法完善外保温面砖饰面技术,可以满足外保温表面饰面砖的市场技术需求。这实质上要建立两个最基本的概念,一是把外保温粘贴面砖作为一个工程技术,而不是简单地进行保温产品技术的评价讨论。二是要从工程质量几十年可靠性保证能力,而不是简单地从技术可行性上分析可能性。由此出发去完善技术系统必要的检测试验和完善施工技术,从而达到保证工程质量的技术目标,这是外保温粘贴面砖技术的特定要求所决定的。因此,此类技术必须从构造上能有效克服造成面砖脱落的破坏因素,并且应该由构造本身合理性和组成构造的构件及连接方式的有效性、耐久性、正确施工过程共同形成工程可靠性的有效保证。
一、外保温饰面砖工程质量最常见的主要破坏形式及成因
外保温面砖脱落是最直接的危害性工程质量事故。面砖大面积成片脱落和单块面砖陆续脱落两种现象为常见形式。发生这两种现象的原因往往是由于保温层与墙体之间、面砖层与保温层之间、各粘接界面不牢固而剥离性脱落。保温层抗剪强度不能抵抗面砖层荷载的剪切破坏、面砖层应力、保温层渗水粉化破坏、砖粘接层渗水、冻胀脱落等是最常见的破坏原因。粘接空鼓和面砖层裂缝又共同为负风压破坏形成成因。归根结底是面砖层荷载和水害两种因素最重要。当然也有其它原因造成的破坏,但都不如此两种因素最常见、最普遍、最突出。
二、克服面砖层荷载破坏和水害破坏,必须采取的技术措施
1、对保温层连接可靠性的二次约束和对面砖层有效支撑的技术构造:
保温层与主体墙之间的连接可靠性,也会因连接材料自身强度、外力及水等其他因素的影响发生变化,加上保温材料自身的抗剪强度比较低,所以完全依靠其原有保温构造的连接方式和自身的强度来实现对面砖层重量几十年的承载是很难的。因此,除提高保温层和主体墙间连接强度外,在保温层和面砖层之间增加一道由钢网,钢钉(压片)和主体墙形成的刚性构造,对保温层实现二次约束,对面砖层荷载实现有效支撑,减弱面砖荷载对保温层的界面剥离及剪切破坏力,确保保温层和主体墙之间长久可靠的连接,也确保面砖层与保温层之间长久可靠的连接,从而避免由此而发生面砖大面积成片脱落的可能。
2、对保温层、面砖粘接层防渗的有效构造:
外保温工程常年在风吹雨淋之中,冷缩热胀造成面砖层局部裂缝,经常性渗水或者造成保温层粉化、或逐渐扩大裂缝形成冻胀破坏等,久而久之造成保温层与主体墙之间连接失效。或者保温层因粉化而大大降低抗剪强度,面砖层与保温层之间连接失效,也为负风压破坏创造条件。所以不能用易裂、易吸水或用普通水泥砂浆在保温层表面找平,也不能用其粘贴面砖,应该使用专用的具有良好防水性能和一定柔性的胶粘砂浆进行找平和粘贴面砖,使面砖层与保温层之间设置高效防水构造,杜绝雨雪水渗入保温层或存留在粘接层内形成危害。面砖间缝和勾缝亦应使用具有一定柔性和良好防水性能的勾缝胶粉,有效消除大面积面砖层冷缩热胀造成的间缝裂缝而渗水。同时消除面砖层热胀时形成的外张力造成的局部空鼓剥离可能。从而使得保温层外形成了胶接层和面砖层两遍防水屏障,有效解决水害的发生,同时也确保有效克服负风压破坏,从而避免面砖单片脱落的发生。
三、构造合理不等于有效,必须强化构造有效性观念,从细节上和施工过程共同确保可靠性的实现
外保温粘贴面砖工程构造的长久可靠性归根结底是有效寿命的保证。而构成这个构造的所有材料理化性能相容性及寿命匹配性,连接钢钉等各种构件产品对各种墙体的安装牢固程度,相互连接的牢靠程度,施工技术对以上性能和连接的保证程度,都必将最终影响工程长久可靠性,无一细节可以忽略。
1、构造的有效性是由构件及其连接方式决定的。
保温层、钢钉(压片,尼龙套)、钢网、粘接胶浆、勾缝剂是组成构造的所有构件产品。保温层与主体墙之间的无空鼓连接,美坚利锚栓钉与钢网和主体墙之间的可靠连接,粘结砂浆与面砖和保温层之间、勾缝剂与面砖之间的粘结,都必须满足其功能指标要求,以最终保证当前的可靠性和工程长期寿命目标。例如钢网与主体墙之间的连接件选择,就必须保证此连接件与砼墙,各种轻质砌块能有良好的单钉拉拔力指标。假如用射钉射在陶瓷空心砌块墙上,可能会发生无效连接。而选用例如美坚利的锚栓就可以满足包括薄壁黏土空心砖在内的墙体上的可靠连接。另外钢网与主体墙间是采用金属绑线捆绑的柔性连接,采用例如美坚利尼龙套钢钉类不会产生相对移动的刚性连接,从长久角度看其效果大相径庭。
2、构件的有效性是由构件自身技术可靠性和施工过程共同保证。
钢网、钢钉、压片等金属构件必须有良好的热镀锌等有效防腐措施,以防止在构造中因自身腐蚀而失效。钢钉直径不宜<φ5,钢网、钢丝直径亦不宜<φ1.5.在施工中,必须按设计要求保证每平方米内钢钉数量,距离尺寸要求,尼龙套必须全部有效埋入墙内。同时不能因片面追求降低工程造价,而在现场选用不符合技术标准的构件。对工程而言,细节无小事、凡事关大,施工过程同样十分重要。
3、胶粘砂浆和勾缝胶粉材料有效性由自身性能和施工过程共同保证。
化工建材的选用必须保证其物理和化学性能的相容性和寿命匹配性,这些材料的有效寿命必须和其他构件寿命相匹配,以保证不因“木桶短板”效应造成工程质量短命现象。因此施工时应按技术规程使用材料及施工操作,不能擅自变更施工工艺,片面追求进度而忽视质量,更不能用普通水泥砂浆替代胶粘砂浆或勾缝胶粉。
四、严把工程验收关和必须反对、禁止的一些做法
没有外保温验收规范,外保温项目难以列入工程验收内容,因而随意选择技术和随意施工是当前建筑节能推广缓慢和外保温工程质量频发的重要原因。外保温粘贴面砖之所以各地十分混乱,这更是重要原因。夸张一点讲,外保温工程质量基本上处在无人把关的状态,很多地方一些胆大的人,就能在保温层表面未采取任何措施的情况下粘贴面砖,也有在保温层表面用钢丝直径<φ1的不镀锌也无其他防腐钢网措施,或者不论何种墙体一律用射钉或普通无胀力塑钉固定钢网,或用普通水泥砂浆就贴面砖等为所欲为的施工行为。一些假冒伪劣厂商甚至公开抵毁严格推广技术系统的企业来作秀,变着法叫高价等。种种现象和行为往往都是因为外保温没被列为当地工程验收项目而畅行无阻。
因此,用普通水泥砂浆和无任何加强构造直接在外保温表面粘贴面砖,用无防腐措施的金属网、钢钉等做法都应坚决禁止。同时反对没有形成完整技术系统、没有经过相应检测试验等外保温粘贴面砖的技术在市场大行其道的做法。
外保温粘贴面砖在我国建筑市场已成难挡之势。如何以完善有效的技术适应市场,如何规范市场,如何尽快实现对外保温工程的验收把关,使外保温事业尽快规范有序发展,确保工程质量已是当务之急。这需要行业共同努力,也需要*相关部门强化管理力度。
拓展阅读
1、建构主义学习理论与中等医学职业教育关系的思考论文
论文关键词:教学原则;多媒体技术;建构主义;素质教育
论文摘要:现代教育技术条件下,中等职业教育、教学应该积极转变概念,大胆实践建构主义学习理论的指导作用,遵循科学的教学原则,努力搜索能够适用时代发展需要,贯彻素质教育要求的新型教学模式。通过实践中的体会和对相关文献的调研,时中等医学教育、教学运用建构主义学习理论指导进行初步思考。
近几年,建构主义学习理论成为人们关注的焦点。中等医学职业教育,尤其是教育技术领域,应该从实际出发,以建构主义学习理论卫指导,搜索行之有效的教育教学新思路。本文仅就中等医学职业教学实践与建构主义学习理论的关系问题谈几点粗浅的认识。
1 教育的现代化关键是观念的现代化
面对中等医学专业教育的现状,教师课时多、任务重,教学实践重传统轻创新,重教课不顾实效的做法,开展工作确实有一定难度。但愈是困难,愈应该刻苦学习新理论,掌握新技术,搜索新模式,从观摩教学开始,以点带面,循序渐进,抓住教评时的机会大胆发表新思想、新观念,以此在教师中产生震动,一起辩论。反过来,教师观念的转变会更加推动学校教育技术工作上新台阶,出新效果。
实施素质教育,培养适用社会发展需要的人才,必须打破传统模式中教与学的关系,构建一个基于建构主义学习理论的新型教学模式。其模式基本特征是:
以学生为中心,给学习者主动发挥创设条件;假设真实的情境并引导学习者进人情境;为学习者提供多种信息资源,让学生自主学习;组织学习者之间进行协商,合作学习,共同探究问题;鼓励学生进行意义建构形成自己的知识体系;选择合适的反馈手段评价学生建构的效果。这种模式相比于传统下培养的学生更有独立意识和创造能力,将会成为适应社会发展需要、会竞争、能生存、能自觉地完善自我,追求自我价值实现的人。
3 中等医学职业教育运用建构主义学习理论。构建新型教学模式。必须积极发展现代教育技术
建构主义学习理论的方法、原则的实施,对教学情况的创设,需要现代教育技术的强有力支持,否则,将成为空中楼阁。建构主义学习理论是现代教育技术发展的时代选择。现代教育技术包括视听技术、计算机技术、多媒体计算机网络技术。中等医学教育的今天,视听技术已臻完善,计算机技术日臻成熟,多媒体网络技术和现代远程教育也指日可待。但是,有一点必须明确,发展现代教育技术,不仅是硬件的简单达标活评估,还应该在内涵上狠下功夫。研究现代技术条件下教育、教学的理论基础,探索可行性操作的教学模式。目前,主要任务就是努力探索现代教学理论,特别是建构主义学习理论对教学实践的知指导作用。
教学原则是根据教育目的和教学过程的规律制定的对教学工作的根本要求。现代信息技术条件下的教学过程和传统条件下的教学过程有了很大不同,中等医学教育的目的也发生了一些变化,因此,研究新条件下教学过程的规律,制定正确的教学原则,有着非常重要的意义。中等医学教育、教学运用建构主义教学理论指导应遵循的原则总结以下几条,仅供参考。
4.1教师的主导性和学生主体性相结合的原则
建构主义认为:学生是学习的主体,教学应该是学习者主动利用经验和已有知识建构新知识的过程,就这样可以充分调动以学生的主观能动性、积极性和创造性。但是,强调以学生为主,并非排斥“建构仍需教授”。学生思想品德的形成,人格的完善,情操的陶冶,思维的开启与培养,仍不能离开教师的示范与“灌输”。学生在建构知识的过程中,教师指导者、引导者、组织者、促进者的角色地位仍然非常重要,有时甚至“教与学”两方面在不同时刻、不同进度,其作用和地位大小可以相互转化。所以必须坚持教师的主导性的学生的主体性相结合的原则。
4.2学习过程的互动原则
建构主义学习模式下,教学过程是动态的、开放的。师生之间、生生之间,通过引导、协调、交流、辩论、合作完成对知识意义的建构。
4.3知识结构和学生认知结构相同原则
学生建构的知识就是在已有知识框架基础上,通过分析、判断、推理归纳,最后决定利用什么材料,吸收哪些知识,形成什么样的观点,与原知识结构怎样顺利地衔接起来。教师扮演着“工程设计师”的角色。教师的知识结构和学生个体的`知识结构应该相似,吻合。教师制定的目标,必须是结构的一部分,提供的材料是优质的并且是学生所需要的,创设的教学情境能引起学生的注意、兴趣和思考,能引起学生参与其中,从而构建起牢固的知识大厦。
除以上总结的三条原则外,从中等医学教育的实际出发,还应该贯彻科学性与思想性统一的原则、理论联系实际的原则、教学的循序渐进与促进发展的原则等,这些原则对提高中等医学教育、教学质量具有重要的现实意义。
随着中等医学教育的*,尤其是教材、课程、学科整合等*的逐步落实,对现代信息技术条件下培养全科型、专业型人才提出更高要求,也为建构主义学习理论在实践中的应用提供了更大的空问。只要坚持用新观念、新思想、利用新技术,经过大家不懈努力,就一定能探索出新路子。
2、现代继电保护和厂用电自动化技术论文
【摘要】我国现代化电网建设的速度提升,电力工业发展快速,这也让电力安全问题重要性日益提升,国家也十分重视整合电力网络的正常工作。当前对于继电保护技术的研究一直没有停止,以往的继电保护技术也无法满足当前电力发展的需要,所以,就需要应用现代继电保护技术,让电力系统能够稳定运行,本文分析了现代继电保护和厂用电自动化技术。
当前电力系统不断发展,这也对继电保护以及企业厂用电自动化技术提出了更高的要求,同时计算机技术、电子技术以及通信技术的高速发展,也给其不断注入活力。因此,需要科学有效的应用现代继电保护自动化技术,充分发挥出其作用。电力系统能否正常运行,直接关系到配电、发电系统以及电压变换系统等的运行情况,所以,如果出现短路问题,就会让整个系统都陷入瘫痪,进而影响供电质量,甚至会出现安全事故,所以提升继电自动化技术十分重要,通过对其进行应用,能够高效的对线路故障进行自动切断,进而让电力系统正常运行。
1.1在发电机中的应用
发电机是电力系统中不可或缺的一部分,所以,要想确保发电机的稳定运行,就需要有效的应用继电保护自动化技术。
1.1.1重点保护法
随着发电机使用时间的增加,其在运行中就会容易出现故障,特别是容易出现失磁故障,如果发生这一故障,就需要检修人员在检修的过程中把重点放在发电机上,要采取接地保护技术,进而防止系统出现短路的问题,解决发电机接地电流问题,让系统能够安全平稳的运行。
1.1.2备份保护法
对发电机采取继电保护自动化技术之后,系统能够按照发电机的具体运行情况进行有针对性的防护,在运行中出现故障的同时,系统就能够及时的将电源切断,防止对发电机造成更严重的损坏。这样就可以防止出现一些发电机外部问题,及时对故障范围进行控制。
1.2在线路保护中的应用
在电力系统中应用继电保护自动化技术,还能够对线路进行保护,就电力系统的自身本质来说,其内部线路构造较为复杂,线路是电力系统运行中不可或缺的载体,不管是发电机还是变压器等,要是没有线路连接,那么就算是设备功能性再好,也不能进行有效的运行,因此,就需要注重对于线路进行保护。在线路保护中,主要就是要保护线路实际接地环节,当前线路在接地时要想提升接地保护的保护效果,就需要做到几点:首先,要增加零序功率,如果产生接地故障,使得零序功率的方向发生改变,通常零序功率都有比较小的波动,所以,对接地故障的预测以及保护具有优势;其次,增加零序电流,如果产生接地故障,就能够让零序电流的速度提升,在这一过程中的操作敏感性较强,这样就能够在第一时间切断电源,进而对电力系统进行有效的保护;最后,增加零序电压,一般电力系统较为稳定,只要是正常的操作不会出现零序电压,但是如果产生接地故障,那么就会让对应的零序电压产生,其能够对零序电压进行有效的降低,进而及时的进行报警,在收到警报之后,维护人员就可以观察电压表数,进而做出合理的判断,明确接地故障的实际情况。
变压器在电力系统中具有重要作用,是其中的核心设备,其运行的情况会直接影响到电力系统整体的运行稳定情况,当前变压器的继电保护主要包括三种:
直接接地保护变压器应用的是零序电压保护方案,是将零序保护装置安装到变压器的接地线上,对于不接地保护的变压器,就可以采取零序电压的方式进行保护。1.3.2瓦斯保护当变压器油箱产生故障的情况下,在电弧的'作用下,会让绝缘材料以及绝缘油分解,进而导致出现危险气体,其具有易燃易爆的特征,所以,在电压器保护上,就要注重瓦斯保护,其在油箱产生闪络电弧故障的时候,继电保护装置就可以在第一时间将变压器的电源切除,进而发出告警信息。
其包括两种,即过电流以及阻抗保护,前者就是把电路继电保护装置安装到变压器电源的两侧以及时间元件上,电流元件在达到动作值和时间后会把电源切掉;后者就是在对线路设备进行保护时,侦知保护安装点至故障点间的阻抗值,达到动作值和时间后也会跳闸断路。
厂用电电气自动化包括两部分,分别是厂用电起动策略控制以及厂用电配电系统微机保护测控技术。其设计就是要全面利用计算机的优势,对各种运行信息进行实时的采集,且依据预定策略调整定值、对自起动负荷进行跟踪调节,或者是依据继电保护及控制的要求采取实时控制,利用通信技术能够将各种信息以及上级调度令进行上传或者是下发。每个电子自动化装置就是安装在相应的配电装置的开关柜上的,利用通信技术可以有效的组织所有的自动化装置,进而形成一个健全的DCS系统,就可以实现测量、保护以及控制的功能;保护测控装置能够对电气会理中的各方面进行实时的监测,且能够联系直流监控和其它智能电器,在电厂的总体控制系统中,其和分布式控制系统的远程I/O的地位是相同的,分布式控制系统能够对电气回路中的相关数据进行实时的监测,进而实现远方相关功能,如,远方保护定值、信息复归、负荷的远方控制等。在低压重要回路上,要是低压采取智能型开关,那么就可以利用通信方式对电气量进行采集,做到远方控制,如果采用的开关不是智能型的,就需要对控制装置进行测量,采集电气量且还需要向开关送出跳合闸节点。就单元机组来说,发电机、锅炉、厂用电系统以及汽机是一个整体,因此不会独立安排电气操作员站,要想对设备的运行情况进行了解和掌握,只需要在必要的情况下在继电保护环节安装一台只监视不控制的终端就可以。以后对发电机励磁系统、发电机出口高压开关、自动准同期系统等也能够利用通信管理单元进行DCS的接入,这样做就能够对分布式控制系统进行简化,只需要做到高层次的逻辑控制功能以及管理数据,剩下的操作逻辑就可以交给电气自动化装置来完成。DCS系统应用的是标准通用的软件和硬件环境,结构为开放式,网络使用Ethernet或者是Profibus。
Ethernet的网络拓扑结构能够结合具体情况选择网络,包括总线型网络和星形网络等,其在某处节点发生故障的情况下,只需要点击退出网络,就可以让剩下的结点不受到损坏。要想确保控制系统的实时性,可以采取两种措施来达成:一种是对节点的数目进行限制,进而减轻系统的负载情况,让其更好的运行,另一种就是应用交换以太网技术,可以在冲突域中将那些实时要求的域分离开,这样的方式是对外来通信量进行消除,进而可以有效提升信息传输的速度及质量;系统通信协议使用的是IEC61850,其和IECTC57电力系统的通信协议体系要求是相适应的,前者是IEC870-5的超集,能够把Profibus进行映射和包容,其优势就是在开放性以及适应性较好。方案示意图中的SNET级中的OPS和ENS,如果分布式控制系统和ECS系统的生产厂家不一样时,就需要进行设置,而如果二者的生产厂家相同时则没有必要,这样做就是要对上层系统结构进行简化,进而为调试电气系统提供便利。
和当前的电气进分布式控制系统方式对比,利用微机测控保护装置接入分布式控制系统具备其优势,这主要体现在:第一,电气自动化设备是在各个电气间隔分布的,实现了分布上的分层化,进而极大提升系统的可靠性;第二,各个自动化设备可以在底层就完成保护和测控,其电力系统是独立运行的,因此,就算是通信终端也不会对其造成影响,且其实时响应的速度也比较高,减少了分布式控制系统的硬件设备数量,进而让该系统的负荷减轻,提升运行效率;第三,数据交换变成计算机通信方式,这让其抗干扰的水平提升,损耗的电缆也少,可以节约很多的电缆,这就可以减少敷设电缆的工作量,相应的能节省很多的安装费用,结合变电站自动化经验以及费用因素,该系统在性价比方面存在较大的优势;第四,对二次设备进行简化,系统更加明确,在运行及检修系统方面较为便利;第五,过去只有重要的电气量才可以进入到分布式控制系统产情况,但是采取微机测控保护装置进分布式控制系统后就可以做到电气自动化,这极大的提升了运行及管理的效果,为减少员工增加效益奠定了基础;第六,让电气和分布式控制系统的控制能力一样,能够满足技术发展的要求,电气保护控制是一步到位的,这就防止再次改造,可以节省投资;最后,因为应用了微机保护,所以在保护定值修改方面可以实现智能动态化修改,远方就可以进行修改,这促进了运行的发展,让自起动的成功率得到提升。
3、结束语
综上所述,电力能源是我们生活和生产中不能缺少的重要能源,因此,让其能够持续稳定供应十分重要。在电力系统继电保护工作中避免出现操作失误的问题,这就需要应用继电保护自动化技术,让电力系统能够平稳的运行。
参考文献
[1]徐军.电力系统中继电保护技术的研究[J].商品与质量,2015(27).
[2]陈素贞,李翠文.浅淡继电保护自动化技术在电力系统中的应用[J]工程技术:全文版,2016(6).
[3]牟欣培.电力系统中继电保护自动化技术的应用与实现[J].科技与创新,2015(21).
3、能源互联网技术实现路径及实践的分析论文
在互联网高度发达的今天,信息对个人与公司的决策选择、国家的政策制定均产生影响。信息经济学是运用信息科学和经济学的方法从信息和经济的各个方面研究信息经济的基本理论、发展规律、运行机制和运作方法的一门学科,其主要研究的重点之一是信息对经济的影响。信息经济学认为,市场信息的透明是建立完全竞争市场的基础,市场信息流通越充分,资源将越趋近于最优化配置。
互联网正是一种快捷的传递信息的手段,有助于降低和消除信息的不对称。2015 年国务院发布《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》,希望进一步激发互联网与各领域的融合发展,促进中国经济提质增效升级。由于信息的不对称会产生交易成本,互联网可以提高信息的传播速度和传播量,降低信息不对称,从而降低交易成本,实现信息经济学中的帕累托最优,继而达到市场在资源配置中起决定性作用的目标。目前,在我们身边成功运用互联网改造行业发展业态的案例比比皆是,例如阿里巴巴、京东、滴滴等,其成功的核心均是利用互联网打造平台战略,通过互联网零边际成本、规模效应的特点,培育客户消费习惯,提高客户对公司产品及服务的需求粘度,降低中间成本和交易成本。
能源是人类活动的物质基础。尽管能源的形式多种多样,但是,经济性始终是能源的首要特征。我国正处于工业化发展阶段,能源需求巨大,而社会、经济的可持续发展对我国能源行业的发展提出了新的要求。鉴于互联网的突出优势和在经济社会各领域的成功实践,互联网与能源的结合也逐渐成为传统能源行业自我改造及转型升级的必然选择。
能源互联网的提出经历过几个阶段。自20 世纪以来,信息和通信技术领域的大量变革创新,为能源领域的进一步提升和发展提供了技术支持。在各种技术的推动下,能源领域先后出现了智能电网,综合能源系统与多能源系统以及能源互联网。目前较为主流的看法有三种 能源互联网模式。
1.1 以分布式可再生能源为中心的能源互联网
美国学者里夫金先后在其著作《第三次工业**》 中提到的能源互联网,以可再生能源为主要一次能源,产销一体成为能源生产与消费主要形式,由于可再生能源低能量密度、分散式的特点引发了产销者之间的合作意识,从而使得基于互联网技术建立开放网络、实现广域能源共享成为必然;这种网络支持超大规模分布式发电系统与分布式储能系统自由接入网络。其所倡导的能源互联网的内涵大体就是:从化石能源走向可再生能源,从集中式生产走向分布式生产,从封闭走向开放,从产权独占走向协同共享。
1.2 以跨区域电力输送*的能源互联网
全球能源互联网方案由中国国家电网公司提出,它是以特高压电网构建骨干电网,跨国输送清洁能源为主。该方案积极贯彻国家“一带一路”战略构想,是提高中国在国际能源领域影响力的首要举措,是未来能源互联网发展的重要方向之一。但是,国际间的任何能源合作与网络互连,均涉及复杂的*博弈,其实现的壁垒不在技术层面。该方案在短期内实现的可能性较低。
综合能源系统及多能源系统(以下统称综合能源系统)就是对能源系统中存在的不同能源形式进行优化组合,如热电冷联供发电机组通过高低品位热能的协调优化,以达到提升燃料利用效率的目的。因此,综合能源系统就是在规划、建设和运行等过程中,通过对能源的产生、传输与分配(能源网络)、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化后,形成能源产供销一体化系统。按能源形式划分,综合能源系统主要由电力系统、天然气系统(含氢系统)、热力系统(含供热、供冷)以及未来电气化后的交通系统等子系统构成。
2 符合我国能源禀赋特点的能源互联网
综合已有的各种定义与诠释,能源互联网实现了电力系统、天然气系统、供热系统和交通系统的耦合、互通和融合,如图1 所示。能源互联网发展的最终形态是实现大能源系统的重塑与融合。电力是各种形式能源产品的最重要的消费方式,是经济、能源市场发展的晴雨表,同时控制手段丰富。因此,未来汇聚多种能源系统的能源互联网必将以电力系统*,其他系统为辅的复杂网络形态。
现阶段,能源互联网在中国的现实意义主要有两点:一是通过能源互联网中“ 源- 网- 荷-储”中“ 源源互补”、“ 源网协调”、“ 网荷储互动”3 种方式实现协调优化,从而扩大可再生能源并网规模,克服供应侧与负荷侧双侧随机性带来的挑战,弥补我国目前电源结构中灵活性资源不足的缺陷;二是通过互联网手段改造我国的电、气、热以及交通等传统行业,提高市场透明度,减少中间环节,降低用能成本, 提高能源利用效率。
从发展方向来看,一方面,在不同能源形式的纵向产业链上面,通过消除和简化能源生产、运输、配送到消费各个环节中的非必要流程,提高能源利用效率;另一方面,在不同能源之间构建横向平台,梯级利用能源,发挥不同能源品位高低的特点,提高能源利用效率。但是,在能源互联网的探索中,美国、欧洲、日本对能源互联网均有各自不同的侧重点,因此我国也应该以国家的资源禀赋条件为前提实践能源互联网。未来的能源必然转向以可再生能源为主,风能、太阳能、水能将成为主要的一次能源。在我国中东部地区,能源需求强度高,但是各种自然资源非常有限,风能、太阳能由于自身能量密度较低,所以,可再生能源供给方式无法满足中东部地区的能源需求;在我国西北部地区,不仅集中了我国主要煤炭、石油、天然气等化石资源,而且蕴含着丰富的风能、太阳能等非化石能源。因此我国未来的能源互联网将形成以中东部可再生能源优先就地平衡、西北部化石能源和非化石能源管网集中单向输送的格局。
能源互联网不同于其他行业+ 互联网,其突出的特征是保持供给侧与负荷侧、生产侧与消费侧的实时平衡。结合能源实时平衡的`特征,根据上述能源互联网的现实意义,现阶段能源互联网的实现路径可分为3 大类:一类是通过大能源系统的降阶简化,将寻求整体解决方案转为局部问题优化,各能源互联网局域网络、本地化网络在内部能源消费供给自平衡的基础上,再寻求外部能源的支撑;另一类是通过储能环节实现供给侧与负荷侧的解耦,利用储能环节缓冲供给侧的随机波动性,按需配给负荷侧对能源的需求,同时保证供给侧的持续高效生产,提高供给侧产能利用率;第三类是通过跨能源种类的优化,发挥不同能源各自的优势,以综合能源效率最高的形式,解决能源供给侧与负荷侧的实时平衡。
能源微网的建立实际是通过局部优化替代整体决策。集中决策的优点是可以实现全局的整体优化,但其实现的前提是需易于建立研究对象数学模型。从控制论的观点来看,集中决策的特点在于准确获取对内控制对象、对外扰动信息,依据这些信息集中进行控制决策。因此,当整个系统阶数较低、数学模型较简单时,系统外部扰动信息没有动态变化,决策中心有能力掌握绝大部分系统信息时,整体决策是科学、有效的。然而,随着系统阶数增加,系统外部扰动信息量实时变化时,决策中心全面获取系统信息,并针对每个系统环节的利益关注,构建协调全局优化并兼顾个体需求的集中决策模型的难度将大大增加。最终,当系统规模和外部扰动信息获取成本增加到一定程度,集中决策将变得不科学、不可行。
分散化的微平衡决策,依控制论观点就是一个完全由市场机制决定的负反馈闭环控制系统,在这个系统中,市场环境中的客观规律充分作用。这时的子系统(市场主体)直接面对市场多变环境,参与市场竞争,作出各种决策,因此子系统对于内部变化和外部干扰极为敏感,适应能力强。以电力系统、油气系统、热力系统为主体构成的能源系统规模庞大,体系复杂。因此,能源系统整体层面的信息快速处理、科学决策变得越来越困难,需要进行分散化处理,对系统进行降阶简化,以便于子系统简单数学模型下局部自平衡决策的形成。
互联网技术的发展降低了信息获取成本,加快了信息流通速度,缩减了信息传递环节,为分散化交易提供了可能。因此,与传统能源、电力行业相比,能源微网中的自平衡实现了个别能源供应者和消费者之间的自发、自主的能源交易,实现局部的自我平衡,垂直层级集中决策的管理运营方式向分散化决策的局部微平衡转变。
由于风电和光伏发电具有低能量密度、波动性和间歇性的特征,导致未来新增电力装机的容量置信度较低,电力系统供电可靠性存在下降的可能。以电储能为主要代表的储能技术具备双向功率调节能力和灵活调节特性,可以显著提高系统对分散可再生能源的接纳能力。一方面满足了负荷侧对电力随机、波动性的需求;另一方面,在用电低谷期将风电、光伏发电电能储存起来,待用电高峰期再释放,降低对燃煤电厂调峰调频的要求,使得燃煤电厂保持在较高的运转效率,减少燃煤电厂的污染物排放,实现供给侧与负荷侧的解耦。
对于电力系统应用而言,储能系统的基本技术特征体现在功率等级及其作用时间上,储能的作用时间是区别于电力系统传统即发即用设备的显著标志,是储能技术价值、电力时间的重要体现。储能所拥有的这一独特技术特征将改变现有电力系统供需瞬时平衡的传统模式,在能源**中发挥重要作用。
3.3 综合能源系统
传统的能源系统运行、规划局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统的内部,无法充分发挥它们之间互补优势和协同效益。综合能源系统作为能源互联网中的物理部分,能为多种能源协调、综合利用提供平台,通过各种热—电、电—气、气—电—热等耦合装置实现多系统优化。一方面,作*的电力系统目前无法解决大规模高效存储电力储能问题,综合能源系统将电力系统中无法有效解决的储能问题提升至整个能源相关系统的层次,建立统筹协调,利用天然气系统、热力系统及电气化的交通系统在能量储存方面的特点弱化供给侧与负荷侧的强耦合联系。另一方面,负荷侧对能源需求多样化、随机性的客观要求为综合能源系统从能量梯级利用的角度解决不同能源形式的组合提供了可能。
多种能源协调运行,可发挥不同系统的优势和潜力,丰富可再生能源消纳途径,扩大可再生能源消纳空间,促进可再生能源的消纳。同时,多种能源的统筹考虑可以在更大范围内实现资源优化配置,提高能源利用效率。
神华集团是以煤为基础,集电力、铁路、港口、航运、煤制油与煤化工为一体,产运销一条龙经营的特大型能源企业,是目前我国规模最大、现代化程度最高的煤炭企业和世界上最大的煤炭供应商。目前,神华集团在清洁能源发展战略的指引下,沿着化石能源清洁化、新能源规模化两条路径积极实施转型发展。为推进清洁能源战略落地,神华集团正在全方位、多领域开发建设能源互联网项目,在能源微网、综合能源系统以及储能技术研究等方面重点开展工作。
4.1 北七家能源微网
在北京神华北七家科技园区围绕3000kW 分布式光伏发电系统构建源—储—荷型小型微电网,实现微电网的孤岛转并网、并网转孤岛方式的自动切换。并网运行模式下,光伏发电系统、蓄电池储能系统、氢储能系统并网运行,储能用双向逆变器既可以在并网充电模式下也可以在并网放电模式下工作;孤岛运行模式下,以电池储能系统和氢储能系统(双向)作为独立运行模式的主控单元,双向储能逆变器无缝切换,电池向母线供电,光伏发电、负载正常运行,实现系统孤岛运行。
通过部署分布式光伏发电系统和能源传感器系统,并利用物联网技术,研究开发基于大数据技术的分布式能源供需双侧资源协同优化调度系统,构建多类能源耦合运行、智能运维的智能微网综合开发运营平台系统,帮助电力的经营管理者挖掘用能数据,完成高度精确的预测需求,为能源用户提升用能、用电体验,引导其有意识地调整优化自身用电方式,从而实现显著的节能降耗。
4.2 氢储能及电池储能系统
除了传统的电池储能,与电解水技术和燃料电池技术相结合的电—氢—电的模式近年来被认为是可以大规模应用的储能技术,低谷电时,利用电解水制氢并储存,高峰电时利用储存的氢气供给燃料电池发电,从而完成电—氢—电的储能路径。
神华集团在北七家能源微网系统基础上,建设900kW,9MWh 大容量储能示范工程。利用传统电池储能技术的双向存储特点,结合以氢气为载体、以电解水制氢和燃料电池发电为实现形式的储能方式,采用双向、单向两种能力存储模式,根据峰谷时段电价差异,开发储能调峰应用系统,利用低谷时段电价给储能系统充电,在峰值时段放电,减少峰值时段的用电量,降低电网在高峰时段的用电压力,减少电费支出。
储能系统常规时间工作在峰时段放电、平时段待机、谷时段充电的调峰模式。基于不同的控制策略,系统还可以实现应急备用、电能质量管理与控制、负荷跟踪与补偿、分布式发电管理与平滑等功能。据此,在储能系统中,进行自设备、子系统至整个系统的多层级综合控制管理,实现储能系统不同工作模式下设备、子系统的协调控制及系统在不同工作模式之间的平滑切换。
4.3 富平综合能源系统
2012 年,神华集团在富平高新区开发2×350MW超低排放热电联产项目,计划2017 年10 月两台机组全部投产。为响应能源“四个**、一个合作”能源发展战略思想、践行五大发展理念,神华集团依托2×350MW 热电联产机组,建立多能源互补、集中与分布式供应相结合的能源生产系统,开发区域综合能源示范项目,为所在区域提供一体化能源服务。该项目已正式纳入国家能源局首批多能互补集成优化示范工程。项目践行“煤炭绿色开采、绿色运输、绿色储存、绿色转化”的清洁发展路线,实现以电替代油、电替代天然气、汽替代所有散烧锅炉、低品质蒸汽制冷替代电制冷,达到终端用能零碳排放。
能源互联。从能源生产角度,建立区域智能能源供应网络,能源供给方以富平热电厂为主,以光伏、风力发电等分布式可再生能源进行补充,经过能源转换,实现“电、热、汽、冷、水”五联供;从能源传输角度,物理层面采用综合管廊传输,避免由于敷设和维修地下管线频繁挖掘道路而对交通和居民出行造成影响和干扰,保持路容完整和美观;便于各种管线的敷设、增减、维修和日常管理;有效利用了道路下的空间,节约了城市用地;从能源消费角度,园区内推广智能家电、智能电动汽车、智能充电桩、智能储能设施和其他智能用电设备,可以通过互联网实现互联和控制。园区内发电设施、企业或家庭的智能储能设备,可以在用电低谷、电价较低时自动进行储能,在用电高峰或电价高时自动放能自用或出售给其他用户,降低园区从大电网获取能源的能源总量,起到虚拟调峰电站的作用。
信息互联。通过工业控制网络、电力网络、互联网,实时感知工业园区内固定消费端、电动汽车等移动消费端、储能设备和屋顶光伏发电等可再生能源节点的接入、断开和消费信息,对“电、热、汽、冷、水”进行实时高效配置,实现能源调度智能化,提高能源生产效率。综合能源供应中心所有设备实现数字化、网络化、透明化,配备智能分析软件,实时采集设备的状态特征和运行过程数据,实现故障预判和预测性维护,实现设备运行优化管理,提高安全运行水平和对能源的利用率。建立基于网络化的智能感知、计量、控制和保护设备,搭建覆盖能源生产、传输和消费全部环节的能源物联网,实现自动计量和自动交易。建立智慧能源管控系统,通过基于分布式能源调度模型的发电功率预测、用能预测、协调调度、节能潜力分析以及用能优化与管理等核心技术,实现区域中的能源一体化优化调度,并引入大数据分析等技术,综合管理区域资源,实现经济。安全和高效的能源分配和管理,有效提升能源使用效率,降低单位GDP 能耗。基于智慧能源云服务平台,建立实现园区内能源交易和其他相关服务的商务平台,在云计算平台上对各生产节点和消费节点实现全自动无人化交易结算。可以收集生产和消费数据,形成大数据,并基于大数据实现能源管理智能化分析应用,比如帮助家庭消费者分析其用能数据,提供用能节能服务。价值互联。综合能源系统为能源生产、配送、消费方提供了新业务和商业模式机会,为相关方资金流的互通提供了平台,促进物理与虚拟融合,提升对能源需求的满足程度;新的生产、管理和交易方式通过提升生产效率、去中介化降低交易成本,创造效率价值,提升了能源需求满足过程中的效率。
该系统改变了传统能源供应体系中条块分割的局面,以能源源层、五联供动力模块层、综合管廊输送层、控调中心层以及需求层等五个不同层面协调不同能源利用形式,通过各类能源的梯级利用,能源的一体化开发和二次优化集成,使得区域综合能源效率达到70% 以上。项目通过建设基于互联网+ 能量平衡管理(EMS)+ 需求侧管理(DSM)的智慧能源系统,在供给侧实现能量的平衡与调配,能源的协调与互补;在需求侧实现服务与管理,提供用能解决方案;构建起一体化数据平台,实现供给侧与需求侧信息流互动、能量流互动、资金流互动。
5 结语
互联网与传统行业的结合,通过互联网打造平台战略,由于能源行业的特殊性—供给侧与消费侧的实时平衡,所以能源互联网相对于一般的“互联网+ 传统行业”具有更加丰富的内容。由横向平台、纵向产业链构成的能源互联网,实现了不同能源产品(煤、电、热、气)的优化组合与能源供给消费(源、网、荷、储)的实时动态平衡。
我国的能源互联网,通过互联网手段和思维,解决能源产业整体效率问题(包括生产效率、传递效率、使用效率、转化效率等等),既包含二次能源,也兼顾一次能源。通过整合不同类型能源的生产、转化(一次能源与二次能源的转化、能源形式间的转化)、传输、储存、配送、使用各环节,对环节中信息流、能量流、资金流进行优化和重构,在生产、消费环节增强能源价值创造能力,在输配环节提高能源价值传递环节效率,通过互联网手段实现对传统能源体系的变革,以市场为手段配置资源,在能源供需上实现局部平衡、帕累托最优,构建高效、绿色、智能的现代能源产业体系。
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