1、节能型变电站的经济效益和社会效益分析 金昀 摘要：本文分析变电站建筑围护结构采用节能措施以及变电站采用新型墙 体、商品砂浆、商品混凝土、节能站用变压器、节能照明光源、变频风机 空调、温湿度控制器和太阳能 9 项节能措施后的经济效益和社会效益，论 述变电站如何通过节约的电费收回了因采用节能措施后而增加的投资，具 有良好的经济效益和社会效益。 关键词：节能型变电站；经济效益分析；社会效益分析 Abstract: This article analyses the economic benefit and social benefits of applying nine energy saving
2、technology, such as energy saving technology on building envelop of an electrical substation, Modern Wall Material, Prefixed Cement Mortar, Premixed Concrete, Energy Saving Lighting, Inverter Blower and Inverter Air Conditioner, Temperature and Humid Controller, Solar Energy, and etc. It also demons
3、trates how the investment on energy saving technology can be paid off by reducing power consumption, which shows better economic benefits and social benefits than without such technologies. Keywords: Energy saving electrical substation, analysis of economic benefit, analysis of social benefit. 近年来，国
4、家电力公司充分认识到自己的社会责任，把节约能源，提 高能效，减少环境污染作为企业持续、 健康发展的内在动力， 以“节能降耗，1可持续发展“为主题，规划了十五期间的节能目标。实现这一目标的主要措 施是：依靠科技进步，推行技术节能，积极推广节能新技术，新材料，新 工艺，支持鼓励节电技术和节能产品的开发、应用，这是取得节能效果的 有力措施。我院也积极开展了绿色环保节能型变电站应用前期研究，主要 研究了变电站建筑围护结构采用节能措施、新型墙体、商品砂浆、商品混 凝土、节能站用变压器、节能照明光源、变频风机空调、温湿度控制器和 太阳能等 9 项节能措施，这些技术节能措施已在 110kV 封周变电站的设计
5、 中进行了推行。那么变电站由于采用节能措施后而增加的投资，能否通过 节能降低运行成本来实现经济运行呢? 其经济效益、社会效益到底如何 呢？下面以 110kV 变电站（B 型站）和 220kV 变电站（集控站）两个示范 工程来进行节能措施的经济效益和社会效益的分析。 1. 建筑围护结构采用节能措施后的效益分析 （1）110kV变电站 变电站围护结构采取节能措施后，其成本约增加 50 元/m275 元/m2, 110kV 变电站的建筑面积为 2480m2，所以工程建筑投资约增加 124000 元 186000元。围护结构采取节能措施后，一般可节能25%。对变电站而言， 围护结构采取节能措施后，对空
6、调的用电量影响较大，因此主要考虑空调 的节能费用。经计算，一般空调可节电30%50%，本报告按45%计算。110kV 变电站因无人值班，空调的全年开启时间按2160小时计算，空调的年用电 量约为30kW*2160小时=64800度，年节电量为 64800度*45%=29160度，每 度电按0.79元考虑，则全年节约电费为23036元。围护结构因采取节能措 施而增加的投资可通过每年节约的电费来收回投资，静态投资回收期约为258年，动态的投资回收期应为更理想。 如果从 LCC 角度来进行变电站围护结构采取节能措施（方案 A）和未 采取节能措施（方案 B）两个方案的全寿命周期评价，计算期按建筑物的
7、全寿命周期考虑，方案 A 和方案 B 的寿命周期经测算基本相同一般为 50年，残值不计。年度维护修理费用两个方案相差不多，基本相同，所以 在方案比选中可不考虑年度维护修理费用。基准收益率设定为8%。根据上 面计算出的期初投资和每年节电费用（可将每年节电费用作为收益） ，计算 出两个方案的净现值： NPV(A)=-186000+23036(P/A,8%,50)=-186000+23036*12.233=958000 方案A 可行 NPV(B)=0 方案B 可行 计算增量投资的内部收益率IRR: AW( A-B）=-186000(A/P, IRR,50)+23036=0 i=12%, -18600
8、0(A/P,12% ,50)+23036=-186000/8.304+23036=637.16 i=13%, -186000(A/P,13% ,50)+23036=-186000/7.675+23036=-1198.53 IRR=12%+637.16*(13%-12%)/(637.16-(-1198.53)=12.35%i c =8% 选择初始方案投资大的方案， 即变电站围护结构采取节能措施的方案。 （2）220kV变电站 220kV变电站的建筑面积为 9638m2，所以工程建筑投资约增加481900 元722850元。220kV变电站考虑有人值班，设备间内的空调的全年开启时3间按 2160
9、小时计算，有人值班的房间内空调的全年开启时间按 4320 小时 计算，空调的年用电量约为 64.4kW*2160 小时+19.3kW*4320 小时=222480 度，年节电量为 222480 度*45%=100116 度，每度电按 0.79 元考虑，则全 年节约电费为 79092 元。围护结构采取节能措施而增加的投资可通过每年 节约电费来收回投资，静态投资回收期约为 69 年，动态的投资回收期应 为更理想。 如果从 LCC 角度来进行变电站围护结构采取节能措施（方案 A）和未 采取节能措施（方案 B）两个方案的全寿命周期评价，计算期按建筑物的 全寿命周期考虑，方案 A 和方案 B 的寿命周期
10、经测算，基本相同一般 为50年，残值不计。年度维护修理费用两个方案相差不多，基本相同，所 以在方案比选中可不考虑年度维护修理费用。基准收益率设定为 8%。根据 上面计算出的期初投资和每年节电费用（可将节电费用作为收益） ，计算出 两个方案的净现值： NPV(A)=-722850+79092(P/A,8%,50)=-722850+79092*12.233=244682 0 方案A 可行 NPV(B)=0 方案B 可行 计算增量投资的内部收益率IRR: AW( A-B）=-722850(A/P, IRR,50)+79092=0 i=10%, -722850(A/P,10% ,50)+79092=-
11、722850/9.915+79092=6187.31 i=12%, 4-722850(A/P,12% ,50)+79092=-722850/8.304+79092=-7956.41 IRR=10%+6187.31*(12%-10%)/(6187.31-(-7956.41)=10.87%i c =8% 选择初始方案投资大的方案， 即变电站围护结构采取节能措施的方案。 2. 采用新型墙体的效益分析 （1）110kV变电站 110kV 变电站采用新型墙体材料，如小型混凝土空心砌块后，平均每 生产1万块240粘土砖的新型墙体材料，可节约能源0.62吨标准煤。经统 计，110kV变电站的240粘土砖数量
12、约为29 万块，节约标准煤为0.62吨/ 万块*29万块=18吨。 （2）220kV变电站 220kV变电站的240粘土砖数量约为 68万块，采用新型墙体材料 小型混凝土空心砌块后，节约标准煤为0.62吨/万块*68万块=42.16吨。 3. 采用商品砂浆的效益分析 变电站采用商品砂浆替代现拌的砂浆后，可节约水泥1.25吨/100m2， 节约石灰 0.99吨/100m2，节约黄砂1.45吨/100m2，可利用粉煤灰 2.46吨 /100m2。 （1）110kV变电站 110kV 变电站的商品砂浆用量约为 500 吨，可节约水泥 31 吨，石灰 24.55吨，黄砂36吨，可利用粉煤灰61吨。 （
13、2）220kV变电站 220kV 变电站的商品砂浆用量约为 1950 吨，可节约水泥 120.48 吨，5石灰95.42吨，黄砂139.75吨，可利用粉煤灰237.09吨。 4. 采用商品混凝土的效益分析 经测算，变电站采用商品混凝土替代现拌的混凝土后，可节约水泥约 10%。每节约1吨的水泥，可减少排放1吨CO2、0.74公斤SO2、0.13吨粉 尘，消耗 1.3吨石灰石资源。 （1）110kV变电站 110kV变电站全站的混凝土用量约为 2700m3，水泥用量约为1320吨， 采用商品混凝土后， 节约水泥用量约为132吨。 同时可减少排放 132吨CO2、 0.98吨SO2、17.16吨粉尘
14、，消耗171.6吨石灰石资源。 （2）220kV变电站 220kV变电站全站的混凝土用量约为 8058m3，水泥用量约为3225吨， 采用商品混凝土后节约水泥用量约为 322.5 吨。同时可减少排放 322.5 吨 CO2、2.39吨SO2、41.925吨粉尘，消耗419.25吨石灰石资源。 5. 采用节能站用变压器的效益分析 初期投资以非晶和金变压器为例，由于取向硅钢价格因成本问题已有 原先的 2 万/吨上升到目前的 3.8 万元/吨左右，并且未来几年下跌的空间 也不大。而非晶铁芯价格一直相对稳定在3.6 万元/吨上下。因此相同规格 下两种变压器的市场价格比已由数年前的1：2 回落到目前的1
15、：1.3以下， 采用非晶和金变压器的相对成本大幅下降。 （1）110kV变电站 110kV 站内 80kVA 的站用变，常规变压器的价格在 3.2 万元左右，非 晶和金变压器的价格约为 4 万元左右，但非晶和金变压器总损耗约比常规6变压器小 0.5kW 左右，以每度电费 0.79 元计，每年可节省电费 3460 元， 即3年内可收回初期增加的投资。 （2）220kV变电站 220kV站内500kVA的站用变，常规变压器的价格在8.5万元左右，非 晶和金变压器的价格约为11万元左右， 但非晶和金变压器总损耗约比常规 变压器小 2.5kW左右，以每度电费0.79元计，每年可节省电费17301元，
16、即2年内可收回初期增加的投资。 6. 采用节能照明光源的效益分析 常规灯与 LED灯经济费用比较表 灯具 价格（元） 额定电流（A） 节约的电费 价差（元）/ 小时 多投入的费用 回收时间（小 时） 常规500W投光灯 2800 2.84 等效100W LED灯 4500 0.45 0.32 5313 常规150W投光灯 1800 0.85 等效40W LED灯 2400 0.18 0.09 6667 常规2*36W荧光灯 800 0.65 等效20W LED灯 1200 0.09 0.075 5333 （1）110kV变电站 7110kV变电站照明灯具统计 如果全站采用 LED 灯，110k
17、V 变电站总的初期投资将增加 34800 元， 但按每年开启 2000 小时计算，仅主要的投光灯和荧光灯即可节约费用 11300元/年，即3 年可收回初期增加的投资。 （2）220kV变电站 220kV变电站照明灯具统计 220kV 集控站总的初期投资将增加 180200 元，但按每年开启 2000 小8时计算，仅主要的投光灯和荧光灯即可节约费用66180元/年，即3年可收 回初期增加的投资。 7. 采用变频风机空调的效益分析 （1）110kV变电站 一座110kV变电站中， 一般在10kV配电装置室和控制室内配置有空调 设备，根据统计这些配电装置室中的空调总的容量为30kW，而在变电站的 日
18、常运行中，站用电系统的负荷约为 60kW，空调负荷约占变电站日常站用 电负荷的 50，由此可见空调负荷是变电站日常运行中的主要用电负荷。 110kV 变电站按全年开启空调总共 90 天计算，共需消耗电量：64800 度， 每度电按0.79元考虑， 则全年的电费为： 51192元， 空调设备的费用为60000 元。如改用变频式的空调，则最大可节省50的用电量，即全年可节省电 费 25596 元，但变频式空调设备的费用需增加 60000 元。两者相比较，多 付出的初期投资一般3年即可回收。 （2）220kV变电站 一座220kV变电站（集控站）中，一般在35kV配电装置室、通讯机房、 蓄电池室、继
19、电器室、控制室、值班室内配置有空调设备，根据统计这些 配电装置室中的空调总的容量为：140kW，而在变电站的日常运行中，站用 电系统的负荷约为： 280kW， 空调负荷约占变电站日常站用电负荷的50， 由此可见空调负荷是变电站日常运行中的主要用电负荷。220kV 变电站设 备间内的空调的全年开启时间按2160小时计算， 有人值班的房间内空调的 全年开启时间按 4320 小时计算，空调的年用电量约为 64.4kW*2160 小时 +19.3kW*4320小时=222480度， ，每度电按0.79元考虑，则全年的电费为：9175760 元，空调设备的费用为 280000 元。如改用变频式的空调，则
20、最大 可节省50的用电量，即全年可节省电费87880元，但变频式空调设备的 费用需增加280000元。 两者相比较， 多付出的初期投资一般3年也可回收。 8. 采用温湿度控制器的使用产生的经济效益 （1）110kV变电站 110kV 终端变电站内 10kV 配电装置室内共设置有 59 台开关柜，共配 置有 411509506600W 的加热器。他们产生的热量是相当客观的， 而且每面需要消耗大量的电量， 以每年运行90天来计算消耗的电量为： 6.6 2490=14256度，电费按 0.79元/度计，则每年将花费11262元。若设 置温湿度控制装置， 则可在环境温度和湿度真正未满足运行要求设定值时
21、， 再自动投入开关柜内的加热器，故最大也可节省约 50%的电能，即节约电 费5631元。 而一套这样的智能装置加上增加的线缆费用总共不到2万元左 右，即110kV站4年可收回初期投资。 （2）220kV变电站 220kV 变电站内 35kV 配电装置室内共设置有 56 台开关柜，共配置有 38300920013200W的加热器，以每年运行90 天来计算，消耗的电 量为： 13.22490=28512度， 电费按0.79元/度计， 则每年将花费22524 元。按最大也可节省约50%的电能，即节约电费11262元。220kV站2年即 可收回初期投资。 9. 采用太阳能产生的经济效益 （1）110k
22、V变电站 根据 110kV 变电站典型站设计方案，太阳能光伏系统拟安装光伏组件10400m2左右，安装总容量54kWp，需投入的费用为259.2万元。安装总容量 54kWp的太阳能光伏系统，年发电总量在5.4万kw h 左右， 每度电按6.95 元计算，全年全站可产生收益375300元。太阳能发电的发电成本主要包括 折旧、维修费、和利息支出，如果工程资本金为总投资的 30%，贷款利率 为 6.84%（按年计息） ，投产后 10 年本息等额还清贷款。太阳能光伏系统 使用年限取20年，综合折旧率按6.67%考虑，维护修理费按固定资产总投 资的 0.25%估算，以后各年增长率为 2%。根据财务分析计
23、算后，8 年即可 收回投资，全部投资的财务内部收益率（税后）为 10%左右，项目是可行 的。 另外与相同发电量的火电相比，每年可为电网节约标煤约17吨（火电 煤耗按315g/kWh计） 。 （2）220kV变电站 根据 220kV 集控站典型太阳能光伏系统设计方案，太阳能光伏系统拟 安装光伏组件 1370 m2 左右，安装总容量 185kWp 左右，需投入的费用为 888 万元，年发电总量在 18.5 万 kwh 左右，每度电按 6.95 元计算，全 年全站可产生收益 1285750 元。太阳能发电的发电成本主要包括折旧、维 修费、和利息支出，如果工程资本金为总投资的 30%，贷款利率为 6.
24、84% （按年计息） ，投产后 10 年本息等额还清贷款。太阳能光伏系统使用年限 取20年， 综合折旧率按6.67%考虑， 维护修理费按固定资产总投资的0.25% 估算，以后各年增长率为 2%。根据财务分析计算后，8 年即可收回投资， 全部投资的财务内部收益率（税后）为10%左右，项目是可行的。 另外与相同发电量的火电相比，每年可为电网节约标煤约66.7吨（火11电煤耗按 315g/kWh计） 。 根据 220kV 集控站典型站太阳能热水系统设计方案，热水系统拟配置 60 平方米的太阳能集热器，需投入的费用为 15.8 万元。上海地区集热器 采光面上的年平均日太阳辐照量为12220kJ/m2，
25、如果集热器的年平均集热 效率按0.45、贮水箱和管路的热损失率按0.2计，则整个热水系统每年对 太阳能的有效利用值约为 96.34GJ。与常规变电站采用电热水器相比，每 年可节约电量2.68万kwh，折合标煤约8.4吨。 10. 结论 （1）经济效益评价 a) 节能效果 综上所述，在采取建筑围护结构节能措施、新型墙体、商品砂浆、商 品混凝土、节能站用变压器、节能照明光源、变频风机空调、温湿度控制 器和太阳能等 9 项节能措施后，可以节约电力、水泥或原煤，将节约的电 力折合为标煤（火电煤耗按 315g/kWh 计） ，节约的水泥也折合为标煤（按 每生产1 吨水泥耗煤240kg计算） ，结果见下表
26、。 表1 一次性节能效果汇总表 序 号 节能措施 节能名称 110kV站 折合 标煤（t） 220kV站 折合 标煤（t） 1 新型墙体 节煤（t） 18 18 42.16 42.2 2 商品砂浆 节约水泥（t） 31 7.4 120.48 28.9 3 商品混凝土 节约水泥（t） 132 31.7 322.5 77.4 合 计 57.1148.512表2 每年节能效果汇总表 序号 节能措施 节能名称 110kV站 折合 标煤（t） 220kV站 折合 标煤（t） 1 建筑围护结 构 节电（kWh） 29160 9.2 100116 31.5 2 节能型站用 变 节电（kwh） 4380 1.
27、4 21900 6.9 3 新型灯具 节电（kwh） 18525 5.8 108492 34.2 4 变频空调 节电（kwh） 32400 10.2 111240 35.0 5 温湿度控制 器 节电（kwh） 7128 2.2 14256 4.5 6 太阳能利用 节煤（t） 17 17 66.7 66.7 合计 45.8 178.8 从表1和表2可以看出110kV节能型变电站可一次性节约标煤57.1t， 每年可节约标煤 45.8t；220kV 节能型变电站可一次性节约标煤 148.5t， 每年可节约标煤178.8t。因此节能型变电站的节能效果是十分明显的，达 到了节能标准。 b) 增加的投资和
28、投资回收期 通过效益分析，因采取节能措施而增加的工程投资，可以通过每年节 约电费的收益来收回投资，投资回收期计算结果见下表。 13表3 增加的投资和投资回收期汇总表 110kV站 220kV站 序号 节能措施 增加投资 （万元） 投资回收期 （年） 增加投资 （万元） 投资回收期 （年） 1 建筑围护结构 12.418.6 58 48.1972.29 69 2 新型墙体 6 - 14.07 - 3 商品砂浆 10.5 - 40.95 - 4 商品混凝土 20.52 - 61.24 - 5 节能型站用变 0.8 3 2.5 2 6 新型灯具 3.48 3 18.02 3 7 变频空调 6 3 2
29、8 3 8 温湿度控制器 2 4 2.25 2 9 太阳能利用 259.2 8 888 8 合计 322328 11031127 从表 3 可以看出 110kV 节能型变电站因采用节能措施而增加的费用为 322328 万元，占变电站总投资约 6.4%，单项措施最长的投资回收期为 8 年；220kV节能型变电站因采用节能措施而增加的费用为11031127万元， 占变电站总投资约 5.8%左右，单项措施最长的投资回收期为 9 年。可见 110kV、220kV节能型变电站具有良好的经济效益。 （2）社会效益 a) 建设绿色环保节能型变电站是合理利用能源，落实上海“十一五” 节能目标的重要举措。充分降
30、低不可再生能源的消耗，积极开发利 用可再生能源（如太阳能）是节能工作的重中之重，具有巨大的社 会效益。 b) 绿色环保节能型变电站的建设、运行过程中，从建筑材料、设备的14设计、采购、施工等各方面采取了节能措施，节约了一次能源原煤， 二次能源电能，从而也减少了二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排 放量，减少了大气污染，为保护环境作出了贡献。 c) 绿色环保节能型变电站的建设在工业建筑中是标志性的建筑，具有 首创性和开拓性。因此，将极大地推动工业建筑的节能步伐，具有 良好的社会效益。 作者简介：金昀，国家注册造价工程师，国家注册咨询 工程师，高级工程师，任职于上海电力设计院有限公司技经 室。 联系方式：上海市重庆南路 310号 2108室，邮编200025 电话：021-34015418转 4781 15
