第1章 緒論

1.1 電力系統(tǒng)的基本概念

1.1.1 電力系統(tǒng)的組成

電能是現(xiàn)代社會的主要能源，它在國民經(jīng)濟和人民生活中起著極其重要的作用。一個完整的電力系統(tǒng)由各種不同類型的發(fā)電廠、變電站、輸電線路及電力用戶組成。在發(fā)電機中機械能轉(zhuǎn)化為電能，變壓器、電力線路輸送分配電能，電動機、電爐、電燈等用電設(shè)備消費電能，在這些用電設(shè)備中電能轉(zhuǎn)化為機械能、熱能、光能等。這些生產(chǎn)、輸送、分配、消費電能的發(fā)電機、變壓器、電力線路、各種用電設(shè)備聯(lián)系在一起組成的統(tǒng)一整體,就是電力系統(tǒng)。

1.發(fā)電廠

發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)換成電能，根據(jù)一次能源的不同，有火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠和核能發(fā)電廠。此外，還有風力發(fā)電廠、地熱發(fā)電廠和潮汐發(fā)電廠等。另外，還有各種新能源發(fā)電形式，詳見本章1.1.2節(jié)的敘述。

火力發(fā)電廠將煤、天然氣、石油的化學能轉(zhuǎn)換為電能。我國火力發(fā)電廠燃料以煤炭為主，隨著西氣東輸，將逐步擴大天然氣燃料的比例。火力發(fā)電的原理是，燃料在鍋爐中充分燃燒，將鍋爐中的水轉(zhuǎn)換為高溫高壓蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)出電能，如圖1-1所示。

水力發(fā)電廠將水的位能轉(zhuǎn)換成電能。其原理是水流驅(qū)動水輪機轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。按提高水位的方法，水力發(fā)電廠有堤壩式水電廠、引水式水電廠和混合式水電廠3類。堤壩式水電廠是在河流上落差較大的適宜地段攔河建壩，形成水庫，抬高上游的水位，利用上、下游形成水位差進行發(fā)電。引水式水電廠則是由引水系統(tǒng)將天然河道的落差集中進行發(fā)電，一般不需修壩或者只需要修低堰。水電廠建設(shè)的初期投資較大，但發(fā)電成本低，僅為火力發(fā)電成本的1/4~1/3，并且水電屬于清潔、可再生能源，利于環(huán)保，還兼有防洪、灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖功能，因此，綜合效益好。

核能發(fā)電廠利用原子核的核能生產(chǎn)電能。核燃料在原子反應(yīng)堆裂變釋放核能，將水轉(zhuǎn)換成高溫高壓的蒸汽，其生產(chǎn)過程與火電廠基本相同。

風力發(fā)電的原理是風的動能作用在葉片上，轉(zhuǎn)化為機械能推動風機風輪轉(zhuǎn)動。

太陽能發(fā)電分為太陽光能發(fā)電和太陽熱能發(fā)電。太陽光能發(fā)電是利用光電轉(zhuǎn)換元件，如光電池直接將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽熱能發(fā)電分直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩種。直接轉(zhuǎn)換有溫差發(fā)電、熱離子發(fā)電等，間接轉(zhuǎn)換原理與火力發(fā)電相似。

2.變電站

變電站的功能是接受電能、變換電壓和分配電能。為了實現(xiàn)電能的遠距離輸送和將電能分配到用戶，需將發(fā)電機電壓進行多次電壓變換，這個任務(wù)由變電站完成。變電站由電力變壓器、配電裝置和二次裝置等構(gòu)成。按變電站的性質(zhì)和任務(wù)不同，可分為升壓變電站和降壓變電站。按變電站的地位和作用不同，又分為樞紐變電站、區(qū)域變電站和用戶變電站。樞紐變電站在整個電力系統(tǒng)中起紐帶連接作用；區(qū)域變電站將樞紐變電站來的電能進行再次降壓處理；用戶變電站接受區(qū)域變電站的電能，進行再次降壓，合理分配給各個用戶設(shè)備。

3.電力線路

電力線路將發(fā)電廠、變電站和電能用戶連接起來，完成輸送電能和分配電能的任務(wù)。電力線路有各種不同的電壓等級，通常將220kV及以上的電力線路稱為輸電線路，110kV及以下的電力線路稱為配電線路。配電線路又分為高壓配電線路（110kV）、中壓配電線路（35~6kV）和低壓配電線路（380V/220V），前者一般作為城市配電網(wǎng)骨架和特大型企業(yè)供電線路，中者為城市主要配網(wǎng)和大中型工廠供電線路，后者一般為城市和企業(yè)的低壓配網(wǎng)。

4.電能用戶

所有消耗電能的用電設(shè)備或用電單位稱為電能用戶。電能用戶按行業(yè)可分為工業(yè)用戶、農(nóng)業(yè)用戶、市政商業(yè)用戶和居民用戶等。

在上述介紹的電力系統(tǒng)中，屬于配電電壓等級的電力線路及相應(yīng)的變電站組成的統(tǒng)一整體，就稱為配電網(wǎng)（Distribution Network），也即電力系統(tǒng)中二次變電站低壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)絡(luò)由架空配電線路、電纜配電線路、變電站、開閉所、降壓變壓器等構(gòu)成。配電網(wǎng)也正是本書的研究對象。

1.1.2 各種新能源發(fā)電形式

能源是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，當前我國能源供應(yīng)主要依賴煤炭、石油、天然氣等化石能源，但化石能源的資源有限性和開發(fā)利用帶來的環(huán)境問題嚴重制約著經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤炭、石油等不可再生能源供應(yīng)日趨緊張，開發(fā)使用新能源已經(jīng)成為當務(wù)之急，而全球氣候變暖所導(dǎo)致的災(zāi)難性后果更為可再生能源的發(fā)展提供了動力。世界各國都把支持可再生能源發(fā)展作為實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要手段，美歐等國普遍加大對可再生能源技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的投入。我國早在2008年制定的《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中提出“到2010年，可再生能源在能源消費中的比重達到10%”。

下面舉例說明常見的幾種新能源發(fā)電形式。

1.太陽能

太陽能發(fā)電分為太陽光能發(fā)電和太陽熱能發(fā)電。太陽光能發(fā)電是利用光電轉(zhuǎn)換器件，如光電池直接將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能，即光伏發(fā)電。太陽熱能發(fā)電分直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩種。直接轉(zhuǎn)換有溫差發(fā)電、熱離子發(fā)電等。間接轉(zhuǎn)換原理與火力發(fā)電相似。

光伏建筑一體化（Building Intergrated Photovoltaic，BIPV）是指在建筑上安裝光伏系統(tǒng)，并通過專門設(shè)計，實現(xiàn)光伏系統(tǒng)與建筑的良好結(jié)合。這樣可以加快推進太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用，是降低建筑能耗、調(diào)整建筑用能結(jié)構(gòu)的有效措施之一。下面列舉一些典型的BIPV應(yīng)用工程案例。

1）仰天崗自然科學博物館。該建筑位于江西新余市，總裝機容量約為3.05MWp，建筑安裝面積約36 455m²，系統(tǒng)沒有儲能裝置，太陽電池將日光轉(zhuǎn)換成直流電，通過逆變器變換成380V交流電，建筑物用電通過10kV市電供給。

2）威海市民文化中心。該建筑位于青島路東，海濱南路西，總建筑面積63 314m²，地下1層，地上4層，主體高32m，錐體高50m。其總裝機容量為480kWp，建筑安裝面積為5 556m²，屋頂全部使用內(nèi)嵌薄膜電池的玻璃，是世界上最大的非晶硅光伏屋面工程，該工程也打破了“玻璃電池”全部是平面的常規(guī)，是世界上首個采取波浪形設(shè)計的“玻璃電池”屋頂。

3）廣州珠江城。該建筑屬于超高層國際寫字樓，在珠江城31~70層東西立面遮陽板（安裝面積各約為650.5m²）和塔樓屋頂位置（安裝面積約為360m²）建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，總裝機容量為184.96kWp，于2011年初竣工。

4）日新科技光伏工業(yè)園。日新工業(yè)園位于武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)汽車電子工業(yè)園內(nèi)，建筑類型包括工業(yè)建筑、公共建筑和民用建筑三種形式。整個光伏安裝面積為9 823m²，主要在建筑屋面、天窗、幕墻及園區(qū)照明安裝光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，總裝機容量達1.2MWp，年發(fā)電量可達1.5×10⁶kW·h，發(fā)出的電能通過光伏專用逆變器并入用戶側(cè)電網(wǎng)。該項目2008年11月被國家財政部和建設(shè)部批準為可再生能源建筑應(yīng)用示范項目，已經(jīng)于2010年6月竣工驗收。

另外，還有如深圳園博園總裝機容量為1MWp、北京土地技術(shù)開發(fā)區(qū)軟件園為50kWp、住建部主樓為75.6kWp、淮安清河文展中心為40.32 kWp、廣東金剛玻璃公司園區(qū)內(nèi)廠房為400kWp、湖北黃金山科技園為3MWp、青島火車站為103kWp、珠海東澳島文化中心為1 004.4kWp、深圳拓日光伏工業(yè)園辦公大樓為70.4 kWp等諸多的光伏建筑一體化的示范工程。這些光伏建筑一體化工程的建設(shè)充分考慮了城市的可持續(xù)發(fā)展需求，貫徹了節(jié)能減排政策，充分利用可再生能源，很好地發(fā)揮公共建筑的節(jié)能示范作用。

2.生物質(zhì)能

生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進行發(fā)電，是可再生能源發(fā)電中的一種，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電等多種形式，生物質(zhì)能源中的有害物質(zhì)（硫和灰分等）含量僅為中質(zhì)煙煤的10%左右，可實現(xiàn)二氧化碳零排放。

生物質(zhì)發(fā)電在許多歐美國家自20世紀90年代開始大發(fā)展。我國已公布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》也確定了“到2020年，生物質(zhì)發(fā)電總裝機容量達到3000萬千瓦”的發(fā)展目標。截至2007年年底，國家和各省發(fā)改委已核準項目87個，總裝機規(guī)模為2 200MW。全國已建成投產(chǎn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電項目超過15個，在建項目30多個。下面列舉一些典型的生物質(zhì)發(fā)電案例。

1）粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電廠。擁有2臺50MW生物質(zhì)發(fā)電機組，系目前世界單機容量及總裝機容量最大的生物質(zhì)電廠，采用農(nóng)林作物廢棄物等生物質(zhì)作為燃料，已于2011年11月正式投入商業(yè)運營。電廠選址在雷州半島，當?shù)厝照粘渑妗⑥r(nóng)林作物生長較快，在有限的收集半徑內(nèi)，燃料來源充足穩(wěn)定，地理優(yōu)勢明顯。該生物質(zhì)發(fā)電項目每年可替代約100000 tec[1]，① 減少二氧化碳排放約300000 t，減少二氧化硫排放近2000 t，這對于改善當?shù)剞r(nóng)村村容村貌、減少城鄉(xiāng)大氣污染將發(fā)揮重要作用。

2）北京德清源沼氣發(fā)電。坐落在北京延慶縣張山營鎮(zhèn)的德青源蛋雞場曾是亞洲最大的蛋雞場，每天要面對220t雞糞和270t廢水的困擾。為解決循環(huán)發(fā)展、減少污染，德清源利用雞糞、廢液發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣發(fā)電，興建12000m³的沼氣池，年產(chǎn)沼氣7000000m³，年發(fā)電14GW·h，實現(xiàn)了從“雞糞”到“能源”的華麗轉(zhuǎn)身。

3.海洋能

海洋能作為一種特殊的能源，它的能量主要來自潮汐、涌流和波濤的沖擊力、溫度差及海水中溶解的化學成分。

1）潮汐能發(fā)電。潮汐發(fā)電與普通水力發(fā)電原理類似，在漲潮時將海水儲存在水庫內(nèi)，以勢能的形式保存，然后，在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。潮汐發(fā)電在國外發(fā)展很快，歐洲各國擁有漫長海岸線，因而有大量、穩(wěn)定、廉價的潮汐資源，在開發(fā)利用潮汐方面一直走在世界前列。中國海岸線曲折漫長，相關(guān)電站主要集中在福建、浙江、江蘇等省的沿海地區(qū)。其中，1980年投產(chǎn)發(fā)電的浙江溫嶺江廈潮汐試驗電站是我國第一座雙向潮汐電站，也是世界上僅次于法國朗斯潮汐電站和加拿大安納波利斯潮汐電站的第三大潮汐電站，它當時的總裝機容量為3200kW，設(shè)計年發(fā)電量為10.7GW·h。

2）波浪能發(fā)電。波浪能發(fā)電是以波浪的能量為動力生產(chǎn)電能，通過某種裝置可將波浪的能量轉(zhuǎn)換為機械的、氣壓的或液壓的能量，然后通過傳動機構(gòu)、汽輪機、水輪機或液壓馬達驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。日本當前發(fā)電容量最大的設(shè)備是1996年9月投運的由日本東北電力公司在原町火力發(fā)電廠南部防波堤上裝設(shè)的130kW的波浪發(fā)電設(shè)備。中國科學院廣州能源研究所于1989年在廣東珠海建成了第一座示范實驗波浪電站，1996年又建成了一座新的波浪實驗電站。我國首座波浪獨立發(fā)電系統(tǒng)，汕尾100kW岸式波浪電站，于1996年12月開工，2001年進入試發(fā)電和實海況試驗階段，2005年第一次實海況試驗獲得成功。根據(jù)規(guī)劃，到2020年，我國將在山東、海南、廣東各建1座1000kW級的岸式波浪發(fā)電站。

3）溫差能發(fā)電。由于太陽光照射，海洋表層水溫可達25~30℃，而水下400~700m深層冷水溫度則為5~10℃，溫差為20~24℃，這就為發(fā)電提供了一個總量巨大且比較穩(wěn)定的能源。海洋溫差發(fā)電的基本原理是利用海洋表面的溫海水（26~28℃）加熱某些低沸點工質(zhì)并使之汽化，或通過降壓使海水汽化以驅(qū)動汽輪機發(fā)電，同時利用從海底提取的冷海水（4~6℃）將做功后的乏氣冷凝，使之重新變?yōu)橐后w。

4）鹽差能發(fā)電。當兩種不同鹽度的海水被一層只能通過水分而不能通過鹽分的半透膜相分割時，兩邊的海水就會產(chǎn)生滲透壓，促使水從濃度低的一側(cè)向另一側(cè)滲透，使?jié)舛雀叩囊粋?cè)水位升高，直至膜兩側(cè)的含鹽量相等為止。鹽差能發(fā)電利用的是海水中的鹽分濃度和淡水間的化學電勢差。

在上述海洋能能源中，目前僅有潮汐能被大規(guī)模利用，潮汐是一項取之不盡的電力能源。

4.地熱能

地球的地熱能蘊量巨大，地熱能是來自地球深處的可再生熱能。地熱發(fā)電是利用地下4km左右的巖漿產(chǎn)生200~350℃的蒸汽帶動汽輪機發(fā)電。地熱發(fā)電非常清潔，基本上不產(chǎn)生CO₂。我國地熱資源豐富，著名的羊八井地熱電站年發(fā)電量超過1×10⁸kW·h，在解決拉薩供電方面起著很大的作用。近10年，我國的地熱開發(fā)以每年12%的速率增長，高于世界平均增長率。

地熱在建筑中也有著廣泛的應(yīng)用，最典型的就是地源熱泵。地源熱泵，是利用地球表面淺層水源（如地下水、河流和湖泊）和土壤源中吸收的太陽能和地熱能，并采用熱泵原理，既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。下面介紹一些地源熱泵的典型應(yīng)用。

1）杭州朗詩國際街區(qū)高層住宅地源熱泵項目。該小區(qū)位于浙江省杭州市下沙區(qū)，總建筑面積約為220000m²，地上建筑面積約為180000m²，地上高為100m。本工程末端為“天棚輻射+置換新風”系統(tǒng)。其中X戶型為風機盤管+地板采暖系統(tǒng)，利用地埋管作為冷熱源，采用四臺地源熱泵機組為末端天棚系統(tǒng)和新風系統(tǒng)提供冷熱量。

2）北京第一個高溫多功能地源熱泵工程。該項目位于北京市大興區(qū)工業(yè)開發(fā)區(qū)，即雨昕陽光太陽能公司綜合辦公樓，是北京地區(qū)第一個采用高溫多功能熱泵新技術(shù)和新產(chǎn)品集成與配套的，第一個真正實現(xiàn)了一機功能的大型地源熱泵建筑節(jié)能應(yīng)用示范工程。該項目的建成和使用，對投資者可帶來良好的經(jīng)濟效益，每年可節(jié)省至少70%以上的空調(diào)冷暖費用和生活用熱水加熱費用。

3）天津市首座零碳建筑——中新天津生態(tài)城公屋展示中心項目。該項目于2012年11月正式投入使用，采用了地源熱泵等13項節(jié)能環(huán)保技術(shù)，創(chuàng)立了綠色生態(tài)建筑標桿。

4）浙江海鹽縣客運中心地源熱泵項目于2011年9月全面開工，將建成浙江省第一個使用地源熱泵系統(tǒng)的汽車站。

地源熱泵利用地能一年四季溫度穩(wěn)定的特點，冬季把地熱能作為熱泵供暖的熱源，即把高于環(huán)境溫度的地熱能中的熱能取出來供給室內(nèi)采暖，夏季把地熱能作為空調(diào)的冷源，即把室內(nèi)的熱能取出來釋放到低于環(huán)境溫度的地源中，從而達到節(jié)能的目的，并且整個系統(tǒng)在運行過程中，不產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，實現(xiàn)了環(huán)保。

5.可燃冰

可燃冰的學名是天然氣水合物（Natural Gas Hydrate/Gas Hydrate），因其外觀像冰一樣，所以又被稱作“可燃冰”（Combustible Ice）或者“固體瓦斯”和“氣冰”。它極易燃燒，燃燒產(chǎn)生的能量比同等條件下的煤、石油、天然氣都要多，而且在燃燒以后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣和廢棄物。天然氣水合物在自然界廣泛分布在大陸永久凍土、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境中。中國從1999年起才開始對可燃冰開展實質(zhì)性的調(diào)查和研究，于2007年5月1日凌晨，在南海北部首次成功鉆獲天然氣水合物實物樣品“可燃冰”，從而成為繼美國、日本、印度之后第4個通過國家級研發(fā)計劃采到水合物實物樣品的國家。

6.化學電池

這是一種將化學能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。自1800年意大利科學家伏打（Volta）發(fā)明伏打電堆算起，化學電池已經(jīng)有200余年的歷史。目前，全世界共有1000多種不同系列和型號規(guī)格的電池產(chǎn)品，常見的有金屬氫化物鎳電池、鋰離子二次電池、燃料電池、鋁電池、儲能電池等。化學電池能量轉(zhuǎn)換率高，方便并且安全可靠。

7.氫能

二次能源是聯(lián)系一次能源和用戶的紐帶，二次能源又可分為“過程性能源”和“含能體能源”。電能是當前應(yīng)用最廣泛的“過程性能源”。由于目前“過程性能源”尚不能大量地直接存儲，因此汽車等交通工具只能采用汽油、柴油這一類“含能體能源”。隨著常規(guī)能源危機的出現(xiàn)，在開發(fā)新的一次能源（如可燃冰）的同時，人們將目光也投向?qū)で笮碌摹昂荏w能源”，氫能正是一種值得期待的新型二次能源。氫能具有以下一些優(yōu)點。

1）來源廣。地球上的水儲量為13.38×10⁸m³，是氫取之不盡、用之不竭的重要源泉。

2）燃燒熱值高。氫的熱值高于所有化石燃料和生物質(zhì)燃料。

3）清潔。氫本身無色、無味、無毒。

4）燃燒穩(wěn)定性好。容易做到比較完善的燃燒，燃燒效率很高。

5）存在形式多。氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)金屬氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求。

1.1.3 節(jié)能減排形勢下的綠色低碳建筑應(yīng)用

目前全球氣候變暖，溫室效應(yīng)正在不斷威脅著地球的生態(tài)環(huán)境。在溫室氣體中，二氧化碳不是最有害的，但卻是排放量最高的。而又有資料顯示，建筑物產(chǎn)生了全球約40%的二氧化碳排放，是溫室氣體的主要排放源。因此，在所有減少溫室效應(yīng)氣體排放的立法規(guī)劃中，建筑都處于核心地位。目前，建筑能耗約占我國社會總能耗的30%左右，而這30%還僅僅是建筑物在建造和使用過程中消耗的能源比例，如果再加上建材生產(chǎn)過程中耗掉的能源（約占社會總能耗的16.7%），建筑相關(guān)的能耗將占到社會總能耗的46.7%。因此，“建設(shè)綠色低碳建筑、大力推進節(jié)能減排”已經(jīng)刻不容緩。綠色建筑并不是一般意義上的立體綠化屋頂花園，而是指在建筑全生命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源、保護環(huán)境和減少污染，為人類提供健康適用和高效的使用空間的同時，與周圍自然環(huán)境和諧共生的建筑。零碳是指要實現(xiàn)建筑碳排放量為零。要實現(xiàn)建筑的綠色低碳，可以從兩種途徑來實施：一是通過增加可再生能源的使用量、提升化石能源的生產(chǎn)效率、采用低碳化的材料資源等來減少碳排放；二是通過發(fā)展海洋、濕地、土壤及林木等增加碳吸收。

世界上第一個二氧化碳零排放社區(qū)是英國倫敦貝丁頓社區(qū)（Beddington Zero Energy Development,BedZED）。該社區(qū)建成于2002年，擁有包括公寓、復(fù)式住宅和獨立洋房在內(nèi)的82套住房，另有大約2 500m²的工作空間。整個社區(qū)只使用可再生資源產(chǎn)生滿足居民生活所需能源，強調(diào)對陽光、廢水、空氣和木材的循環(huán)利用，如利用廢木頭發(fā)電并制造熱水，妥善利用水資源和先進的通風系統(tǒng)，使用氫氣作為能源的零碳排放汽車等，旨在不向大氣釋放二氧化碳。該社區(qū)的建成為可持續(xù)建筑創(chuàng)造了新的標準。

我國第一個零碳建筑是上海世博會倫敦零碳館。上海世博中心是按中國和國際標準建成的“綠色低碳”建筑，作為中國公共建筑節(jié)能科技的典范。世博中心在其設(shè)計過程中，圍繞科技創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的理念，按照減量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循環(huán)（Recycle）的3R設(shè)計原則，從節(jié)能、節(jié)電、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地等環(huán)節(jié)入手，統(tǒng)籌安排資源和能源的節(jié)約、回收和再使用，減少污染物的排放量，減少建筑對環(huán)境的影響。下面重點闡述一下世博中心在電氣節(jié)能方面的一些措施。

1）光伏發(fā)電。安裝總?cè)萘繛?MW的屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，太陽電池方陣采用不透光的單晶硅電池板，其轉(zhuǎn)換效率為12%~15%，系統(tǒng)采用并網(wǎng)運行方式。

2）電源點的節(jié)能設(shè)計。考慮到場館建筑面積大且負荷分散，因此在整個建筑內(nèi)除設(shè)置一座35/10kV總變電站外，還設(shè)置了5個10/0.4kV配電站，以使電源靠近負荷中心減少線路損耗。

3）變壓器的選擇。在型號上選用節(jié)能型的產(chǎn)品，實際負荷率基本控制在0.5~0.7范圍內(nèi)，屬于較佳的負荷狀態(tài)。因為若變壓器容量偏小，則負荷率過高會引起負載損耗增大，效率變低、壽命變短；若變壓器容量偏大，則負荷率過低又會引起空載損耗增大，效率也變低。

4）照明系統(tǒng)的節(jié)能。場館的景觀照明設(shè)計中，大面積使用了環(huán)保、耗電量低的發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,LED）光源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源。

5）設(shè)置電能管理及能耗監(jiān)測系統(tǒng)。利用通信網(wǎng)絡(luò)對各部分功能進行優(yōu)化，對終端數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。

6）治理諧波。場館中電力電子設(shè)備較多，工程中主要應(yīng)用無源濾波裝置對諧波進行治理，降損節(jié)能。