棉紡車間太陽能技術的適用性分析

從當前棉紡企業生產需求、經濟成本和環境要求等因素考量，在激烈的市場競爭中做好生產成本控制至關重要。本文通過對棉紡企業生產特點、成本構成、廠房特性等方面分析，以降低電力成本作為主要目標，重點關注棉紡企業運用光伏發電技術進行節能減排的實例并進行分析，總結出棉紡車間較為適用的光伏節能方式，為行業綠色轉型發展提供參考和借鑒。

棉紡企業能源消耗現狀分析

棉紡工藝過程包括清梳聯、并條、粗紗、細紗及絡筒等多個加工步驟，具有流程長、工藝復雜、占地面積大、能耗高的特點，為保證高效生產和滿足紗線高品質要求，棉紡生產車間需要良好的溫濕度環境，對電能消耗相對較大。

棉紡企業經營成本主要由原材料、燃料動力及工資等方面構成，其中原材料成本占比最高，占72%—80%，燃料動力成本占10%—12%，工資及福利成本占8%—10%。原材料成本易受多種因素影響，常出現較大波動而較難控制，但燃料動力與人工價格則相對穩定，是成本控制的另一主要對象。在燃料動力消耗組成中電力消耗占比最高，其中工藝設備電力成本占68%左右，空調除塵等占27%左右，照明約在2%左右。（見表1）

表1 棉紡企業生產經營成本與電耗構成

資料來源：中國紡織建設規劃院數據庫

由此可以看出，從燃料動力中的電力消耗入手是棉紡企業實現節能降耗、降低成本的重點方向。為此，充分利用棉紡企業廠房面積大的特性，借助光伏發電裝置，逆向匹配電力波峰波谷，是棉紡企業利用綠電實現節能減排、降本增效的又一新的嘗試。

棉紡廠房結構的節能效果分析

棉紡廠房通常采用門式輕鋼結構、雙T板屋面結構、風道大梁屋面結構等型式，具有跨度大、造價低、抗震好、施工周期短、設備布置靈活等優點，與傳統鋸齒形廠房相比，經加裝吊頂后的生產車間在溫濕度控制與能耗方面優勢明顯（見表2），特別是單層大跨度、輕屋蓋的門式封閉輕鋼結構廠房已成為棉紡企業的首選。

表 2 四種典型廠房建筑性能評價表

資料來源：中國紡織建設規劃院數據庫

BAPV技術在棉紡車間的應用與節能效益分析

從當前我國棉紡車間常用的綠電光伏節能方式看，采用建筑屋頂附加分布式光伏（BAPV）已成為普遍方式。以南方某10萬錠棉紡企業為例，該企業采用門式輕鋼結構廠房，通過在廠房屋面鋪設BAPV系統配套建設光伏發電站，實現了企業的綠電節能。該企業10萬錠生產車間的人字形坡頂面積約5萬平方米，實際可利用屋面面積約4萬平方米，共安裝18000塊410Wp單晶硅太陽能組件，結合7300kW高效單晶太陽能光伏發電站，采用自發自用、余電上網。該BAPV系統工程總投資為1500萬元，經過一年的生產實踐，年發電約700萬kW·h，約占全廠實際總耗電量的15%，與企業空調等輔助設施實際耗電量相當，節能效果十分明顯，年減少購電費用532萬元，可在2.8年內收回項目全部投資費用。相較BAPV系統30年壽命周期，該項目廠房屋頂鋪設光伏組件的綠電工程不僅經濟而且可行，值得在行業中推廣應用。

通常，屋面安裝BAPV系統涉及到屋面安裝鋪設光伏組件、固定件及零配件等，需對屋面荷載是否滿足光伏系統安裝進行核算，即對比安裝BAPV系統的新增永久荷載是否與設計圖紙屋面荷載相符，以初步判斷是否適合安裝光伏系統。

屋面新增光伏荷載包括永久荷載（原結構自重、光伏電站系統荷載）、可變荷載（風雨雪荷載、施工荷載、地震作用）和活荷載（光伏組件）的驗算。光伏組件及其零配件的自重屬于新增恒荷載，計入廠房屋面的永久荷載中，若采用支架方式安裝需計入支架的重量。對于可變荷載變化需專業設計院進行詳細荷載校驗。新建項目車間設計時會將系統荷載納入考慮，而利用原有廠房設施的技術改造項目，由于BAPV系統荷載普遍較低，通常不會超出原有鋼結構屋面的承載范圍，因此BAPV系統成為棉紡行業進行綠色電力節能改造的首選方案。

BIPV技術在棉紡車間的應用與節能效益分析

相較于利用屋面附加BAPV系統節電，建筑光伏一體化（BIPV）因其效能更高、外觀更加美觀而成為既有建筑改造和新建建筑的另一種新型主流建造形式。BIPV是將太陽能發電（光伏）產品集成到建筑上的新型技術，它是光伏與建材深度融合后的新型建筑材料，可廣泛應用于屋頂、墻面及其他建筑構件的鋪裝。

目前，BIPV技術已應用于既有車間的屋面改造以及新建廠房的屋面建設。在既有車間改造中，同樣需要核算原有廠房荷載情況，同時還應在保證原建筑內部功能的前提下，考慮施工難度與增加一定額外成本。同樣以南方某棉紡企業屋面BIPV技改項目為例，廠房屋面面積約1萬平方米，實際可利用有效面積約60%，安裝共有1.2MW光伏組件及配套發電系統，項目總投資約500萬元。經一年的生產時間，年發電約144萬kW·h，全部自發自用，年可減少購電費用115萬元，可在4.3年內收回投資。

BIPV技術在新建廠房中應用時，作為建筑建材，已將其系統荷載和技術要求在廠房設計初期就納入設計圖紙中，在滿足發電要求的同時，要綜合考慮必備的安全性、防水、通風、耐候性，結合方式的牢固性和密閉性。需要注意的是，由于BIPV技術的安裝精度遠高于傳統彩鋼瓦屋頂，施工過程中可能會因更換屋面而影響生產，從而帶來一定的生產損失。

由于BIPV工業廠房建設項目的發展仍處于初步階段，應用于紡織行業的實例更是少數，多用于商業屋頂及電子、新型建材行業的生產型廠房，對于棉紡車間的應用值得持續關注。

結語

BAPV與BIPV技術分別在棉紡企業利用既有車間屋面進行綠電改造和新建項目中各具優勢，可有效推動棉紡企業向可持續發展的綠色轉型。BAPV技術因其技術成熟、對生產干擾小、成本較低和回收期短等特點，成為棉紡企業既有車間綠色改造的理想選擇。而BIPV技術，雖然在生產型企業中的應用尚不廣泛，對于既有車間的改造存在一定的施工難度和較高的初期投入，回收期也相對較長，但其作為建筑材料的一部分，通過一體化設計施工，能夠顯著提升建筑性能并延長其使用壽命，從長遠角度來看，有助于降低建筑的整體建設成本，因此，BIPV技術更適用于棉紡車間的新建項目。

綜上，棉紡企業技術改造項目利用既有車間應推廣使用BAPV系統，新建棉紡車間應優先考慮采用BIPV系統，推動我國工業企業實現雙碳目標。（作者單位：中國紡織建設規劃院）