淺析船廠用電管理中的節(jié)能措施

王寶琳

(友聯(lián)船廠 (蛇口)有限公司,廣東深圳 518054)

對(duì)船廠來(lái)說(shuō),能源費(fèi)用支出已成為繼材料設(shè)備費(fèi)用和人工費(fèi)用之后的第 3大支出項(xiàng)目,并呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。而其中的電費(fèi)支出已占到總能源費(fèi)用的 40%以上,加強(qiáng)船廠用電管理、降低電力成本;已成為各個(gè)船廠節(jié)能工作的重點(diǎn)之一。本文以船廠供電系統(tǒng)為例,分析電費(fèi)和能耗產(chǎn)生的原因并提出在變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、功率因數(shù)控制、線損管理等方面的幾種節(jié)能措施。

1 修船廠供電系統(tǒng)的特點(diǎn)

船廠供電系統(tǒng)具有電壓等級(jí)高、負(fù)荷容量大、變電級(jí)數(shù)多、整流逆變?cè)O(shè)備普通使用、10 kV電機(jī)廣泛應(yīng)用的特點(diǎn)。有的船廠年用電量已超過(guò) 1億kW·h。同時(shí),整流逆變?cè)O(shè)備的推廣使用,在系統(tǒng)中產(chǎn)生了大量的諧波成分,給供電質(zhì)量帶來(lái)一定的影響,進(jìn)一步加大了電能的耗損。如果在變電運(yùn)行中,用電管理得當(dāng)、節(jié)能措施到位,可大大降低船廠供電系統(tǒng)中的電能損耗,經(jīng)驗(yàn)估計(jì),電能管理得好,節(jié)電率會(huì)在 10%左右,效益也十分可觀。

2 影響電費(fèi)總量的因素

在電費(fèi)中包含 3部分內(nèi)容:基本電費(fèi) (需量費(fèi))、電度電費(fèi)、力率調(diào)整費(fèi)。電度電費(fèi)受船廠在峰、平、谷 3個(gè)時(shí)段的電量分布比例不同而不同。通過(guò)合理的生產(chǎn)調(diào)度實(shí)施移峰填谷措施可以達(dá)到降低單位電度電價(jià)的目的。表 1為某地區(qū)的 220 kV高供高計(jì)的峰谷平 3個(gè)不同時(shí)段的電價(jià)。

表1 220 kV高供高計(jì)的峰谷平電價(jià) 元/kW·h

目前,我國(guó)大用戶實(shí)行兩部電價(jià)制,電費(fèi)包括電度費(fèi)用和基本電費(fèi)兩部分。基本電費(fèi)可按投運(yùn)的高壓設(shè)備容量繳納,也可按用戶的最大需量繳納。船廠可根據(jù)裝機(jī)容量和實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行測(cè)算,以確定采用哪種方式可以降低基本電費(fèi)。以 45 MVA變壓器為例,按變壓器容量收取基本電費(fèi) 24元/kVA·月和按最大需量收取基本電費(fèi) 44元/kVA·月為例進(jìn)行比較,當(dāng)實(shí)際需量小于 24.545 kVA時(shí)按需量收費(fèi)的基本電費(fèi)較低,當(dāng)實(shí)際需量大于 24.545 kVA時(shí)按容量收費(fèi)的基本電費(fèi)較低 (按需量收取基本電費(fèi)有利于實(shí)施變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行)。

對(duì)采用 2條或多條進(jìn)線供電的船廠,若按需量繳納基本電費(fèi)時(shí),還應(yīng)注意多條線路計(jì)費(fèi)點(diǎn)需量疊加造成總的計(jì)算收費(fèi)需量往往比實(shí)際需量大的情況,此時(shí),應(yīng)考慮實(shí)現(xiàn)不同計(jì)費(fèi)點(diǎn)最大需量的瞬時(shí)疊加,而不是抄表統(tǒng)計(jì)后的事后相加。

為提高供電系統(tǒng)的變配利用率降低線損,供電部門(mén)對(duì)各用戶在計(jì)費(fèi)點(diǎn)處實(shí)施功率因數(shù)考核制度,當(dāng)?shù)陀谝?guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)會(huì)在原電費(fèi)的基礎(chǔ)上加收電費(fèi),并隨與功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的差值增大而增加。若以功率因數(shù) 0.9為考核標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)實(shí)際功率因數(shù)為 0.65時(shí),電費(fèi)將在原基礎(chǔ)上增加 15%。因此,船廠用電管理部門(mén)因加強(qiáng)系統(tǒng)無(wú)功的管理,避免不必要的力率調(diào)整而導(dǎo)致電費(fèi)成本的增加。

雖然采取不同計(jì)費(fèi)方式、實(shí)施移峰填谷的生產(chǎn)調(diào)度方案并不能實(shí)質(zhì)上減少電能消耗,但對(duì)于船廠來(lái)說(shuō),可以減少電費(fèi)支出,從而降低電力成本。

3 供電系統(tǒng)電能損耗原因分析及措施

船廠供電系統(tǒng)主要由變壓器和線路構(gòu)成,它們?cè)谳斔碗娔艿耐瑫r(shí)本身也在消耗功率,因此供電系統(tǒng)的節(jié)能就是降低變壓器和線路的損耗。

變壓器節(jié)能就是降低其損耗、提高其運(yùn)行效率。雙繞組變壓器在忽略其無(wú)功損耗和電壓降對(duì)有功損耗的影響時(shí),有功損耗由下式計(jì)算:

式中:ΔP為變壓器有功功率損耗,kW;P0為變壓器額定空載損耗,kW;Pk為變壓器額定負(fù)載損耗,kW;S為實(shí)際通過(guò)變壓器的視在功率,kVA;SN為變壓器額定視在功率,kVA。

P0為空載損耗又稱鐵損,它是由鐵芯的渦流及漏磁損耗組成,其值與鐵芯材質(zhì)和制造工藝有關(guān),而和變壓器的負(fù)荷無(wú)關(guān)。該值在變壓器銘牌中可查到;Pk(S/SN)2為短路損耗又稱銅損,取決于變壓器繞組的電阻及流過(guò)繞組電流的大小,即與負(fù)載率 S/SN的平方成正比。

在電力變壓器中,當(dāng)銅損等于鐵損時(shí),損失最小,效率最高。

即:

從上式可以看出,電力變壓器所帶視在功率等于 (P0/PK)1/2倍額定容量時(shí)效率最高,損耗最小。從變壓器技術(shù)規(guī)范中查得,P0/PK隨電壓等級(jí)升高而增大,隨容量增加而減少,S9系列的變壓器(P0/PK)1/2一般在 0.5～0.6范圍,所以,變壓器所帶負(fù)荷為額定容量的 50%～60%時(shí)最經(jīng)濟(jì)。

因此,對(duì)于運(yùn)行中的變壓器應(yīng)注意觀察變壓器的負(fù)載,根據(jù)負(fù)載大小,合理調(diào)整變壓器的運(yùn)行臺(tái)數(shù),在保證安全用電的前提下盡量使變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷范圍內(nèi)。對(duì)于由兩臺(tái)相同容量或者兩臺(tái)不同容量的變壓器組成的變電所,還必須根據(jù)變壓器的空載損耗和短路損耗以及變壓器的額定容量,通過(guò)計(jì)算得出變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件,在不同的負(fù)載條件下采取不同的運(yùn)行方式,以最小的電能損耗取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

要減少線路的損耗就必須降低導(dǎo)線電阻,實(shí)現(xiàn)電纜的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

船廠的門(mén)座起重機(jī)、龍門(mén)吊以及靠泊碼頭邊和塢內(nèi)的修理船舶都是靠電纜進(jìn)行電能的輸送,并且輸送功率隨著工程量的增加越來(lái)越大。在上述供電服務(wù)對(duì)象中主要大功率設(shè)備有:大型船舶的壓載泵、克令吊、起重機(jī)的起升變幅機(jī)構(gòu)等電機(jī)以及船舶特涂工程使用的除濕機(jī)、空壓機(jī)、吸砂機(jī)設(shè)備等。因此在對(duì)上述設(shè)備供電時(shí)必須考慮電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度,以保證供電電纜達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間按經(jīng)濟(jì)電流密度運(yùn)行,同時(shí)考慮線路的安全運(yùn)行,以高峰負(fù)荷時(shí)段電線通過(guò)的安全電流為基礎(chǔ) (連續(xù)通過(guò)而不至于使導(dǎo)線過(guò)熱的電流為安全電流,導(dǎo)線的最高工作溫度為 65℃),對(duì)選擇的經(jīng)濟(jì)截面進(jìn)行修正。

同時(shí)對(duì) 0.4 kV線路控制在 350 m以內(nèi),0.4 kV線路的輸送功率控制在 175 kW以內(nèi)。若超過(guò)上述距離宜采用 10 kV電源供電到負(fù)荷中心,再降壓到 0.4 kV后供負(fù)載設(shè)備使用,10 kV輸送距離和輸送功率控制在 10 km和 5 000 kW的范圍內(nèi)。

供電系統(tǒng)功率因數(shù)的變化直接影響到上述變壓器和線路的損耗,但無(wú)功功率同有功功率一樣是保證供電不可缺少的部分。管理控制好無(wú)功不僅降低線路損失,改善電壓質(zhì)量而且還可以減少設(shè)備容量,增加電網(wǎng)的傳輸能力,提高輸變電設(shè)備的利用率。提高系統(tǒng)功率因數(shù)可以減少線損和變損。

系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)按照 “全面規(guī)劃,合理布局,分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”的原則,進(jìn)行合理配置,以取得最大的綜合補(bǔ)償效益。在變壓器低壓側(cè)實(shí)施集中補(bǔ)償可以提高計(jì)費(fèi)點(diǎn)的功率因數(shù),滿足功率因數(shù)考核標(biāo)準(zhǔn)的要求,避免供電部門(mén)因功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)而增收的力率調(diào)節(jié)費(fèi),但集中補(bǔ)償代替不了就地補(bǔ)償,兩級(jí)必須同時(shí)進(jìn)行,各行其責(zé)。

隨著變頻調(diào)速系統(tǒng)、靜止變頻電源等各類電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用,由它們產(chǎn)生的諧波電流對(duì)供配電系統(tǒng)影響很大。諧波電流的存在不僅增加了供配電系統(tǒng)的電能損耗,而且對(duì)供配電線路及電氣設(shè)備產(chǎn)生危害。為了抑制諧波通常在 10 kV變壓器低壓側(cè)設(shè)置有源濾波器,達(dá)到凈化電路的目的。

4 生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能降耗措施

在船舶工程中使用了大量的焊機(jī)、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和工業(yè)照明器具,它們除了在改善電氣性能上采用措施實(shí)施節(jié)能外,還必須在改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)效率上實(shí)施節(jié)能措施。從節(jié)約電能和提高用電設(shè)備的綜合效益出發(fā)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能降耗。

4.1 電焊機(jī)的節(jié)電技術(shù)

電焊機(jī)的使用特點(diǎn)是負(fù)載和空載交替進(jìn)行。目前普遍使用的節(jié)能方法有:積極推廣使用電焊機(jī)空載自動(dòng)裝置,減少電焊機(jī)的空載損耗;大力采用節(jié)能性好的硅整流直流焊機(jī)和 CO2氣體保護(hù)焊機(jī),據(jù)測(cè)算用 CO2氣體保護(hù)焊機(jī)代替手工弧焊機(jī),可使耗電量降低 50%,生產(chǎn)效率提高 1.2～1.4倍。當(dāng)然合理設(shè)計(jì)的焊接結(jié)構(gòu)、正確選擇焊接工藝及焊機(jī)額定容量等都可起到降低電焊機(jī)電耗的效果。

4.2 電動(dòng)機(jī)的節(jié)電技術(shù)

對(duì)于工藝要求需要調(diào)速的電動(dòng)機(jī)可采用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制,它不僅控制了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流,而且使電動(dòng)機(jī)時(shí)時(shí)與負(fù)載平衡,提高了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。使用變頻器后節(jié)電一般在 20%以上,目前采用變頻調(diào)速控制的機(jī)械設(shè)備有起重機(jī)、恒壓供水裝置等。

目前的電動(dòng)空壓機(jī)一般采用卸載 (40%負(fù)載)和自動(dòng)調(diào)節(jié) (60%～100%負(fù)載)聯(lián)合的方式進(jìn)行壓力控制,若采用變頻調(diào)速后節(jié)電效果更明顯。

對(duì)于那些需要穩(wěn)定速度運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)可以使用改善其啟動(dòng)性能的軟啟動(dòng)裝置以及改善空載運(yùn)行和啟動(dòng)性能的電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置達(dá)到節(jié)電效果。例如普遍使用的電動(dòng)機(jī)節(jié)電寶,它通過(guò)檢測(cè)用電設(shè)備的工作狀態(tài),經(jīng)過(guò)微處理器進(jìn)行比較運(yùn)算,改變輸出電壓和電流,使之與負(fù)載的狀態(tài)相平衡,在不改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下,達(dá)到節(jié)電目的。該類設(shè)備的節(jié)電率在 10%左右。

4.3 照明系統(tǒng)的節(jié)能

照明在船廠用電設(shè)備中也是不可低估的用能單位,在管理過(guò)程中的節(jié)能措施有:根據(jù)工作場(chǎng)所的條件和要求,采用不同種類的高效光源。例如采用金屬鹵化物燈代替高壓鈉燈,在保證照明效果的同時(shí)可以減少照明功率 33%左右。采用電子整流器代替普通整流器,節(jié)電率高達(dá) 75%,功率因數(shù)可由 0.5左右提高到 0.9以上。照明電壓對(duì)燈具的各種參數(shù)影響較大,特別是電壓的升高會(huì)顯著增加照明設(shè)備的能耗。而在夜間由于用電負(fù)荷相對(duì)較輕,電網(wǎng)電壓普遍較高。因此要加強(qiáng)照明供電電壓的管理。目前,經(jīng)驗(yàn)做法是將照明線路同工業(yè)用電分開(kāi),便于照明電壓的單獨(dú)控制。

5 加強(qiáng)管理,建立完善的電能計(jì)量和實(shí)施計(jì)劃用電制度

只有建立完善的船廠電能計(jì)量才能清楚的了解船廠的用電情況,分析節(jié)電環(huán)節(jié)和采取相應(yīng)的節(jié)電方案,開(kāi)展用電運(yùn)行控制和調(diào)節(jié)。用電計(jì)劃是強(qiáng)化各用電單位的節(jié)約用電責(zé)任,促使用電部門(mén)改進(jìn)用電效率,推進(jìn)節(jié)電管理、節(jié)電改造、開(kāi)展技術(shù)進(jìn)步等工作的經(jīng)濟(jì)手段,從理論上講,管理是提高企業(yè)資源有效使用的手段,因?yàn)楣芾淼某杀咀畹?效益最大。

船廠供電系統(tǒng)的節(jié)能關(guān)系到用電過(guò)程中的各個(gè)方面,要高效地使用電能提高用電效率、降低損耗,就必須對(duì)電能的變配和利用的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行有效的管理,在管理過(guò)程中去發(fā)現(xiàn)節(jié)電機(jī)會(huì)。并在節(jié)電措施的實(shí)施、改進(jìn)中不斷調(diào)整,提高船廠的電能利用效率,達(dá)到節(jié)能增效的目的。