寶鋼集團(tuán)能效電廠的應(yīng)用

周佃民，李關(guān)定

（上海寶鋼股份有限公司 能源環(huán)保部，上海 200941）

1 能效電廠的概念及其發(fā)展

能效電廠［1—2］（efficiency power plant，EPP）不是一種真實(shí)的發(fā)電廠，而是一種虛擬電廠，即通過(guò)實(shí)施一攬子節(jié)電計(jì)劃和能效項(xiàng)目，在需求側(cè)節(jié)約電力資源。從實(shí)施目的來(lái)說(shuō)，能效電廠包括降低電能消耗（節(jié)能，相當(dāng)于減少建設(shè)提供基本負(fù)荷的發(fā)電廠）和降低最大電力負(fù)荷、改善電力負(fù)荷曲線（移峰填谷，相當(dāng)于建立調(diào)峰電廠）2層含義。

1.1 能效電廠建設(shè)的必要性

能效電廠雖是虛擬電廠，但在滿足電力需求和電網(wǎng)電力平衡工作中，卻和供方（發(fā)、輸、配、售電）能力有著同等的重要性。

與建設(shè)一個(gè)常規(guī)電廠相比，EPP具有建設(shè)周期短、零排放、零污染、供電成本低、響應(yīng)速度快等顯著優(yōu)勢(shì)，是實(shí)施電力需求側(cè)管理、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一種有效途徑，有利于大規(guī)模、低成本的外部資金的進(jìn)入。其實(shí)施的必要性主要有以下2點(diǎn)：

（1）能效電廠的調(diào)峰能力

能效電廠可提供實(shí)時(shí)調(diào)度的調(diào)峰能力。在電網(wǎng)中，建設(shè)調(diào)頻機(jī)組的費(fèi)用與運(yùn)行成本相對(duì)較高，為了系統(tǒng)安全，調(diào)頻機(jī)組的配置是必須的。而能效電廠在這個(gè)方面的作用是可以減少調(diào)頻機(jī)組的運(yùn)行，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

在這個(gè)方面的技術(shù)措施主要包括：實(shí)施電力負(fù)荷控制、錯(cuò)峰、避峰、調(diào)整生產(chǎn)工藝等有序用電項(xiàng)目轉(zhuǎn)移電力負(fù)荷；推廣電蓄冷蓄熱技術(shù)和蓄電池技術(shù)，實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)和可中斷電價(jià)激勵(lì)用戶改變用電方式，轉(zhuǎn)移高峰負(fù)荷；采用太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)?、沼氣、天然氣的用能?xiàng)目替代電力供應(yīng)。

（2）能效電廠的發(fā)電能力

這個(gè)方面主要靠提高終端用戶的用電效率來(lái)完成。主要的技術(shù)措施包括：實(shí)施高效照明器具、高效節(jié)能電器、高效電動(dòng)機(jī)與調(diào)速裝置、熱泵技術(shù)、變配電節(jié)電技術(shù)、余壓余熱利用、建筑節(jié)能等項(xiàng)目節(jié)約的電力電量。

1.2 能效電廠的實(shí)施

能效電廠的建設(shè)實(shí)施需要一定的前提條件，主要包括以下2點(diǎn)：一是建立健全有關(guān)促進(jìn)能效電廠的法律政策，制定可操作流程（對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，需要制定相應(yīng)的推廣計(jì)劃）；二是設(shè)計(jì)能效電廠項(xiàng)目，從試點(diǎn)項(xiàng)目做起，取得經(jīng)驗(yàn)全面推廣。

例如，在世界銀行和亞太銀行的支持下，江蘇省和廣東省10年規(guī)劃期能效電廠項(xiàng)目已經(jīng)于2005年啟動(dòng)，至2015年底規(guī)劃期結(jié)束，預(yù)計(jì)能效電廠的供電成本0.13元/kWh，低于任何形式的供方資源。其具體的實(shí)施效果尚待時(shí)間考驗(yàn)。

2 鋼鐵企業(yè)實(shí)施能效電廠的必要性

鋼鐵企業(yè)實(shí)施能效電廠，首先要考慮鋼鐵企業(yè)用電特點(diǎn)。鋼鐵企業(yè)是大型的工業(yè)高耗電企業(yè)，電能使用貫穿在鋼鐵生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程。相對(duì)于一般的電力用戶，鋼鐵企業(yè)具有顯著不同的用電特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：

2.1 用電量大

鋼鐵企業(yè)耗電巨大，一般耗電量占所在電網(wǎng)相當(dāng)比重。以上海寶鋼為例，其用電量約占上海市電網(wǎng)的10%左右。

2.2 負(fù)荷波動(dòng)大

鋼鐵企業(yè)的總負(fù)荷主要是由在鋼鐵冶煉鍛造等工業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)荷組成，受其生產(chǎn)特點(diǎn)的影響，在鋼鐵企業(yè)中存在一些較大的沖擊負(fù)荷，比如：電爐負(fù)荷、熱軋負(fù)荷等。這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)中主要是靠電力進(jìn)行冶煉和軋制，具有較大的沖擊負(fù)荷特點(diǎn)。

圖1為某鋼鐵企業(yè)某日的負(fù)荷曲線。從圖1可以看出，負(fù)荷波動(dòng)較大，這種較大的負(fù)荷波動(dòng)會(huì)對(duì)所屬電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，降低外部電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。

圖1 某鋼鐵企業(yè)日負(fù)荷曲線

圖2為該鋼鐵企業(yè)對(duì)應(yīng)時(shí)間段電爐環(huán)節(jié)的負(fù)荷曲線。從圖2中可以看出，該生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有明顯的沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)，是造成企業(yè)總負(fù)荷大幅度波動(dòng)的一個(gè)重要原因。

圖2 某鋼鐵企業(yè)電爐生產(chǎn)環(huán)節(jié)日負(fù)荷曲線

2.3 負(fù)荷變化與生產(chǎn)狀況直接相關(guān)

鋼鐵企業(yè)負(fù)荷主要為工業(yè)負(fù)荷，其用電特點(diǎn)直接和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)，負(fù)荷主要由生產(chǎn)過(guò)程決定，沒(méi)有明顯的日負(fù)荷周期波動(dòng)的特征。

從以上分析可以看出，鋼鐵企業(yè)的用電特點(diǎn)明顯與常規(guī)地區(qū)的用電特點(diǎn)不同，鋼鐵企業(yè)用電的大幅度波動(dòng)對(duì)外部電網(wǎng)和企業(yè)自身的用電安全具有重大影響。正是因?yàn)殇撹F具有以上特點(diǎn)，鋼鐵企業(yè)通過(guò)建設(shè)能效電廠，一方面有利于企業(yè)自身的節(jié)能減排，另一方面通過(guò)深化電力需求側(cè)管理，更加主動(dòng)地參與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行工作，具有經(jīng)濟(jì)和安全上的意義。

3 鋼鐵企業(yè)能效電廠建設(shè)的途徑

鋼鐵企業(yè)是典型的流程制造工業(yè)，討論鋼鐵企業(yè)建設(shè)能效電廠的途徑，需要結(jié)合企業(yè)本身的能源流（電能耗散流）過(guò)程。以下主要從電能的來(lái)源、傳遞與轉(zhuǎn)換3個(gè)過(guò)程進(jìn)行討論。

如圖3所示，鋼鐵企業(yè)的電能耗散結(jié)構(gòu)主要分為3個(gè)階段，即電能來(lái)源、電能傳遞與電能使用。以下分別加以說(shuō)明。

3.1 電能來(lái)源階段能效電廠的措施

鋼鐵企業(yè)所需電能主要來(lái)自于3個(gè)方面：自備電廠、外部電網(wǎng)和余熱余壓回收機(jī)組。

從自備電廠來(lái)說(shuō)，鋼鐵企業(yè)自備電廠一般多為煤氣混燒機(jī)組或燃?xì)廨啓C(jī)，可利用本廠的副產(chǎn)煤氣用于發(fā)電，其發(fā)電成本一般較外部電網(wǎng)低。充分發(fā)揮自備電廠的現(xiàn)有發(fā)電能力，既可以降低對(duì)外部電網(wǎng)電能的依賴，又可以降低用電成本，而且通過(guò)對(duì)自備電廠的有效管理，促進(jìn)企業(yè)本身電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

圖3 鋼鐵企業(yè)電能耗散結(jié)構(gòu)示意圖

研究現(xiàn)有自備電廠發(fā)電能力的充分發(fā)揮是建立能效電廠首要問(wèn)題。需要注意的是，除了發(fā)電能力的問(wèn)題，同時(shí)還應(yīng)考慮煤氣發(fā)電與基于分時(shí)電價(jià)的谷段低價(jià)外部電能的優(yōu)化平衡問(wèn)題。

余熱余壓資源在鋼鐵企業(yè)中大量存在，針對(duì)可回收部分，建立干法熄焦（CDQ）、高爐煤氣余壓透平發(fā)電機(jī)組（TRT）等，把其他形式的能源轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)余熱余壓的回收利用，如：余熱吸收技術(shù)，可以降低電能的使用。

此外，利用鋼鐵企業(yè)所在地的太陽(yáng)能、風(fēng)能資源進(jìn)行發(fā)電也是途徑之一，這個(gè)方面已經(jīng)在國(guó)外的先進(jìn)鋼鐵企業(yè)中得到了初步應(yīng)用，比如韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵集團(tuán)公司。

3.2 電能傳遞階段能效電廠的措施

電能的傳遞主要是通過(guò)輸配電變壓器和電力線路（電纜、架空線）傳遞到最終的電能用戶。對(duì)主要是配電網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)企業(yè)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，降低傳輸網(wǎng)絡(luò)上的損耗（線損）具有重要意義。

這方面可以做的工作有：

（1）優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)

這部分工作主要在配電網(wǎng)規(guī)劃和改造階段，高壓網(wǎng)絡(luò)要深入負(fù)荷中心。

（2）優(yōu)化潮流分布

在運(yùn)行中，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)潮流進(jìn)行優(yōu)化，比如變壓器的優(yōu)化運(yùn)行，改變供電方式等。

（3）高耗能配電變壓器和輸電線的淘汰更新

線損的主要部分是變壓器的損耗，除了在規(guī)劃和運(yùn)行中需要考慮此部分因素之外，還需要結(jié)合生產(chǎn)的實(shí)際情況，逐步淘汰高耗能變壓器，同時(shí)對(duì)輸配電線路進(jìn)行梳理，如果后期負(fù)荷加大，也需要及時(shí)更換配電變壓器及輸電線路。

（4）提高功率因數(shù)與電能質(zhì)量的治理

功率因數(shù)過(guò)低會(huì)造成輸配電線路中的電能損耗加大，同時(shí)又會(huì)造成電壓偏離，因此，需要對(duì)功率因數(shù)過(guò)低的區(qū)域進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

鋼鐵企業(yè)中，制氧、水處理及制水等單元的低壓配電系統(tǒng)中接有許多旋轉(zhuǎn)設(shè)備，如：帶有變頻裝置的風(fēng)機(jī)、送水泵、脫水機(jī)等。這些旋轉(zhuǎn)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間浪涌和諧波電流，污染了電源質(zhì)量。該類系統(tǒng)電流浪涌現(xiàn)象嚴(yán)重，諧波含量高，這種現(xiàn)狀導(dǎo)致接入該系統(tǒng)的電氣設(shè)備故障損壞率高、設(shè)備使用壽命降低、不明原因的故障停機(jī)和電能的浪費(fèi)，因此需要在配電系統(tǒng)中需要考慮進(jìn)行電能質(zhì)量治理的措施。

3.3 電能轉(zhuǎn)化與使用階段能效電廠的措施

電能的轉(zhuǎn)化與使用是電能耗散中的最后一環(huán)，也是最終決定用電效率的關(guān)鍵。這里主要包括2個(gè)方面：

3.3.1 提高用電設(shè)備的電能轉(zhuǎn)化效率

（1）照明與空調(diào)節(jié)電

鋼鐵企業(yè)占地較大，以寶鋼為例，生產(chǎn)廠房眾多，因此有大量的照明設(shè)備且24 h使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅寶鋼生產(chǎn)區(qū)域主廠房照明的年耗電量就達(dá)9 000萬(wàn)kWh以上，所以寶鋼開(kāi)展照明節(jié)電具有很大的節(jié)電潛力。據(jù)測(cè)算，僅主干道路和生產(chǎn)區(qū)域室內(nèi)外照明回路采取節(jié)電措施，年節(jié)電量可達(dá)3 000萬(wàn)kWh。

鋼鐵企業(yè)的廠房和辦公場(chǎng)所的空調(diào)數(shù)量巨大，從管理上和技術(shù)上推進(jìn)空調(diào)的節(jié)電也具有相當(dāng)潛力。

（2）生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)電

這個(gè)方面主要是設(shè)備本身的電能轉(zhuǎn)化效率，包括設(shè)備的改造（包括機(jī)械部分改造，比如水泵涂膜或者電氣部分改造等）或淘汰更新。另外，電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速等措施，也具有較大的節(jié)能空間。寶鋼生產(chǎn)區(qū)域的水泵、風(fēng)機(jī)等中低壓系統(tǒng)的變頻裝置投運(yùn)后，節(jié)電效果明顯，平均節(jié)電率在25%以上。

3.3.2 通過(guò)負(fù)荷管理降低最大負(fù)荷，避峰填谷

對(duì)來(lái)源于外部電網(wǎng)的電能，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體分析，如：采用峰谷電價(jià)。宜根據(jù)需要，調(diào)節(jié)生產(chǎn)計(jì)劃，從而主動(dòng)避峰，減少最大需量電費(fèi)支出。

這個(gè)方面有很多的案例，比如江蘇錫鋼集團(tuán)及淮鋼集團(tuán)負(fù)荷控制項(xiàng)目，降低最大需量支出電費(fèi)，攀枝花鋼鐵集團(tuán)供水系統(tǒng)利用分時(shí)電價(jià)降低用電成本等。這些技術(shù)和措施均取得了較好的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

能效電廠的建設(shè)既是“節(jié)能”又是“減排”，有計(jì)劃、按步驟推進(jìn)至關(guān)重要。

應(yīng)該說(shuō)，能效電廠的建設(shè)是一個(gè)逐步深入的過(guò)程，新的管理理念和新的技術(shù)手段需要逐步應(yīng)用到其中，這將對(duì)電力需求側(cè)管理課題的研究是一個(gè)推進(jìn)。

［1］ David Moskovitz，F(xiàn)rederickWeston，周伏秋，等.大力推行能效電廠，支持實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能減排目標(biāo)［J］.電力需求側(cè)管理，2007，9（4）：2-5.

［2］ 張念瑜.美國(guó)能效電廠機(jī)制建設(shè)經(jīng)驗(yàn)與借鑒［J］.電力需求側(cè)管理，2009，11（5）：74-76，80.