建材企業(yè)供配電系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

引言

電力、建材、石油石化、鋼鐵、造紙和紡織是我國耗電非常大的幾個(gè)行業(yè)，電費(fèi)開支在產(chǎn)品成本中占有很大的比例。對(duì)于建材企業(yè)來講，通過其供配電系統(tǒng)將電能由降壓變電所輸送至用電設(shè)備，在電能傳送的過程中不可避免地會(huì)發(fā)生能量的損耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在建材企業(yè)線路損失的構(gòu)成中，由變壓器和供配電線路損失的電能占建材企業(yè)總供配電系統(tǒng)損失的95%左右。因此，如何減少建材企業(yè)供配電系統(tǒng)中電量的損失，降低用電成本在產(chǎn)品總成本中所占的比例，成為建材企業(yè)獲得競(jìng)爭力的關(guān)鍵因素之一。

1 電氣節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要考慮的因素

在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中必須要考慮到企業(yè)的使用要求，不能以損害企業(yè)的使用需求為代價(jià)而盲目地去進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，電氣節(jié)能應(yīng)該是在合理使用電氣的基礎(chǔ)上為降低能源消耗而采用新技術(shù)，不能單純地為節(jié)能而節(jié)能。在建材企業(yè)也是如此，在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的過程中，首先要能夠滿足企業(yè)的用電需求；其次要考慮最終的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能的最終目的是為了降低產(chǎn)品成本，在節(jié)能設(shè)計(jì)的過程中要考慮到節(jié)能設(shè)備的投資問題，不能為了追求最好的節(jié)能效益而過高地提高節(jié)能投資。因此，在選用節(jié)能設(shè)備時(shí)要使企業(yè)能夠盡早回收節(jié)能投資及運(yùn)行費(fèi)用。還要保證設(shè)計(jì)技術(shù)的先進(jìn)性，充分發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的作用，更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。

2 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

2.1 選擇合理的供配電電壓

在額定電壓范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷嚎梢越档碗娔茉谶\(yùn)電線路中的損失。一般情況下，在35kV及35kV以上的供電電網(wǎng)中，每提高1%的運(yùn)行電壓就可以降低1.2%的能量損耗[1]。也就是說，在建材企業(yè)中可以取消35kV的供電電壓，直接將110kV或者220kV的電壓引入總降壓變電站，這樣既能提高電能的輸送容量，又能大大降低電能在輸電線路中的損耗。對(duì)于配電網(wǎng)來講，其供電電壓等級(jí)越高，線損就越低。

2.2 選擇合理的變壓器

在配電設(shè)計(jì)中，變壓器的臺(tái)數(shù)和容量是根據(jù)建廠時(shí)生產(chǎn)工藝所選用的用電設(shè)備負(fù)荷的大小來確定的，在后期的使用過程中沒有考慮實(shí)際生產(chǎn)量的變化。一般情況下實(shí)際生產(chǎn)量往往小于設(shè)計(jì)生產(chǎn)量，這樣在使用過程中的用電負(fù)荷就小于設(shè)計(jì)負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器長期工作在低效狀態(tài)，造成能耗增加，運(yùn)行費(fèi)用提高[2]。在建材生產(chǎn)企業(yè)中會(huì)有若干個(gè)變壓器，在工作過程中會(huì)有空載損耗和負(fù)載損耗兩種情況，因此在保證變壓器能夠安全可靠運(yùn)行的前提下，應(yīng)盡量選用那些損耗低的變壓器。與此同時(shí)，在選用變壓器的容量時(shí)，要綜合考慮負(fù)荷的大小、生產(chǎn)用電的特點(diǎn)、設(shè)備對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的要求、變壓器運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性以及設(shè)備投資等因素，最終選擇總運(yùn)行費(fèi)用最低的變壓器。根據(jù)變壓器有功功率損耗特性曲線，其負(fù)載率在0.5～0.6之間時(shí)功率損耗最小，負(fù)載太高或者太低都會(huì)增加變壓器的功耗，因此一般將變壓器的負(fù)載率控制在0.5～0.7之間。

2.3 合理選擇無功補(bǔ)償

無功補(bǔ)償是通過無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高整個(gè)供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗。并聯(lián)電容是無功補(bǔ)償中最常用的一種方法，根據(jù)補(bǔ)償電容安裝位置的不同，又可以分為高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、低壓分組補(bǔ)償和低壓分散就地個(gè)別補(bǔ)償?shù)?。采用不同的補(bǔ)償方式得到的補(bǔ)償效果也不盡相同，對(duì)于高壓補(bǔ)償來講，其補(bǔ)償簡單、投資也小，在使用過程中可以根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷情況來調(diào)節(jié)電容器的容量，從而提高功率因數(shù)，但是它只能用于補(bǔ)償高壓母線前面的線路中的無功補(bǔ)償，經(jīng)濟(jì)性較差。低壓分組補(bǔ)償和低壓分散就地個(gè)別補(bǔ)償均能夠補(bǔ)償所有高低壓線路和變壓器的無功功率，其補(bǔ)償范圍大、節(jié)能效果也非常好，但是設(shè)備的投資非常高、分散性大，不便于管理和維護(hù)，如果配電線路不長或者設(shè)備容量不大其補(bǔ)償效果不顯著。低壓集中補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償?shù)蛪耗妇€前的所有無功功率，補(bǔ)償范圍比高壓補(bǔ)償大，而且低壓集中補(bǔ)償能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)投切，其經(jīng)濟(jì)效益好，對(duì)保證系統(tǒng)的電壓質(zhì)量有很大的幫助[3]。不同的企業(yè)在確定其補(bǔ)償方式時(shí)，要充分考慮各自的用電特點(diǎn)以及大容量設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，并結(jié)合4種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)，將多種補(bǔ)償方式進(jìn)行優(yōu)化組合，從而獲得最佳的補(bǔ)償方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

2.4 選擇合理的電纜及導(dǎo)線截面

在配電線路中，電能的損耗主要由電線的阻抗和電流決定，與阻抗成正比，與電流的2次方也成正比。對(duì)于輸電線路來講，其電阻的大小是由導(dǎo)電率、線路長度和橫截面積決定的，要想降低其阻抗，要盡量采用高導(dǎo)電率和大截面積的電纜，從而降低輸電過程中電能的損耗。

在進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減小配電線路的長度，使布線路線走直線，這樣在降低線路損耗的同時(shí)還可以減少線路電壓的降低，提高供電質(zhì)量以及供電的可靠性。

3 電氣節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

變壓器的更新改造經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，在20世紀(jì)80年代中期，為了更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能，政府曾強(qiáng)制性地推廣S7系列低損耗配電變壓器，并且在全國范圍內(nèi)淘汰了JB1300-73和JB500-64高能耗的變壓器。1998年，又用S9系列配電變壓器取代了原有的S7系列，經(jīng)過這兩次大規(guī)模的更新?lián)Q代，新變壓器的空載損耗比原有的變壓器降低了8%～15%，目前新型S11型節(jié)能產(chǎn)品的占有量正在逐步增加，其節(jié)能潛力更大，經(jīng)濟(jì)效益更高。

在水泥企業(yè)電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)容量占總裝機(jī)容量的90%以上，電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能包括電動(dòng)機(jī)本體的節(jié)能和電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能。我國的水泥廠主要選用Y系列和Y2系列的電動(dòng)機(jī)，其平均效率分別為87.3%和86.3%，平均功率因數(shù)分別為0.84和0.846。而在國外水泥廠采用的是ABB或者SIEMENS技術(shù)的高效電動(dòng)機(jī)，其效率比Y系列電動(dòng)機(jī)要高2%～3%，損耗降低20%左右。Y系列電動(dòng)機(jī)與采用西門子技術(shù)制造的電動(dòng)機(jī)價(jià)格相差30%，但是對(duì)于年運(yùn)行時(shí)間超過5 000h、負(fù)荷率超過70%的電動(dòng)機(jī)，其總的運(yùn)行成本還是很劃算的。

在新型干法水泥生產(chǎn)線中，風(fēng)機(jī)的耗電量大約占到總用電量的30%左右，如果將風(fēng)機(jī)和水泵換成交流調(diào)速系統(tǒng)，就能夠把水泵在擋板和閥門上的能耗節(jié)省下來。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其節(jié)能效果能夠達(dá)到20%左右，節(jié)能的經(jīng)濟(jì)性非?？捎^。在我國的水泥廠中，大多數(shù)企業(yè)采用了小功率通用型變頻器，其中大功率高壓泵類和風(fēng)機(jī)類負(fù)載開始采用大功率高壓變頻器。

4 結(jié)語

在當(dāng)前，節(jié)能減排已經(jīng)是人們必須要面對(duì)的課題，同時(shí)也是可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。對(duì)于建材企業(yè)來講，其電氣節(jié)能占有非常重要的地位，是降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭力的重要途徑之一。電能是最經(jīng)濟(jì)和最清潔的能源，且方便傳輸、控制和轉(zhuǎn)換。隨著節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，及時(shí)采用新技術(shù)和新產(chǎn)品，以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 朱錦鋒.建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2012(4)：100-102.