試析通過電力設(shè)計(jì)達(dá)到節(jié)能的幾種方法和途徑

【摘 要】我國是一個(gè)能源消耗大國，節(jié)能減排、環(huán)保低碳已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。在常見的能源中，電能的應(yīng)用和消耗是比較大的。節(jié)能不僅僅是廣大資源用戶的事情，電力企業(yè)在輸電、配電、供電過程中采用科學(xué)合理的電力設(shè)計(jì)，對于節(jié)約電能可以起到非常大的作用。本文筆者根據(jù)從事電力工作的經(jīng)驗(yàn)，對電力設(shè)計(jì)的節(jié)能應(yīng)用進(jìn)行探討，建設(shè)性地提出電力設(shè)計(jì)節(jié)約電能的幾種方法和途徑。

【關(guān)鍵詞】電力設(shè)計(jì)；節(jié)約電能；途徑

電能是日常生活中人們用到的最多的能源，利用電能我們可以用來照明，用來為機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)提供能源動(dòng)力，還可以用將電能轉(zhuǎn)化為熱能來熱物體等。電能不僅易于傳輸而且消耗電能不會帶來環(huán)境的污染，所以說它是生產(chǎn)生活中最普遍的實(shí)用能源。若果沒有電能不僅各行各業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)將無法進(jìn)行，而且人們的日常生活也會受到極大的影響。在我國，由于電能的消耗量比較大，所以電能資源供應(yīng)一直處于緊缺狀態(tài)，為實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展節(jié)能減排、環(huán)保低碳已經(jīng)成時(shí)代賦予我們的責(zé)任。提到節(jié)約電能，由于各行各業(yè)的性質(zhì)不同，所以在節(jié)能上的側(cè)重也有所不同。例如原本在應(yīng)急出口處用到的8W的小日光燈，被更換為功耗只有1W的LED發(fā)光燈，這種燈不僅耗電少，而且比普通的日光燈壽命也常。這樣節(jié)能減排的投入成本可以在很短的時(shí)間內(nèi)在節(jié)約的電費(fèi)投入中收回。本文筆者根據(jù)從事電力工作的經(jīng)驗(yàn)，對電力設(shè)計(jì)的節(jié)能應(yīng)用進(jìn)行探討，意在提出電力設(shè)計(jì)節(jié)約電能的幾種方法和途徑，供同行業(yè)人員參考。

1 提高供配電系統(tǒng)的電壓等級

影響供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的的因素有二：一是，為了合理確定供電系統(tǒng)的電壓等級，必須要考慮到用電設(shè)備的用電容量、特性、供電距離、及當(dāng)?shù)毓搽娋W(wǎng)分布情況等因素；二是，確定配電系統(tǒng)的電壓等級最終要根據(jù)用電設(shè)備的電壓要求、負(fù)荷的大小與負(fù)荷的分布情況來確定。從理論上來講，一般都是常采用高電壓深入負(fù)荷中心供電，盡量要避免低電壓、大容量輸電和長距離送電，因?yàn)檫@樣不僅可以有效降低輸電線路上的能源消耗，從而提高電力資源的質(zhì)量，保障用戶及時(shí)、快捷的利用。采用高電壓深入負(fù)荷中心供電的好處重要有兩個(gè)。一是，可以有效地節(jié)約電能。我們都知道，電壓與電能功率和輸送距離是正比例關(guān)系，而與電線路上流過的電流成反比例關(guān)系。也就是說，電力系統(tǒng)的輸出的電壓越高，電能功率就越大，同時(shí)電能輸送的距離就越遠(yuǎn)。第二，是可以縮短輸電線路的長度。在供電電壓等級和輸送容量相同的情況下，輸電線路的長度與電能的消耗成正比。

另外，如果采用高電壓供電，輸送同樣功率的電能，因電流小，輸電線路上引起的電壓降也小，這樣不但可以減少電能消耗，而且還可以保證供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

2 提高感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)

現(xiàn)代電網(wǎng)中經(jīng)常會用到大量的設(shè)備，這些設(shè)備同時(shí)也是耗電設(shè)備，例如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和變壓器等等。在這些用電設(shè)備中，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的用電量最大，幾乎占用了全部用電量的60%。通常說來，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在重負(fù)荷時(shí)，其功率因數(shù)在0.8左右，在輕負(fù)荷時(shí)，其功率因數(shù)則會急劇下降。在現(xiàn)實(shí)中，傳動(dòng)裝置所配的電動(dòng)機(jī)功率偏大，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)很少會在滿負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此大部分情況下其運(yùn)行功率因數(shù)都在0.8以下。功率因數(shù)低就是說，用電設(shè)備中存在大量的無功功率，輸配電設(shè)備的運(yùn)作能力將會受到很大的影響。同時(shí)功率因數(shù)低也意味著輸電線路的損耗比較大。既然功率因數(shù)過低將會產(chǎn)生如此多的不利，那么我們就要想辦法來提高感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)。當(dāng)輸電線路的額定電壓和輸送的有功功率一定時(shí)，輸電線路的功率損耗與其功率因數(shù)的平方成反比。如果將功率因數(shù)提高，那么提高后輸電線路的損耗將會大大減少。提高感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的意義就在于：其一，有效減少無功功率損耗，大力提高輸配電設(shè)備的供電能力；其二，有效較少電壓降，保障了供配電系統(tǒng)的供電質(zhì)量；其三，有效減小了負(fù)荷電流，提高供配電系統(tǒng)輸送電能的能力；其四，有效降低變壓器的容量，為供配電系統(tǒng)節(jié)約大量的投入成本。可見，提高功率因數(shù)，減少輸電線路的電能損耗同樣是節(jié)約電能有效措施。

3 選擇導(dǎo)體時(shí)遵循最佳原則

導(dǎo)體是輸送電能的載體，沒有導(dǎo)體也就不存在電能輸送。但是凡是導(dǎo)體都會存在一定的電阻，而電阻的客觀存在使電能在傳輸中必定要消耗一定的能量。在通常的電力設(shè)計(jì)中，為了節(jié)約先期的投入成本，我們在選擇導(dǎo)體時(shí)往往都是按照最小原則來進(jìn)行的，即認(rèn)為導(dǎo)體截面恰好能滿足溫升、電壓損失、機(jī)械強(qiáng)度等要求的最小要求即可。雖然說采用最小原則來選擇導(dǎo)線可以有效減少初始投資，但是導(dǎo)體的損耗是以熱的形式消耗掉的，小截面的導(dǎo)體，損耗大，導(dǎo)體運(yùn)行的溫度高。另外從溫度與電阻的關(guān)系來看，導(dǎo)體的電阻會隨導(dǎo)體溫度的升高而增大，導(dǎo)體電阻增大也就意味著在輸送電能時(shí)要損耗掉更多的電能。所以從這點(diǎn)來看，我們在選擇導(dǎo)體時(shí)也應(yīng)該根據(jù)最佳原則選用截面較大些的導(dǎo)體。這樣可以有效地降低導(dǎo)體輸電時(shí)的溫度，防止電阻變大而耗電。所以說，按照最佳原則而是不最小原則來選擇輸電電纜，同樣會實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的效果。目前國家投入了大量資金，用于城市及農(nóng)村電網(wǎng)的改造，其中最重要的就是要用較粗的電纜更換掉一些過細(xì)的電纜，以減少線路損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的目的。

4 采用變頻調(diào)速技術(shù)

現(xiàn)在許多重工企業(yè)中通常會用到風(fēng)機(jī)和水泵，而大部分的風(fēng)機(jī)和水泵需要根據(jù)不同的工藝情況調(diào)節(jié)風(fēng)和水的壓力或流量。在以前，調(diào)節(jié)壓力或流量主要是依靠調(diào)節(jié)管道上的閥門，這樣會造成電能資源的浪費(fèi)。即使是不需要調(diào)節(jié)壓力或流量的風(fēng)機(jī)與水泵，由于與之配套的電動(dòng)機(jī)功率都比實(shí)際需要的大，所以電動(dòng)機(jī)也不是在額定功率下運(yùn)行，如果不采取措施同樣存在電能浪費(fèi)的問題。但是如果采用轉(zhuǎn)速控制來調(diào)節(jié)壓力或流量，就可以減少這一部分浪費(fèi)，節(jié)約大量的電能。所謂變頻調(diào)速技術(shù)是一種以變頻調(diào)速器高為主的高效率、高性能的技術(shù)。而變頻調(diào)速器是用于給交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的一款新型設(shè)備，其體積小、技術(shù)性能高、保護(hù)功能完善、工作安全可靠、能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、軟停止及可平滑無級調(diào)速。依靠這些優(yōu)點(diǎn)，變頻調(diào)速器在各行各業(yè)中已得到了廣泛的應(yīng)用。

另外，在工業(yè)生產(chǎn)中利用先進(jìn)的控制裝置也可以有效減少電能的消耗。大家都知道現(xiàn)在大部分工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)都要求生產(chǎn)設(shè)備要按照工藝順序?qū)崿F(xiàn)聯(lián)鎖控制。聯(lián)鎖控制有利于對生產(chǎn)設(shè)備的整體操控，但是連鎖控制很容易造成電能的損失。例如，例如大型連續(xù)生產(chǎn)的皮帶等運(yùn)輸系統(tǒng)，生產(chǎn)線路比較長、涉及到的生產(chǎn)設(shè)備也比較多，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)需要的電容量也比較大。在其逆流程起動(dòng)或順流程停車的過程中，如果采用以往的控制裝置來對進(jìn)程控制，在統(tǒng)一時(shí)間內(nèi)，很多設(shè)備都可能處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，這無形之中就增大了電能消耗。如果我們能在工業(yè)生產(chǎn)中采用先進(jìn)的控制裝置，利用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)和編程序控制器對生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，可以有效減少每臺設(shè)備的空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，節(jié)約大量的電能資源。

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[責(zé)任編輯：曹明明]