電氣節(jié)能技術(shù)優(yōu)化方法探究

凌旺

[摘要]節(jié)電的出路在于堅持科學(xué)管理。依靠技術(shù)進步，走合理用電、節(jié)約用電、提高電能利用率的道路，大幅度地降低單位產(chǎn)品電耗，以最少的電能創(chuàng)造最大的財富。改革開放之后電力工業(yè)體制不斷改革，在實行多家辦電、積極合理利用外資和多渠道資金運用多種電價和鼓勵競爭等有效政策的激勵下，電力工業(yè)實行“政企分開省為實體聯(lián)合電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度集資辦電”的方針，大大地調(diào)動了地方辦電的積極性，使電力建設(shè)在發(fā)展規(guī)模、速度和技術(shù)水平上不斷刷新紀錄、跨上新的臺階。電廠作為煤炭的消費大戶，對于社會環(huán)境的改革和優(yōu)化有著非常重要的作用。對于電廠而言，如何更好地貫徹《節(jié)能法》、落實《節(jié)能條例》，提高能效具有十分重要的現(xiàn)實意義。因此，要想做好電廠節(jié)能減排，提高發(fā)電效率必須優(yōu)化電氣節(jié)能技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]電氣；節(jié)能技術(shù)；優(yōu)化方法

[DOI]1013939/jcnkizgsc201535205

國家對能源工業(yè)和節(jié)能、節(jié)電非常重視，在“十一五”規(guī)劃中明確提出了單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比“十五”要降低20%。電力在各項能源消耗領(lǐng)域所占的比重較大，強化在用電、配電、供電方面的節(jié)能降耗勢在必行，本文主要從技術(shù)優(yōu)化、可再生能源發(fā)電、降低綜合線損等方面提出了節(jié)能技術(shù)優(yōu)化的幾點措施。

1優(yōu)化電廠供配電系統(tǒng)設(shè)計

11合理估算電容量

在電廠節(jié)能環(huán)節(jié)，合理的供配電系統(tǒng)設(shè)計是電氣節(jié)能的重要前提。對工程用電容量的合理估計，能夠確保供電方案的合理性。從設(shè)計角度來看，一方面，要加強對電容量的調(diào)查研究，而不是根據(jù)指導(dǎo)書閉門照冊，通過實際調(diào)研獲取一手數(shù)據(jù)；另一方面，要進行技術(shù)的優(yōu)化，設(shè)計出估算電容量的技術(shù)和產(chǎn)品，做到真正意義上的節(jié)能。

12優(yōu)化變配電站的選址

變配電站地址的選擇是一項綜合、復(fù)雜的工程，也是電力基本建設(shè)的重要部分。從一定意義上講，變配電站地址的選擇是否合理，對于電廠建設(shè)速度、建設(shè)投資、運行的安全性和經(jīng)濟性都起著至關(guān)重要的作用。在變配電站地址選擇的時候應(yīng)該根據(jù)電力系統(tǒng)的布局和規(guī)劃要求，盡最大可能接近主要用戶，這樣能夠減少電能的中途消耗、減少輸配電線路的投資，同時能夠更好地減少電氣設(shè)備發(fā)生故障的概率。

13合理設(shè)計電力需求方內(nèi)部配電系統(tǒng)

電力的輸送對象是多種多樣的，但是都存在內(nèi)部需求方配電合理性的問題。所以說，在電力需求方內(nèi)部配電的過程中，應(yīng)該減少配電級數(shù)，根據(jù)需求方的特點合理設(shè)計配電路徑。設(shè)計中在允許的場合可以采取隔離開關(guān)的形式，從而更好地減少配電級數(shù)，確保電力的合理利用。

2優(yōu)化電廠節(jié)能技術(shù)的推廣

21合理選擇變壓器

在電廠變壓器的選擇中，應(yīng)該從變壓器容量、電壓、環(huán)境、電流等方面進行考慮，電廠人員應(yīng)該根據(jù)用戶的基本情況選擇變壓器的容量。通常情況下，在正常運行過程中，應(yīng)該把變壓器的效率定在95%左右，如果發(fā)現(xiàn)額度低于90%，那么應(yīng)該及時更換變壓器。與此同時，在變壓器的選擇過程中，根據(jù)線路電源決定變壓器的一次繞組電壓值，確保電力的合理使用。

22降低發(fā)電能耗

國家發(fā)改委明確提出：要求在發(fā)電調(diào)度中要考慮可再生能源和低耗能機組發(fā)電。所以說，電力公司應(yīng)該根據(jù)發(fā)改委的要求制定新的規(guī)劃，以經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保為基礎(chǔ)，優(yōu)化調(diào)度能耗機組發(fā)電，縮減高能耗機組的使用，加大低能耗發(fā)電。同時，要加大可再生能源的發(fā)電力度。要充分利用太陽能、風(fēng)能、生物能、海洋能等，不斷優(yōu)化電力技能的技術(shù)，積極發(fā)展太陽能光伏發(fā)電，不斷優(yōu)化分布式供能系統(tǒng)，降低能源消耗。

23優(yōu)化監(jiān)控技術(shù)

隨著當前智能化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，各種監(jiān)控系統(tǒng)開始深入到電力節(jié)能領(lǐng)域。通過優(yōu)化電力監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以確保各環(huán)節(jié)電力的穩(wěn)定、安全運行，同時還能夠使整個電氣系統(tǒng)的節(jié)能運行成為一種可能。例如，在走廊燈的設(shè)計過程中，完全可以采用聲控?zé)簦朔L明燈，同時還可以不斷引入新的技術(shù)，如光控、聲控?zé)?，通過編程控制達到節(jié)約電能的作用。

3優(yōu)化電廠運行中的綜合線損技術(shù)

31優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃

以城市電網(wǎng)運行為例，合理規(guī)劃電網(wǎng)能夠起到降低線損的作用。例如，在建設(shè)電網(wǎng)的過程中，要充分考慮到遠期、近期地區(qū)的電力負荷密度、區(qū)外電源受電通道以及節(jié)能降損等情況，因地制宜，從各個電壓級別協(xié)調(diào)發(fā)展的角度出發(fā)，建設(shè)高壓配電網(wǎng)。同時，還應(yīng)該采取積極的措施，采用低噪聲、低能耗設(shè)備，提高電力的利用效率。

32做好電力變壓器節(jié)能

首先，要積極做好變壓器降耗改造技術(shù)。電廠相關(guān)方面應(yīng)該采用非晶合金鐵芯變壓器，這種變壓器具有低能耗、低噪聲的特點，并且運行的費用也相對較低，所以說，要通過不斷優(yōu)化技術(shù)使用低損耗變壓器；其次，要確保變壓器的經(jīng)濟運行。要想確保變壓器的經(jīng)濟運行，就要強化用電管理、加強供電，最終可以達到提供功率和節(jié)能的最終目的；最后，優(yōu)化電網(wǎng)無功配置。大量無功電流在電網(wǎng)中會導(dǎo)致線路損耗增大，變壓器利用率降低，用戶電壓跌落。無功補償是利用技術(shù)措施降低線損的重要措施之一，在有功功率合理分配的同時，做到無功功率的合理分布。

33加強電廠用電側(cè)管理技術(shù)

在電廠用電管理中，強化側(cè)管理技術(shù)能夠給電廠帶來直接的經(jīng)濟效益，研究掌握負荷管理技術(shù)，采用先進的技術(shù)終端提升用電效率，對實現(xiàn)電力需求側(cè)管理的目標意義重大。首先，要注意改變用戶的用電方式。通過改變用戶的用電方式，減少季節(jié)性的電網(wǎng)峰荷，提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性，節(jié)約電力建設(shè)投資，優(yōu)化供電成本；其次，要不斷提升終端用電的效率。通過選用高效的用電設(shè)備、采用能源替代方法等提高電力高效運行，改變消費行為，最終降低能耗，提高終端的用電效率；最后，電氣布置及接線優(yōu)化。從電氣設(shè)備布置而言，盡量將需要散熱的設(shè)備放在通風(fēng)良好的場所，保證電氣各環(huán)節(jié)布置的合理性，以最大限度地減少機械通風(fēng)，確保電力的技能。

4提高功率因素的意義

41減少線路功率損耗，提高電網(wǎng)輸電效率

（1）降低發(fā)電機有功功率的輸出。

（2）降低輸、變電設(shè)備的供電能力。

（3）造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

（4）造成低功率因數(shù)運行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。

供配電線路的有功損耗為：

42提高功率因數(shù)，可減少電壓損失

正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，還需要取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運行。

供配電線路的有功損耗為：

采用補償電容提高功率因數(shù)后，電壓損失△U減小，改善了電壓質(zhì)量。

43提高電力網(wǎng)的傳輸能力，提高設(shè)備利用率

由公式cos=PS=PP2+Q2=P3UI可知，在傳送一定有功功率P的條件下，cos越高，輸出電流就越小，傳輸能力越大。

44降低設(shè)備容量

以變壓器為例，04kV線路功率因數(shù)提高后，線路電流減小，視在功率也減小，變壓器傳輸能力是用視在功率衡量，因此也降低了變壓器的負載率。因此，改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設(shè)備潛力，提高設(shè)備能力的有效方法。

5供配電系統(tǒng)節(jié)電——電動機節(jié)電

51電動機的無功就地補償

將就地補償裝置安裝在電動機附近，并直接與電動機連接在一起的補償方式?；\式電動機通常采用并聯(lián)電容器就地補償方式。無功就地補償?shù)膬?yōu)點及注意事項如下表所示。

無功就地補償?shù)膬?yōu)點及注意事項

優(yōu)點[]注意事項

1有利于降低電力系統(tǒng)線損，提高無功補償經(jīng)濟當量值。

2有利于挖掘供電設(shè)備的潛力，減小配電線路導(dǎo)線的截面和配電變壓器的容量。

3實施電動機無功就地補償?shù)耐顿Y，按現(xiàn)行電價計算，半年左右即可回收[]1對經(jīng)常停用的電動機、年利用小時數(shù)很低的電動機，不宜采用就地補償?shù)姆绞健?/p>

2為了減少技術(shù)上的復(fù)雜性，對多速電動機，經(jīng)常反復(fù)開停、點動或堵轉(zhuǎn)的電動機（如電梯或吊車上的電動機），雙向轉(zhuǎn)動或反接制動的電動機也都不宜采用就地補償[BG）F][HT]

52電動機的合理選型和節(jié)能改造

521電動機的合理選型

（1）選用節(jié)能型電動機，淘汰高能耗的老式電動機。

（2）合理選擇電動機的型號。選擇電機除了滿足拖動功能外還應(yīng)考慮其經(jīng)濟運行性能。

（3）合理選擇電動機的額定容量。當負載率β在70%～100%時為經(jīng)濟運行區(qū)；當40%≤β≤70%時，為一般運行區(qū)；當β≤40%時為非經(jīng)濟運行區(qū)。

522合理設(shè)計電動機起動和運行方案

（1）對于大中型電動機的起動方案設(shè)計也有節(jié)能潛力可挖，若采用全壓直接起動方式，則要求電力系統(tǒng)有足夠大的容量，而實際運行時，電力系統(tǒng)負載率很低，影響供電效率，并且用直接起動方式易燒電機或影響電網(wǎng)其他設(shè)備運行。對于這類電機可采用降壓等起動方式，既可以改善電機起動性能，又可以降低電機起動對電網(wǎng)容量的要求；既節(jié)約能源，又節(jié)約一次性投資。

（2）對于大型風(fēng)機、短時滿載運行而

長期處于輕載運行的電機，選擇時應(yīng)考慮調(diào)速運行方案，節(jié)能效果相對調(diào)節(jié)風(fēng)門方式顯著。

523老式電動機的節(jié)能改造

（1）更換電動機的外風(fēng)扇，將電動機的外風(fēng)扇更換為節(jié)能型的。對于不同型號的電動機，有對應(yīng)型號的節(jié)能型風(fēng)扇產(chǎn)品可供選用。主要用于單方向運轉(zhuǎn)的2極和4極電動機，改后可提高效率135%～255%。

（2）采用磁性槽泥代替原來的槽楔，用磁性槽泥進行電動機節(jié)能改造后，可降低電動機的鐵心損耗和附加損耗，提高效率，但起動轉(zhuǎn)矩會下降10%～20%，因此僅適用于空載或輕載起動的電動機。

53電動機的調(diào)速節(jié)能

三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式為n=[SX（]60f[]p[SX）]（1-s），由此可見，改變供電頻率、電動機的極對數(shù)及轉(zhuǎn)差率s均可達到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。在生產(chǎn)機械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動機的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力耦合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對數(shù)的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速以及無換向器電動機調(diào)速等。

從調(diào)速時的能耗觀點來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指調(diào)速時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力耦合器調(diào)速，能量損耗在液力耦合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。

參考文獻：

[1]趙傳霖，吳文傳，張伯明基于多Agent的能量管理系統(tǒng)支持平臺[J].電力系統(tǒng)自動化，2009（13）.

[2]張文亮，劉壯志，王明俊，等智能電網(wǎng)的研究進展及發(fā)展趨勢[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009（13）.

[3]盤宏斌，羅安，趙偉，等基于DSP的不平衡補償和單純形優(yōu)化的靜止無功補償器[J].電力自動化設(shè)備，2009（3）.

[4]渠時遠我國工業(yè)節(jié)能形勢及其對策[J].中外能源，2009（1）.

[5]徐先勇，羅安，方璐，等靜止無功補償器的新型最優(yōu)非線性比例積分電壓控制[J].中國電機工程學(xué)報，2009（1）.