評(píng)價(jià)電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益

黃麒

摘 要：現(xiàn)代科技的發(fā)展越來越依賴于電能，電能作為目前世界上使用最多、應(yīng)用最廣的能源，受到人們廣泛的關(guān)注。為滿足人們的需求，各種新型工藝、設(shè)備等被開發(fā)并投入使用，使得工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電能的需求不斷地增加，對(duì)電力拖動(dòng)的使用更加依賴。文章通過對(duì)電力拖動(dòng)特性的研究，仔細(xì)分析了電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用，并闡述了該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù) 經(jīng)濟(jì)效益 評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：F407.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（c）-0081-02

進(jìn)入21世紀(jì)以來，科技帶動(dòng)工業(yè)飛速迅猛發(fā)展，為滿足生產(chǎn)需要，涌現(xiàn)出了各式各樣的新型電氣設(shè)備，不斷消耗著電力能源。而電能作為二次能源，目前它主要是通過消耗煤炭等不可再生資源而產(chǎn)生的。為此國家正承受著愈演愈烈的能源危機(jī)，要求企業(yè)做好節(jié)能工作，節(jié)約用電。為響應(yīng)號(hào)召，企業(yè)的技術(shù)人員與管理人員需要依據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的節(jié)能措施，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)效益最大化，例如在工業(yè)生產(chǎn)中采用電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)，盡可能減少電機(jī)的容量，降低其負(fù)載，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，推動(dòng)企業(yè)和社會(huì)的健康發(fā)展。

1 電力拖動(dòng)與電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)

節(jié)能技術(shù)的提出與使用是促進(jìn)企業(yè)發(fā)展以及提高能源利用率的有效措施，企業(yè)經(jīng)營發(fā)展過程中，電力的拖動(dòng)占據(jù)了電能消耗的大部分，尤其是機(jī)械設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、泵等。所以企業(yè)要想控制生產(chǎn)、經(jīng)營成本，必須慎重選擇設(shè)備的電力拖動(dòng)方式，選擇不當(dāng)將直接造成電力資源的浪費(fèi)。

1.1 電力拖動(dòng)概述

在電氣設(shè)備使用過程中，以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)方式，叫做電力拖動(dòng)，也稱電機(jī)傳動(dòng)。電力拖動(dòng)是在電動(dòng)機(jī)的發(fā)展與改革下形成的，科技發(fā)展帶動(dòng)了機(jī)械設(shè)備的不斷創(chuàng)新與改善，新型電氣設(shè)備對(duì)拖動(dòng)方式有著更高的要求，如要求具備較高的調(diào)速精度、較寬的速度調(diào)節(jié)范圍，對(duì)于張力、轉(zhuǎn)矩、加速度可以有效控制等。傳統(tǒng)的拖動(dòng)方式是以蒸汽機(jī)、柴油機(jī)等作為原動(dòng)機(jī)的，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代工藝的生產(chǎn)要求。而電力拖動(dòng)則能夠有效滿足以上技術(shù)要求，不僅如此，電動(dòng)機(jī)設(shè)備的體積還遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他動(dòng)力裝置，同時(shí)還相對(duì)環(huán)保，便于控制，運(yùn)行性能好，傳動(dòng)效率高，可以有效的節(jié)約能源。因此，在冶金、石油、交通、機(jī)械、輕工、國防等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)中一種不可或缺的傳動(dòng)方式，奠定了其在社會(huì)發(fā)展中的重要地位。

1.2 電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)不可避免地存在著電能損耗，首先電機(jī)本身在運(yùn)行時(shí)就有電能損耗，該損耗與電機(jī)容量和電機(jī)負(fù)載密切相關(guān)。其次是電機(jī)在拖動(dòng)時(shí)的負(fù)荷能耗，以及由電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的電流在傳輸中造成的損耗。為此，企業(yè)相關(guān)部門的技術(shù)人員應(yīng)積極探索并運(yùn)用電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)，降低電能消耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。下面分別闡述幾種技術(shù)類型的利弊。

1.2.1 直流電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)

在生產(chǎn)中只有從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)企業(yè)自身經(jīng)營與發(fā)展的特點(diǎn)來選擇合適的電力拖動(dòng)方式，才能達(dá)到節(jié)能的目的。直流電力拖動(dòng)是最早應(yīng)用于生產(chǎn)中的技術(shù)，它能實(shí)現(xiàn)良好的啟、制動(dòng)，可以在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，在企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。電力控制系統(tǒng)是電力拖動(dòng)系統(tǒng)中一個(gè)很重要的組成部分，它負(fù)責(zé)確保設(shè)備正常的拖動(dòng)和管理，所以也要慎重選擇。電力電子技術(shù)的使用讓直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)能隨意調(diào)節(jié)電樞的電壓，并且直流電的拖動(dòng)方式在一定的條件下能實(shí)現(xiàn)逆變控制。直流電力拖動(dòng)方式雖然在理論與實(shí)踐上已都相對(duì)成熟，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，不方便維護(hù)。除勵(lì)磁外，直流電動(dòng)機(jī)的全部功率都通過換向器流入電樞，造成電機(jī)效率低。而且直流電機(jī)散熱性不佳，會(huì)造成較高的冷卻費(fèi)用，不利于節(jié)能。

1.2.2 交流電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)

相同容量的交流電力拖動(dòng)性能優(yōu)于直流電力拖動(dòng)，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于維修，且堅(jiān)固耐用，無論從經(jīng)濟(jì)性還是環(huán)境適應(yīng)性角度，效果都相對(duì)突出，并且交流異步電動(dòng)機(jī)能突破直流電動(dòng)機(jī)的功率限制，提供更大的動(dòng)力，減小電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由于交流異步電力拖動(dòng)具有高精度和高性能，企業(yè)常用于風(fēng)機(jī)、泵等機(jī)械設(shè)備，便于調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。

1.2.3 高壓電力拖動(dòng)節(jié)能方式

通常電機(jī)的損毀率與電流大小成正比，要延長設(shè)備壽命必須控制電流。根據(jù)公式我們知道，當(dāng)負(fù)載功率保持恒定時(shí)，只有加大定子電壓值，才能使電流保持較弱的狀態(tài)。因此，中、大功率且不必調(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)能選擇高壓電動(dòng)機(jī)的盡量選擇高壓電力拖動(dòng)，這樣可以有效的實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約。企業(yè)在選擇供電電壓時(shí)應(yīng)遵循以下原則：一般情況，如果電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率超過75kW則在選擇供電源時(shí)，應(yīng)盡量選擇高電壓，以便較快實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)，并達(dá)到節(jié)能的目的。

2 電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)的原理

在實(shí)際生產(chǎn)中，想要真正把節(jié)能技術(shù)運(yùn)用到電力拖動(dòng)設(shè)備中，需要從電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)設(shè)備兩個(gè)方面來進(jìn)行分析。

2.1 對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言

根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，選擇適宜的電動(dòng)機(jī)是關(guān)鍵。企業(yè)管理人員或技術(shù)人員在給設(shè)備匹配電動(dòng)機(jī)時(shí)常常由于疏忽或不重視導(dǎo)致“大馬拉小車”的情況，也就是配備了功率過高的電動(dòng)機(jī)，以至于在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率一直處在規(guī)范要求以下的百分點(diǎn)上，造成了嚴(yán)重能源浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)機(jī)體本身也會(huì)造成損害。所以，首先我們要確定電動(dòng)機(jī)的類型，從轉(zhuǎn)子效率角度考慮，鼠籠式電動(dòng)機(jī)優(yōu)于繞線式電動(dòng)機(jī)；當(dāng)考慮功率因數(shù)時(shí)，使用高速電動(dòng)機(jī)比低速電動(dòng)機(jī)效果好；從電壓等級(jí)方面考慮，如果生產(chǎn)負(fù)載較大，則使用高壓電動(dòng)機(jī)比低壓電動(dòng)機(jī)更合適。另外，企業(yè)在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，應(yīng)盡可能地選擇節(jié)能電動(dòng)機(jī)，雖然其價(jià)格成本比普通電動(dòng)機(jī)高，但從長期運(yùn)行和節(jié)能效果方面考慮，節(jié)能電動(dòng)機(jī)的總體效益要高于普通電動(dòng)機(jī)。

泵類設(shè)備和風(fēng)機(jī)類設(shè)備耗電量十分巨大，而且其運(yùn)行速度的大小直接影響著電能的消耗，一旦設(shè)備的運(yùn)行速度高出額定值，其耗電量就會(huì)劇增。

2.2 對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備而言

一般來說，電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)在風(fēng)機(jī)與泵類等生產(chǎn)設(shè)備上應(yīng)用得最為頻繁。以下主要針對(duì)油田和石化企業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的抽油機(jī)進(jìn)行分析。在抽油機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中采用的節(jié)能方法有以下4種。

2.2.1 減少抽油機(jī)的沖次

通常油井在開發(fā)過程中，其產(chǎn)液量與地層能量會(huì)隨著開發(fā)進(jìn)度的深入而逐漸降低，尤其到了中后期，該現(xiàn)象越發(fā)明顯。這會(huì)使得抽油機(jī)在工作時(shí)的有效功率降低，此時(shí)需要及時(shí)減少抽油機(jī)沖次，否則就會(huì)有一部分輸出功率被浪費(fèi)掉。要想降低電機(jī)的負(fù)載，避免電能浪費(fèi)，必須減少抽油機(jī)的沖次。通?？梢圆捎靡韵聝煞N方法：一種是將皮帶輪更換為小尺寸的進(jìn)行作業(yè)；另一種是使用多級(jí)電機(jī)替換原來的普通電機(jī)，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)速降低了，抽油機(jī)的沖次也就減少了。

2.2.2 改變電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與運(yùn)行方式

一般在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)伴隨著電能的損耗，而且啟動(dòng)時(shí)的力矩越大，電損越明顯。例如，當(dāng)抽油機(jī)以3～9kW的負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)，其匹配電機(jī)的選擇功率通常在15～30kW，這會(huì)使得電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)擁有很大的力矩，也就伴隨著很大的電損。介于這種情況，可以通過控制線路的方法，使用電機(jī)三角形啟動(dòng)和星形運(yùn)行代替原先的三角形啟動(dòng)運(yùn)行，利用三角形接法的高壓效果，產(chǎn)生較大扭矩和功率，滿足啟動(dòng)要求；而在運(yùn)行時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗采用星形接法，利用其工作電壓低，使能耗減少。

2.2.3 使用軟啟動(dòng)

機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中需要調(diào)節(jié)電源電壓和輸出功率，有時(shí)會(huì)使用到軟啟動(dòng)器。軟啟動(dòng)的特點(diǎn)是直接通過內(nèi)部線路來調(diào)節(jié)，通常電機(jī)載荷在設(shè)備運(yùn)行時(shí)是呈規(guī)則曲線變化的，而電機(jī)輸出功率也同樣呈規(guī)則曲線變化，軟啟動(dòng)器能夠感應(yīng)并檢測(cè)到電機(jī)的這種變化，讓控制線路及時(shí)得到反饋，對(duì)輸入電壓及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到最佳節(jié)能效果。

2.2.4 應(yīng)用變頻調(diào)速器

在實(shí)際生產(chǎn)中，抽油機(jī)以及其他泵類設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)實(shí)際排量小于泵排量的現(xiàn)象，造成電能的損耗。而變頻調(diào)速器的工作原理，就是當(dāng)檢測(cè)到以上情況時(shí)，利用壓力信號(hào)，向變頻系統(tǒng)進(jìn)行反饋，由系統(tǒng)降低頻率，進(jìn)而減少電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和泵排量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

3 電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

對(duì)照第2大點(diǎn)對(duì)節(jié)能技術(shù)原理的分析，下面依次從改進(jìn)后的設(shè)備上來分析證明節(jié)能應(yīng)用的實(shí)際效益。

3.1 抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行方式改變后的效益

在對(duì)測(cè)試的3臺(tái)抽油機(jī)改造前后的參數(shù)性能進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，將三角形運(yùn)行改為星形運(yùn)行，平均每臺(tái)設(shè)備減少了1.18kW的有用輸出功率，而且功率因數(shù)有了很大的提高，線路損耗大大減少，結(jié)合設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)以及工作時(shí)間，每一年每臺(tái)設(shè)備都可以減少約120881.8kW時(shí)的電能損耗，而改造資金只需要1500元左右，兩個(gè)月就可以收回成本，具有十分顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 變頻調(diào)速器應(yīng)用后的效益

選擇3臺(tái)泵類設(shè)備，對(duì)使用變頻調(diào)速器和不使用變頻調(diào)速器的情況進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比參數(shù)包括實(shí)際排量、電機(jī)輸出功率、功率因數(shù)等。以其中一臺(tái)注水泵為例，沒有使用變頻調(diào)速器的情況下，其實(shí)際排量為13.2m3/h，電機(jī)輸出功率為33.23kW，功率因數(shù)為0.758；使用變頻調(diào)速器后，實(shí)際排量為11.7m3/h，電機(jī)輸出功率為25.7kW，功率因數(shù)為0.979?？梢钥闯?，在額定排量不變的情況下，使用變頻調(diào)速器后，電機(jī)的輸出功率有所減少，帶動(dòng)了能耗的降低。相比之下，3臺(tái)變頻器及相應(yīng)附件的投資成本較高，達(dá)到19萬元，但是在一年之內(nèi)也可以收回，而且變頻器的使用壽命較長，投入與產(chǎn)出比可以達(dá)到1∶4.2，節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)效益均十分明顯。

3.3 軟啟動(dòng)節(jié)能器應(yīng)用后的效益

對(duì)一臺(tái)安裝了軟啟動(dòng)器的抽油機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，電機(jī)的輸出功率有所下降，有一定的節(jié)能效果，但是并不十分明顯，其經(jīng)濟(jì)效益也不夠突出。造成這種情況的原因，主要是該方法尚處于實(shí)驗(yàn)階段，不成熟，需要相關(guān)技術(shù)人員的努力研發(fā)和改進(jìn)。

4 結(jié)語

隨著電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高與國家節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。但仍有些技術(shù)，有待改進(jìn)與完善。國家應(yīng)對(duì)能正真產(chǎn)生節(jié)能效果并且投資不太高的電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)大力推廣，使企業(yè)提高設(shè)備管理水平的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。總而言之，在當(dāng)前的社會(huì)背景下，電力拖動(dòng)技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域都得到了十分廣泛的應(yīng)用，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。因此，做好電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，無論對(duì)于企業(yè)自身還是對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展而言都是十分重要的，應(yīng)該引起相關(guān)部門以及管理技術(shù)人員的充分重視，采取合理有效的節(jié)能措施，減少生產(chǎn)過程中的能源消耗。

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