電能優(yōu)化器在自來水廠的節(jié)能應(yīng)用

張葆華

摘 ?要：在自來水的生產(chǎn)運(yùn)營成本中，泵站耗電費(fèi)用占有較大的比重，而泵站電耗主要反映在電機(jī)的用電量上。如果在不改變水泵機(jī)組揚(yáng)程、流量的基礎(chǔ)上，能降低電機(jī)的電流和功率，則可以起到節(jié)能降耗的效果。桂洲水廠使用的POWERCSG電能優(yōu)化器通過優(yōu)化電力質(zhì)量的方法，減少電機(jī)15%的用電量，達(dá)到節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：供水泵站;電動(dòng)機(jī)節(jié)能;PPO電能優(yōu)化器

引言：自來水廠是城市企業(yè)用電的大戶，也是耗能大戶。供水企業(yè)中，自來水的制水成本中電費(fèi)用所占的比重約50%左右，電力消耗占整個(gè)供水能源消耗的95%以上。因此，如何降低電耗成了供水企業(yè)的重中之重，也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效措施，同時(shí)對建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)具有重要的推動(dòng)作用。

自來水生產(chǎn)過程中，泵站電耗是主要部分，是節(jié)能降耗關(guān)注的重點(diǎn)對象，而常用的節(jié)能手段主要通過加大機(jī)泵改造和維護(hù)、以及對泵房配電系統(tǒng)進(jìn)行改造。順德供水公司下屬桂洲水廠在二級(jí)泵站使用了一種稱為PPO電能優(yōu)化器的設(shè)備，它通過改善電動(dòng)機(jī)供電線路整體的電流輸送質(zhì)量來達(dá)到節(jié)能降耗的目的，下面我就這個(gè)PPO電能優(yōu)化器的工作原理和使用情況向大家做個(gè)介紹。

一、PPO電能優(yōu)化器的工作原理

電能在傳輸過程中，是以不穩(wěn)定的態(tài)勢進(jìn)入導(dǎo)體的，所有形態(tài)的電子負(fù)載在電路中都是以一種不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)軌跡在運(yùn)動(dòng)，這些不規(guī)則電子運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致所有負(fù)荷和導(dǎo)體產(chǎn)生腐蝕效應(yīng)，同時(shí)電子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)使它們相互間產(chǎn)生碰撞、摩擦和過度震動(dòng)，從而造成能量損耗，損失的能量會(huì)以熱、噪音、振動(dòng)和電磁形式表現(xiàn)出來，最終導(dǎo)致電力傳輸上的損失。PPO電能優(yōu)化器節(jié)電原理就是結(jié)合光電效應(yīng)、光化學(xué)效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的三個(gè)理論，通過發(fā)射紅外波擾動(dòng)電子的運(yùn)行狀態(tài)，改變電子的軌道特性，大量減少電子的相互碰撞，進(jìn)而減少電能在傳輸過程中的損耗。PPO電能優(yōu)化器與普通節(jié)電產(chǎn)品不同，它是一種專門針對各種電能質(zhì)量問題而研發(fā)的系統(tǒng)，它帶來了一種嶄新的節(jié)電理念，其核心是一個(gè)獲得專利權(quán)的波動(dòng)發(fā)生器，里面的芯片產(chǎn)生的特定波長紅外線可以改變電子的軌道特性，起到擾動(dòng)電子、改變不規(guī)則電子的運(yùn)動(dòng)方向，從而大量減少電子碰撞、摩擦和減輕電子的過度振動(dòng)。

二、PPO電能優(yōu)化器在水廠節(jié)能降耗工作中的應(yīng)用實(shí)例

桂洲水廠是順德供水有限公司屬下一個(gè)日供水量6萬噸的水廠，其供水泵房有3臺(tái) 280KW 與 2 臺(tái) 200KW 水泵機(jī)組，是水廠電力消耗主要生產(chǎn)單元。桂洲水廠出廠水壓力控制范圍是0.38～0.46Mpa，供水流量約3500m3/h， 2014年P(guān)PO設(shè)備安裝前桂洲水廠泵站電耗為178kwh/dam3，配水電耗4.45kwh/

（dam3*m），而全廠的綜合電耗為231 kwh/dam3。

PPO電能優(yōu)化器對泵房開展節(jié)能降耗工作可選擇單機(jī)配置和泵站整體配置兩種方案，單機(jī)方案即是在每臺(tái)機(jī)組旁邊配置與電機(jī)功率相近容量的PPO設(shè)備;泵站整體方案則是將泵站的所有機(jī)組作為一個(gè)整體而無需考慮單臺(tái)機(jī)組的功率，然后根據(jù)泵站日常負(fù)荷配置PPO設(shè)備的總?cè)萘?，并將其作為一個(gè)整體模塊組旁接在供水泵站的電力供應(yīng)端的主電柜旁。供水負(fù)荷是每日周期性波動(dòng)，單機(jī)方案雖然投資大但效果好，而泵站整體方案相對投資少，并且調(diào)度靈活，節(jié)能效果則略遜于單機(jī)方案。

本次桂洲水廠作為PPO節(jié)能項(xiàng)目的試點(diǎn)最終采用了單機(jī)配置方案以保證最佳的節(jié)能效果，除去280KW的2號(hào)備用機(jī)組外，其余4臺(tái)均根據(jù)電機(jī)功率配置了PPO設(shè)備，同時(shí)在二級(jí)泵站的主電力供應(yīng)端及4個(gè)水泵的各個(gè)電力供應(yīng)端上安裝功率紀(jì)錄儀并連通電腦設(shè)備。二級(jí)泵房的PLC工作站也24小時(shí)連續(xù)不斷地對各臺(tái)水泵機(jī)組的電流、功率和泵站流量、壓力、清水池液位等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以量度二級(jí)泵站的實(shí)際總體與各個(gè)水泵設(shè)備的電力數(shù)據(jù)。

圖-1 ?單臺(tái)機(jī)組PPO接線示意

PPO設(shè)備安裝好并接通電源后系統(tǒng)將會(huì)立即運(yùn)作，對電子運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)范，開始節(jié)能工作。一般而言，針對24小時(shí)運(yùn)作的馬達(dá)設(shè)備其磨合期約為六周左右。由于水廠泵站機(jī)組會(huì)根據(jù)壓力和流量的調(diào)節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)換開停，因此優(yōu)化期會(huì)相應(yīng)延長以確保足夠的磨合時(shí)間，在這期間并不影響供水泵房正常的生產(chǎn)調(diào)度，PPO電能優(yōu)化器會(huì)自行做出智能調(diào)整，達(dá)到最佳效益。

圖-2： 3號(hào)電機(jī)在PPO投入前后的運(yùn)行電流對比

3號(hào)、4號(hào)電機(jī)于2015年5月18號(hào)投入使用，圖-2和圖

-3分別是從電腦上截圖的PPO投入前后的電流數(shù)據(jù)對比與歷史曲線變化。

節(jié)能量的計(jì)算方面，我們根據(jù)自來水廠的生產(chǎn)與工作特性，按該泵站每泵出一千立方米自來水的電機(jī)耗電量（簡稱電機(jī)單耗）來評估使用PPO設(shè)備前后對整個(gè)二級(jí)泵站水泵設(shè)備的整體節(jié)能效果，以配水電耗作為一個(gè)參考指標(biāo)進(jìn)行衡量，從而將供水流量、壓力和機(jī)組搭配的影響降到最低。

每千立方米自來水生產(chǎn)耗能平均值計(jì)算公式：

（該泵站水泵馬達(dá)每日總耗能千瓦時(shí)/每日供出自來水的總立方數(shù)）X 1000

4臺(tái)機(jī)組PPO設(shè)備5月18日全部投入使用，6月10日二級(jí)泵站自動(dòng)電容補(bǔ)償柜退出運(yùn)行。在PPO設(shè)備全部投入運(yùn)行一個(gè)月后，水廠各能耗指標(biāo)有明顯的變化，雖然目前設(shè)備還處在磨合優(yōu)化期，但其節(jié)能效果已經(jīng)達(dá)到9%，后繼的運(yùn)行將會(huì)使節(jié)能量進(jìn)一步增大，并最終有望達(dá)到15%節(jié)能效果。以下所示是各項(xiàng)數(shù)據(jù)比對表：

PPO設(shè)備投入后各機(jī)組電流變化

PPO設(shè)備投入后功率因數(shù)的變化

集中電容補(bǔ)償柜沒投入前，二級(jí)泵房功率因數(shù)：cosΦ=

0.76;集中電容自動(dòng)補(bǔ)償柜投入后，二級(jí)泵房功率因數(shù)：

cosΦ=0.96 。兩個(gè)電容補(bǔ)償柜的電流分別為I1=162A，I2=55A。集中電容補(bǔ)償柜沒投入， PPO優(yōu)化器投入，二級(jí)泵房功率因數(shù)：

cosΦ=0.93，

三、PPO電能優(yōu)化器的工作特點(diǎn)

（1）PPO電能優(yōu)化器直接和用電設(shè)備進(jìn)線端子并聯(lián)，或者并聯(lián)在離用電設(shè)備最近的配電箱。并聯(lián)的設(shè)計(jì)的好處是最大限度的保證了目標(biāo)設(shè)備的安全運(yùn)營，即便PPO電能優(yōu)化器出現(xiàn)故障，通過加裝的斷路保護(hù)器立刻隔離優(yōu)化器，從而不影響正常生產(chǎn)。（2）PPO 設(shè)備到用電設(shè)備主電路的連接點(diǎn)的距離不能超過7 米。如果超出這一距離， PPO 設(shè)備對電路中電子的感應(yīng)有效性將大幅降低，從而影響節(jié)能效益的發(fā)揮。（3）為了獲得最佳的優(yōu)化效果，用于連接PPO與用電設(shè)備的電纜必須是高品質(zhì)的細(xì)芯線型， 如果使用低質(zhì)量電纜，將影響電子的運(yùn)動(dòng)效率與排列，從而影響優(yōu)化效率。

（如下圖中，左面為最好，中間為次之，右邊為最差。）

（4）PPO節(jié)能優(yōu)化器在提供更順暢的電力傳遞同時(shí)能延長用電設(shè)備的壽命。下圖是紅外成像儀觀察優(yōu)化前后電動(dòng)機(jī)溫度變化：

（5）PPO設(shè)備逐漸影響電路里的電子行為，提高整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)移效率，其節(jié)能效果需要在系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)造達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)后，其節(jié)能效益可以實(shí)現(xiàn)出來，依賴于不同的運(yùn)行環(huán)境，這個(gè)磨合時(shí)間通常需要6～8周，而它所表現(xiàn)出來的第一個(gè)變化跡象就是無功功率的突然下降，這就表明PPO設(shè)備開始對電路產(chǎn)生影響了。（6）PPO設(shè)備在水泵長時(shí)間停止運(yùn)作后的幾天里重新啟動(dòng)，需要重新優(yōu)化操作，以降低到其之前的最佳狀態(tài)。

四、PPO電能優(yōu)化器廠在水廠的應(yīng)用前景

水廠傳統(tǒng)節(jié)能工作均是從提高水泵效率、采用變頻技術(shù)等幾方面考慮，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率的方式進(jìn)行節(jié)能改造，即通過限制和降低電動(dòng)機(jī)原有的輸出功率實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)省電的目的，這對于一些工作不穩(wěn)定，不是滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，采用變頻調(diào)速裝置可以使電動(dòng)機(jī)合理運(yùn)行，避免了不必要的電能消耗。順德供水公司10個(gè)鎮(zhèn)街的水廠在陸續(xù)整合，近期不斷有水廠關(guān)?；驍U(kuò)容、供水管網(wǎng)也在不斷合并改造，致使各水廠供水壓力范圍還處于一個(gè)變化的過程中，采取上述傳統(tǒng)的節(jié)能方法均有可能導(dǎo)致與今后的生產(chǎn)工況不匹配，造成重復(fù)投資或投資浪費(fèi)的情況。而PPO電能優(yōu)化技術(shù)無疑是一種持久有效、不受水廠水壓、流量等工況影響的節(jié)能辦法，在保證或提高電動(dòng)機(jī)原有輸出功率的條件下，通過提高電動(dòng)機(jī)和所屬回路的導(dǎo)電性，從而降低電動(dòng)機(jī)和所屬回路的阻性損失（熱量損失）的節(jié)電方式，是可用能量守恒定律來衡量的節(jié)能技術(shù)，是真正意義上的節(jié)能。

根據(jù)電能優(yōu)化器的工作原理和工作特性，我們可以看出，PPO電能優(yōu)化器對于水廠的許多設(shè)備都有較好的節(jié)能效果，例如：以電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的空壓機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)等常用設(shè)備。PPO電能優(yōu)化器采用安全可靠的并聯(lián)連接方式，最大限度的保證了目標(biāo)設(shè)備的安全運(yùn)行，這一點(diǎn)相比較目前普遍采用的變頻器更加安全可靠，同時(shí)，電能優(yōu)化器可以有效降低目標(biāo)設(shè)備的熱量、噪聲和線路的腐蝕，延長了電機(jī)等目標(biāo)設(shè)備的使用壽命，從而縮短了目標(biāo)設(shè)備的更換周期，節(jié)約了大量的資金。綜合評價(jià)PPO電能優(yōu)化器，應(yīng)該是一款高科技新型綠色的節(jié)能產(chǎn)品，可以幫助水司以嶄新的方式繼續(xù)挖掘節(jié)能的潛力。