電力節(jié)能的發(fā)展瓶頸與應對措施

文_王繼昌 中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司

1 概述

電網擾頻引發(fā)用戶端設備瞬間脈沖疊加沖擊, 造成用戶端的安全問題。開發(fā)具有雙向阻隔內外部電能污染的功能的節(jié)能(穩(wěn)壓)技術已迫在眉睫。由于阻隔來自內外部電能污染，開發(fā)類似享有雙向防火墻之稱的裝置，即阻隔來自內外部的瞬流、浪涌、諧波等電能污染，又通過抑制（通低阻高）、濾除、吸收三種治理方式，降低內部電能污染對配電系統(tǒng)內的所有設備、儀器、儀表、線路和開關的危害,顯得尤為重要。

2 電力節(jié)能的發(fā)展瓶頸

在《巴黎協議》自愿減排的國際責任下,為實現我國承諾的2030年二氧化碳排放目標,社會各界對已投產的電廠技術改造非常重視。但由于歷史原因，造成了目前國內兩種電壓運行區(qū)域,即以西北地區(qū)(部分南方電網)為代表的110kV用戶端電網，以及華北地區(qū)等為代表的220kV用戶端電網。同一設備難以適合不同電壓模式的供電系統(tǒng)的節(jié)能推廣受到限制。

此外，還有行業(yè)發(fā)展的瓶頸。節(jié)能設備分為三類：限流(如LED/變頻)無法提高能效、限耗(如高效電機)可以提高能效；技改升級(可以降耗)。用戶配電系統(tǒng)的功率因數低于0.9時，就會受到供電部門的經濟處罰；功率因數超過0.9時，就會獲得供電部門的獎勵。但從配電系統(tǒng)內特有的安全性考慮，既要防止出現滯磁現象，又要防止飽磁現象，因這兩種情況都會導致電機等設備的發(fā)熱發(fā)燙，引起電機等設備的運轉失穩(wěn)和耗能問題。

3 技術改進與措施

3.1 通過雙向阻隔、抑制、濾除和吸收方法治理電網電能污染

開發(fā)具有雙向阻隔內外部電能污染的功能的節(jié)能(穩(wěn)壓)，阻隔來自外部的雷達波、無線電波、閃電、雷擊，以及鄰近用電單位設備啟停所產生的電壓波動、電壓閃爍等外部電能污染（10%～20%），同時阻隔來自用戶配電系統(tǒng)內部的因線路和設備老化、三相不平衡、功率因數不足、設備啟停頻繁、諧波干擾、超載等原因引發(fā)的內部電能污染（80%～90%）。類似享有雙向防火墻之稱的裝置，即阻隔來自內外部的瞬流、浪涌、諧波等電能污染，又通過抑制（通低阻高）、濾除、吸收三種治理方式，降低內部電能污染對配電系統(tǒng)內的所有設備、儀器、儀表、線路和開關的危害。

3.2 通過電磁移相原理實現功率因數提高

開發(fā)擁有多繞組環(huán)型交叉互感特殊制造技術，產生的“通低阻高”整體電抗特性，將大部分高次諧波各相電流相互抵消或吸收，并轉化為磁能，再由補償繞組同步將轉化后的電流補償給負載端，從而大幅度降低負載因渦流、諧波、分量的電能損耗。

一般情況，設備啟動所消耗的電能比其正常運行的電能高得多，通過高能磁轉原理，利用電磁移相技術，使三相電向量和磁通量相互影響，相位相互對立而抵消偏差磁勢，實現電壓與電位的相位差同步調整，從而提高功效。

3.3 利用電磁補償促進三相平衡

用戶配電系統(tǒng)的三相電流與電壓的不平衡，形成中性點發(fā)生偏移，產生零線（序）電流三相之間的電位差，導致相間電流環(huán)流，引發(fā)額外電流損耗，使電機運轉抖動，摩擦增加，做功不穩(wěn)定，異常發(fā)熱；整流設備三相諧波增加，浪涌電容加大，線路損耗增加，電能轉為熱損耗；精密設備運轉不穩(wěn)定，產品合格率降低等等危害。通過磁化主繞組、穩(wěn)壓繞組和補償繞組等特殊制造工藝，采用高純度特殊材料，巧妙的發(fā)揮磁通向量與電向量的互感作用，利用相互補償的鐵芯磁通量，促進各相之間的電流與電壓平衡。

3.4 利用清潔電網降低電能耗損

據研究，瞬流、浪涌、諧波電能污染，會導致配電系統(tǒng)內的效率下降30%以上，并會對開關、接觸元件、線路、電子元器件等產生較大沖擊，用電設備效率下降，線路損耗增加。這就是建廠的時間越長，電費越大的原因之一。氧化層阻抗增加1Ω時，電動機效率下降13%，配電系統(tǒng)損耗增加約8%。

3.5 智能無功補償防止“過補”與“欠補”

傳統(tǒng)常規(guī)無功補償，無論是集中補償還是分散補償方式，都易造成“過補”和“欠補”問題，并且電容無功補償還會因溫度、濕度和絕緣層材料因素而引發(fā)故障與使用壽命短的問題。智能(虛擬)無功補償，是根據用戶配電系統(tǒng)設備對無功的需求量進行的動態(tài)補償，需要多少無功就實時補償多少，從而有效防止無功補償的“過補”和“欠補”現象。

3.6 利用三大原理的協同實現瞬間電磁儲能

利用微磁場電工原理、電磁平衡原理、電感與電抗交互原理的協同作用，通過特有的電流補償繞組與主磁化終端的相互作用，產生磁化主繞圈的電能不能突變的電抗功能，在瞬時儲能的同時，將吸收的能耗轉化為磁能，再由電流補償繞組同步將電流補償給用戶配電系統(tǒng)的負載端，從而實現電流的二次利用。

3.7 利用抗沖擊功能實現智能調壓調流

針對用戶配電系統(tǒng)內的負載停止時所產生的電壓凸起（暫升）現象，而開啟時所產生的電壓凹陷（暫降）及電流突變脈沖現象，提高裝置的抗沖擊能力，不僅使用戶配電系統(tǒng)設備、儀器、儀表的開啟與停止時得到保護，而且防止電壓電流長時間的過度偏離正常范圍，從而實現設備的保護與節(jié)能。

3.8 利用電信級平臺遠程監(jiān)測功能建立人機結合的管理模式

安裝在用戶電能入口端的中央節(jié)能保護設備與中央數據庫在北京的電信級管理節(jié)能平臺，通過移動網、固話網、短信網和互聯網與之連接而成，將每日實時功率因數、每日實時電能消耗、每日實時電費累積金額、本月電費累積金額和每日三相實時電流、每日實時電壓等數據，讓用戶單位的主管人員通過手機、座機、短信或互聯網方式，全天候遠程監(jiān)測，建立起人機結合的用能節(jié)能管理模式。

3.9 利用“四量化”功能實現管理節(jié)能的可持續(xù)

可通過在不同分廠（車間、部門），另行安裝用能監(jiān)測的硬件，實現用能節(jié)能的量化核算、量化考核、量化追蹤、量化獎懲，采用手機、座機、短信或互聯網方式，建立全天候遠程監(jiān)測功能，再結合管理節(jié)能工作的PDCA循環(huán)，消除人離機不停，人離空調不閉，人離燈不關等人為浪費現象。

4 節(jié)能發(fā)展的緊迫性

合理利用能源,使有限的能源得到最合理充分的利用，這是我國國情的需要。對于消耗一次能源的大戶—火力發(fā)電廠，合理地利用能源是設計、制造、運行中要解決的緊迫性課題。

5 應對措施

5.1 提高效能

節(jié)能保護裝置——電效云端保護裝置，是安裝在用戶配電系統(tǒng)電能入口端的中央節(jié)能保護設備，與中央數據庫在北京的電信級管理節(jié)能平臺，通過移動網、固話網、短信網和互聯網連接而成的系統(tǒng)，可實現設備節(jié)能與管理節(jié)能疊加的智能高效節(jié)能節(jié)電產品。

電效云端保護裝置采用微磁場電工原理、電磁平衡原理、電感與電抗交互作用，集治理電能污染、動態(tài)無功補償、動態(tài)調節(jié)三相平衡、提高功率因數、清潔電網、電磁儲能、動態(tài)調流調壓和遠程監(jiān)測、管理節(jié)能技術于一體，通過提升整體配電系統(tǒng)的電力品質而實現的深層次的、全面性的整體節(jié)能節(jié)電產品。動態(tài)調整和平衡三相電壓電流，扼制啟動電流及短路電流，濾除、抑制和吸收諧波、瞬流和浪涌等電污染，凈化電網，提高電能品質，保護配電系統(tǒng)中的所有負載設備、儀器、儀表、線路和開關等設備，延長使用壽命，降低其維修率，建立起人機結合的電能管控模式，節(jié)能減排、降損增效。

5.2 電廠建筑節(jié)能

為了保護耕地，節(jié)約國家耕地資源，我國已明令禁止使用粘土磚，為了替代粘土磚產生多種墻體材料。隨著國家建筑節(jié)能標準的全面實施，各種新型節(jié)能墻體材料應運而生，由單一材料保溫節(jié)能體系向著復合材料保溫節(jié)能體系的方向發(fā)展。

目前，電廠建筑物常用的墻體材料主要有金屬墻板和輕質砌體。金屬墻板常用于主廠房建筑的外墻圍護，寒冷地區(qū)常采用復合金屬墻板。砌體主要采用蒸壓加氣混凝土砌塊、非粘土多孔磚或空心磚、陶?；炷疗鰤K、蒸壓粉煤灰砌塊、蒸壓灰砂磚等砌筑,用于附屬建筑的內墻和外墻圍護。

熱電廠通過優(yōu)化設計背壓、增加回熱級數、采用排渣余熱利用裝置回收熱量、合理選擇輔助設備等措施，提高機組效率，從而達到節(jié)煤的目標。1978年以前, 工程發(fā)電設計標煤耗大于471g/kWh，經過各項優(yōu)化后，2017年,工程發(fā)電設計標煤耗小于266g/kWh，優(yōu)于世界平均指標。21世紀,全球人均耗電年增長1.1%,我國增長達7.3%以上。我國能源消耗強度是西方發(fā)達國家平均水平的1.55倍,是日本的4.9倍,改進和使用節(jié)能的能效提高的空間巨大。

6 結語

通過雙向阻隔、抑制、濾除和吸收4種方法治理電網電能污染,可以節(jié)能增效。效能的提高為負載提供智能無功補償，從而減少線路損耗，提高功效。此外，由單一材料保溫節(jié)能體系向著復合材料保溫節(jié)能體系的方向發(fā)展，也為電力行業(yè)節(jié)能減排工作開拓更廣闊的領域。