- 曙海教育集團(tuán)論壇 (http://www.022-oo.cn/bbs/index.asp)
-- 變頻器系列 (http://www.022-oo.cn/bbs/list.asp?boardid=60)
---- 淺議現(xiàn)代工廠企業(yè)的節(jié)電技術(shù) (http://www.022-oo.cn/bbs/dispbbs.asp?boardid=60&id=2362)
-- 發(fā)布時(shí)間：2010-12-9 12:59:00
-- 淺議現(xiàn)代工廠企業(yè)的節(jié)電技術(shù)
1 引言
能源—或稱熱力之源，是人類賴以生存和活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在現(xiàn)代化工廠企業(yè)，最主要的體現(xiàn)形式是動(dòng)力，而電力應(yīng)用又首當(dāng)其沖。
進(jìn)入新世紀(jì)以來，能源已成為世界問題的焦點(diǎn)之一，它直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)社會(huì)和民生甚至能源供求的國際關(guān)系，目前國內(nèi)企業(yè)和居民生活最直接的影響就是煤、電、汽油和生產(chǎn)資料的漲價(jià)，如今除居民用電外，工業(yè)和農(nóng)業(yè)電價(jià)已逐年有所上調(diào)。
在生產(chǎn)的粗放型時(shí)代，問題還不很突出，有些企業(yè)總是把注意力放在擴(kuò)大再生產(chǎn)上，只要產(chǎn)量上去了，就會(huì)有市場，而目前的現(xiàn)實(shí)，呼吁企業(yè)的經(jīng)濟(jì)決策人以新的思考，節(jié)約能源，生產(chǎn)為獲取利潤，注重經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。當(dāng)前企業(yè)管理的流行語是“節(jié)能任重于天，細(xì)節(jié)決定成敗”。
言歸議題，目前企業(yè)的能源使用和用電狀況如何，怎樣節(jié)電，有什么有效的技術(shù)措施？這是企業(yè)面臨的實(shí)際問題，而本文更側(cè)重于后者的探討。
2 企業(yè)的用電狀況
以冶金工廠為例。說到鋼鐵企業(yè)，就想像到高爐聳立，鐵水奔流，鋼花怒放，軋機(jī)轟鳴，拿一個(gè)年產(chǎn)百萬噸以下鋼鐵產(chǎn)品的中型企業(yè)來說，通常就有礦山、原料場、高爐、煉鋼、軋鋼、鑄造…，及其他配套設(shè)施，通常需要約mva以上的電力負(fù)荷，每天就要消耗數(shù)十萬度的電能。這些廠礦所裝備的典型設(shè)備和電氣系統(tǒng)，如原料廠的燒結(jié)機(jī)長距輸送帶的運(yùn)行;煉鐵高爐裝料卷揚(yáng)機(jī)的電力拖動(dòng)，熱風(fēng)爐的大型鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng);煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐的頂吹氧、傾爐裝置、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)速;軋鋼機(jī)的大型初軋高壓同步或繞線異步電機(jī)、直流調(diào)速連軋機(jī)的控制;鑄造熔煉電爐的供電，以及相應(yīng)的通用附屬設(shè)備如工業(yè)鍋爐、大型水泵、空壓機(jī)和遍布的軌梁起重機(jī)，等等。
應(yīng)看到，隨著企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展，工廠的許多電氣設(shè)備幾經(jīng)換代，技術(shù)水平和效率已有很大提高。如電氣開關(guān)已一再升級(jí)，像80年代以前的高壓油開關(guān)已徹底淘汰，代之以新型真空開關(guān)、空氣開關(guān);電力變壓器已由各種老型號(hào)改型到銅芯s7型并向s９型過渡;普通交流異步電動(dòng)機(jī)已由過去的j系列升級(jí)為y系列;直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)由水銀整流器、交直流發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)組，更新為晶閘管直流調(diào)速機(jī)組;當(dāng)今交流變頻調(diào)速技術(shù)，解決了交流電機(jī)的無級(jí)變速問題，且效率更高，不一而言。可以說，當(dāng)前我國在行業(yè)整頓，優(yōu)化組合，企業(yè)競存，優(yōu)勝劣汰中，保存及新興成長的國有大中型、民營企業(yè)，技術(shù)裝備和自動(dòng)化程度已有相當(dāng)水準(zhǔn)，初具現(xiàn)代化規(guī)模，供電系統(tǒng)電力效能都有較大提高。當(dāng)然，也應(yīng)看到，許多傳統(tǒng)老工業(yè)企業(yè)及一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)模較小、技術(shù)較弱的工廠，有許多老舊設(shè)備還在運(yùn)行，電力設(shè)備節(jié)電性能較差，節(jié)能降耗技術(shù)改造任務(wù)還很繁重。
那么，在目前情況下，企業(yè)的節(jié)能降耗包括節(jié)電，還有無潛力可挖，存在什么問題特別是技術(shù)方面的原因，如何解決？這是我們技術(shù)討論的著眼點(diǎn)。
3 影響設(shè)備電耗的技術(shù)因素
電氣設(shè)備是為生產(chǎn)工藝服務(wù)的，工藝是否先進(jìn)合理，自身節(jié)省能耗，自不待言，這里主要分析電氣設(shè)備本身的能耗原理。電力作為電能由其它能源轉(zhuǎn)換產(chǎn)生，作用于電氣設(shè)備以電壓電流的表現(xiàn)形式作功，其單位消耗的電功率為pn=w/t(kwh)，并以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、光能、化學(xué)能的形態(tài)，產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力、光照、電解或充電等。然而電器設(shè)備在對(duì)負(fù)載進(jìn)行有效作功(pf)的同時(shí)，也有一部分無效作功損耗，二者之和才是總的有功功率(pn)，這就是電器設(shè)備的效率，η=pf/pn，這是其一。另外，由于大多數(shù)電氣設(shè)備為感性負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)線圈除電阻外還含有電感，從電工學(xué)的原理，將產(chǎn)生電壓電流的不同相，從相關(guān)電壓、電流或功率矢量三角形看起來，實(shí)際有功率pn要小于裝置總的功率，叫作視在功率ps，還有一部分為無功功率pl(電感上的功率)，因此，有一個(gè)稱為功率因數(shù)pf的重要電氣參數(shù)，專門表征這一電能的數(shù)量關(guān)系，pf=pn/ps。容性負(fù)載情況類似，但常常用來補(bǔ)償感性無功功率。此外，廣義上的功率因數(shù)pf還包括波形崎變?cè)斐傻母郊与娔埽竺孢�要談到。
可以看出，要想減少無謂的電能損耗，應(yīng)從幾方面入手，一是提高電器設(shè)備(包括負(fù)載裝置)的效率，二是提高電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)，進(jìn)而消除無功電流，同時(shí)要合理供電，減少線路損耗。以下，擬結(jié)合目前企業(yè)主要電氣裝備情況，分類討論。
4 電氣設(shè)備能耗、節(jié)電措施及發(fā)展方向
參照國家發(fā)改委節(jié)能中長期計(jì)劃，和國內(nèi)電力需求側(cè)管理試點(diǎn)所關(guān)注的方面，結(jié)合生產(chǎn)應(yīng)用，僅就電力節(jié)能部分項(xiàng)目，初步綜合匯集了一些有價(jià)值的技術(shù)建議，以期共同探討，廣為關(guān)注。
(1) 電力變壓器:
電力配電變壓器是換能效能較高的設(shè)備，盡管如此，由于存在空載損耗、負(fù)載損耗和熱損耗，在廠礦用量很大，且不少老舊產(chǎn)品，使用不盡合理,因而節(jié)電挖潛空間很大。
據(jù)專家分析建議，如能以s9及以上系列產(chǎn)品更替舊產(chǎn)品，節(jié)電回收年限為2~3年，特別是sc11型卷鐵芯變壓器，d10型單相配電變壓器，非晶合金配電變壓器等，空載損耗下降非常可觀，有可能成為今后發(fā)展方向。
此外，合理的配電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，更是發(fā)揮管理的能動(dòng)作用，優(yōu)化運(yùn)營，避免浪費(fèi)的有效措施。
(2) 電力線路:
供電線路線損是電力損耗的重要原因，低壓線路尤甚。治理工作要重視日常供電管理，包括減少無效運(yùn)行、常明燈、提高功率因數(shù)等，知微而見著，同時(shí)要著重改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
在改進(jìn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，抅建安全經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)電網(wǎng)方面，應(yīng)走出一個(gè)長期的習(xí)慣誤區(qū)，即以最大負(fù)載選取變壓器，按安全電流密度選取導(dǎo)線截面和條數(shù)，而忽略了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，按照最新電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論研究結(jié)果，與常規(guī)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相比，選取變壓器容量要加大，臺(tái)數(shù)要增多，線路截面要加大，條數(shù)增多，并治理電網(wǎng)低功率因數(shù)和諧波，這樣，電網(wǎng)的容載比顯著增大，條數(shù)增多，負(fù)載調(diào)整功能增強(qiáng)，促使電網(wǎng)運(yùn)行中供電設(shè)備過載減少，從而減少線路電壓損耗，提高供電質(zhì)量和安全可靠性。
目前，我國部分農(nóng)村供電正試行單、三相變壓器混合線路供電，這種供電結(jié)構(gòu)國外已廣泛采用，其原則是，單相變壓器直接到戶，最大限度減少低壓線路壓降，因而西方國家配電線損一般在４％以下。不過，西方國家配電系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地或小電阻接地方式，單相變壓器僅用１只套管，比較經(jīng)濟(jì)。我國蘇州地區(qū)采用單相卷鐵芯變壓器雙套管方式，結(jié)果基本相同，對(duì)于已采取三相四線制供電的部位，則采取以三相卷鐵芯變壓器改造的方式，這應(yīng)是一種創(chuàng)新，值得參考推廣。借鑒這個(gè)經(jīng)驗(yàn)，建議廠礦也可因地制宜，靈活性地采用類似方法，在新建或改造供電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)用，如在使用整流或隔離變壓器時(shí)，可盡量采用高壓變壓器，對(duì)孤遠(yuǎn)大電流低壓線路，可采取高壓供電、就地降壓的方式，許多料場供電、遠(yuǎn)程照明也可仿此辦理。
(3) 電動(dòng)機(jī)及其控制
電動(dòng)機(jī)作為方便高效的動(dòng)力機(jī)械，是電力能源最重要的應(yīng)用，通常人們把直流電機(jī)、交流異步電機(jī)和交流同步電機(jī)作為傳統(tǒng)電機(jī)的三大機(jī)種，如在冶金大型軋鋼機(jī)電力拖動(dòng)、交通電力機(jī)車中直流機(jī)組等，此外還有大小各種類型各種用途的電動(dòng)機(jī)，但以往在各行業(yè)應(yīng)用中，三相交流異步電動(dòng)機(jī)和直流電機(jī)最為普遍。
電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)發(fā)展很快,如直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，目前已采用模塊化整流器件及數(shù)字式調(diào)速產(chǎn)品;隨著微電腦和電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速真正解決了交流電機(jī)的調(diào)速問題并得到了廣泛應(yīng)用，永磁伺服電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等新型機(jī)電一體化控制技術(shù)和設(shè)備涌現(xiàn)并迅速成熟，這些技術(shù)，很多都與節(jié)電有關(guān)，使電機(jī)的能效特性有了很大的提高。
那么，今后電動(dòng)機(jī)及控制技術(shù)還有什么發(fā)展，是否還有節(jié)電空間？結(jié)論是肯定的，社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步總是向前進(jìn)的，為了提高電動(dòng)機(jī)的控制特性和節(jié)能水平，技術(shù)界一直在孜孜不倦不遺余力地研究改進(jìn)產(chǎn)品。就拿變頻器來說，雖然低壓“交—直—交”通用變頻器已廣泛使用，尤其在水泵風(fēng)機(jī)類負(fù)載得到普及，取得顯著節(jié)電效果，而大容量高壓變頻器的試制推廣方始熱行，國產(chǎn)高壓變頻產(chǎn)品已趨成熟，占有了市場一席之地。為了改進(jìn)普通型變頻器的含５次以上諧波的非標(biāo)準(zhǔn)正弦缺陷，一方面，推出以三電平多電平為代表的各種完美正弦波方案，改進(jìn)一般帶濾波橋式整流器波形崎變的電路，一方面對(duì)需要場合采用“交—交”矢量變頻控制，這種矩陣式電力變換器(ｍｃ)，是一種綠色環(huán)保型變頻器新概念，波形好，效率功率因數(shù)高，可四象限運(yùn)行，是一種極有發(fā)展前途的新技術(shù)。不少專題論著中還建議我國供電電壓標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在交流380v與6000v之間，增加若干電壓標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)現(xiàn)有電力電子器件參數(shù)，便于推廣變頻器、軟起動(dòng)開關(guān)等新型節(jié)電產(chǎn)品的應(yīng)用。
就是電動(dòng)機(jī)自身的改進(jìn)和換代，也有發(fā)展余地，如我國2002年頒布了電機(jī)國標(biāo)(gb18613—2002)《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》，按照新的效率標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合落實(shí)淘汰熱軋硅鋼片、推廣冷軋硅鋼片的產(chǎn)業(yè)政策，上海市經(jīng)委立項(xiàng)開展了新型三相電機(jī)的研究，新的樣機(jī)已于浙江完成，效率完全達(dá)到國標(biāo)新要求和國外同類產(chǎn)品指標(biāo)，關(guān)鍵技術(shù)包括冷軋硅鋼片的使用、可消除主要諧波“△-y”正弦繞組等;其他如石化企業(yè)推廣的ｙ×2高效電機(jī)，變頻器專用電機(jī)等，也在其內(nèi)。測算說明，采用新型節(jié)能電機(jī)所投入的資金，完全可由節(jié)電所得早期補(bǔ)償。
永磁伺服電動(dòng)機(jī)(也分為交直流)，以往主要用于高精度數(shù)控專用機(jī)床，由于以永久磁性材料作為磁極，節(jié)省了勵(lì)磁能源，故超出一般的電效率。家電行業(yè)已率先大面積應(yīng)用，如直流變頻空調(diào)、永磁同步電機(jī)、無刷直流電機(jī)等。我國是矽土資源豐富的國家，發(fā)展永磁電機(jī)有著有利條件，據(jù)介紹，國內(nèi)已開發(fā)出較大功率的伺服電機(jī)，用于工控拖動(dòng)，綜合電控系統(tǒng)，造價(jià)已逼近變頻設(shè)備，預(yù)計(jì)長遠(yuǎn)將有越來越多的替代應(yīng)用。在新技術(shù)推廣產(chǎn)品換代過程中，往往孕含著巨大的市場和商機(jī)。
(4) 電氣設(shè)備的功率因數(shù)和諧波治理
設(shè)備的低功率因數(shù)和諧波，會(huì)造成設(shè)備自身和電網(wǎng)相當(dāng)大的附加無功電流，增加電網(wǎng)輸變電以至發(fā)電設(shè)備的負(fù)擔(dān)，影響設(shè)備運(yùn)行及壽命。目前，世界各國都在嚴(yán)格限制低功率因數(shù)電氣產(chǎn)品，制定輸入諧波的標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)電工學(xué)定義:
