船廠節(jié)電途徑

湯 燕,陳家興,周 洋

(鎮(zhèn)江船廠,江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

0 引言

氣候變化、環(huán)境污染和能源緊缺,使得全世界比以往任何時(shí)候更重視節(jié)能減排問(wèn)題。電能是造船企業(yè)使用的主要能源,我國(guó)船舶建造的萬(wàn)元電耗平均水平與世界先進(jìn)造船企業(yè)相比,要高出 5倍以上,國(guó)內(nèi)船廠之間的電耗水平差距也很大。節(jié)電是節(jié)能減排的重點(diǎn)內(nèi)容,也是降低造船成本和增加經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)措施。

我國(guó)造船企業(yè)電耗高主要是由于管理水平較低、降本增效的意識(shí)不強(qiáng)、節(jié)電措施不力和相關(guān)的統(tǒng)計(jì)、計(jì)量、考核制度不完善所造成的。本文介紹造船企業(yè)降低電能消耗和減少電費(fèi)開(kāi)支的主要途徑。

1 充分利用電價(jià)政策

電能的供需具有同時(shí)性,對(duì)應(yīng)于隨時(shí)變化的用電負(fù)荷所發(fā)出的電能和消耗的電能(包括用電設(shè)備消費(fèi)的電能和變、輸、配電過(guò)程中的電能損失之和),在數(shù)量上是相等的,始終必須保持發(fā)用電平衡。因此,有關(guān)電力營(yíng)運(yùn)的政策和法規(guī)都在鼓勵(lì)均衡用電。

為發(fā)揮電能價(jià)格的經(jīng)濟(jì)扛桿作用,供電部門對(duì)企業(yè)實(shí)行分時(shí)銷售電價(jià)政策,3個(gè)時(shí)段分別是:峰電(8:00～12:00及 17:00～21:00)、平電(12:00～17:00及21:00～24:00)、谷電(0:00～8:00)。這3個(gè)時(shí)段的電費(fèi)單價(jià)有較大區(qū)別,平電比峰電的單價(jià)約便宜40%,谷電比峰電的單價(jià)約便宜70%。船廠應(yīng)當(dāng)充分利用這項(xiàng)政策,所有能安排在平電和谷電時(shí)段進(jìn)行生產(chǎn)的都應(yīng)當(dāng)避免使用峰電。某船廠因拼接鋼板的自動(dòng)焊機(jī)數(shù)量不夠準(zhǔn)備每天 3班生產(chǎn)。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn),如果只用谷電和一半平電(21:00～8:00),每臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)使用約一年半時(shí)間所節(jié)省的電費(fèi),可以新購(gòu) 1臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)。

2 提高日負(fù)荷率和功率因數(shù)

為促使電力用戶壓低尖峰負(fù)荷、減少無(wú)功功率、提高日負(fù)荷率和發(fā)供電設(shè)備利用率,供電部門對(duì)大工業(yè)電力用戶實(shí)行的是兩部制電價(jià),一部是基本電費(fèi),另一部是電度電價(jià)和功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)。

基本電費(fèi)與用電量無(wú)關(guān),只是按用戶受電容量收取基本電費(fèi),現(xiàn)行單價(jià)為28元∕(kVA?月)。用戶也可以申請(qǐng)按最大需量法繳納基本電費(fèi),即按受電容量的 40%核準(zhǔn)為最大需量,現(xiàn)單價(jià)為 38元∕(kVA?月),對(duì)用電負(fù)荷超過(guò)核準(zhǔn)數(shù)且持續(xù)時(shí)間達(dá)到15m in以上的部分,加倍收取基本電費(fèi)。例如,某船廠變電站裝有5 000kVA主變壓器 2臺(tái),日平均負(fù)荷為2 800kVA,日最高負(fù)荷為7 000kVA(在峰電時(shí)段約持續(xù)2～3h),日負(fù)荷率為 40%,基本電費(fèi)為28元∕(kVA?月)×(10 000)kVA= 28萬(wàn)元∕月;該廠通過(guò)削峰填谷調(diào)整用電負(fù)荷后,日平均負(fù)荷仍為 2 800kVA,但日最高負(fù)荷降為3 900kVA,僅有幾臺(tái)大型設(shè)備起動(dòng)或重載時(shí)用電負(fù)荷短時(shí)超過(guò)6 500kVA(持續(xù)時(shí)間都在15min之內(nèi)),故申請(qǐng)實(shí)行最大需量法,每月基本電費(fèi)為 38元∕(kVA?月)×10 000kVA×40%=15.2萬(wàn)元,每月可節(jié)約基本電費(fèi) 12.8萬(wàn)元。由于該廠日負(fù)荷率提高后,系統(tǒng)損耗顯著下降,經(jīng)粗略估算,系統(tǒng)損耗每年減少約600 000kWh。采用最大需量法的關(guān)鍵是要控制好日最高負(fù)荷不要持續(xù)15min及以上超過(guò)最大需量核準(zhǔn)量。這種方法尤其適合新廠產(chǎn)能尚未達(dá)標(biāo)或老廠因任務(wù)發(fā)生變化使電力負(fù)荷階段性下降的用戶。

電度電價(jià)和功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi),是按實(shí)際用電量計(jì)算電價(jià)并按功率因數(shù)的高低來(lái)減少或增加電費(fèi)。供電部門對(duì)大工業(yè)用戶的功率因數(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)為0.90,超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)可減少電費(fèi),低于標(biāo)準(zhǔn)將增加電費(fèi),其調(diào)整方法見(jiàn)表 1。

從表 1可知,當(dāng)功率因數(shù)較低時(shí),功率因素調(diào)整電費(fèi)所增加的數(shù)額(俗稱罰款)是很可觀的。某船廠,2009年 3月和 4月電費(fèi)分別為 198萬(wàn)元和 207萬(wàn)元,平均功率因數(shù)分別為 0.70和0.68,這兩個(gè)月電費(fèi)分別被增加 19.8萬(wàn)元和 24.84萬(wàn)元。該廠有關(guān)負(fù)責(zé)人誤認(rèn)為這是供電部門正常收取的電費(fèi),了解到實(shí)情后,立即決定購(gòu)置十多臺(tái)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償柜,裝在各饋電線路末端,將功率因數(shù)提高到 0.95～0.98。安裝此柜后,該廠 6月和 7月的電費(fèi)分別為199萬(wàn)元和 203萬(wàn)元,平均功率因數(shù)全部達(dá)到 0.95以上。這樣不僅不再罰款,電費(fèi)還分別減少了 1. 492萬(wàn)元和 1.522萬(wàn)元,而且提高了供電設(shè)備利用率,降低了線路的功率損失,改善了電壓質(zhì)量。

表1 以0.9 0為標(biāo)準(zhǔn)值的功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)表

3 降低線路的功率損失

用戶變電站向其內(nèi)部各用電單元供電的網(wǎng)絡(luò)稱為二次配電系統(tǒng),由用戶負(fù)責(zé)運(yùn)行。目前,大多數(shù)用戶的二次配電系統(tǒng)的二次配電電壓等級(jí)是以低壓為主,若用戶內(nèi)部的供電半徑較大而采用低壓配電,線路的功率損失(簡(jiǎn)稱線損)和電壓損失會(huì)比較大。

提高日負(fù)荷率和功率因數(shù),使線路上的電流降低是減少壓降和降低線損的主要措施。由于船廠面積比較大,二次配電線路距離比較長(zhǎng),用電負(fù)荷經(jīng)常隨工藝流程而變化,或者因建造的船舶類型有變化,使供電線路上的電流嚴(yán)重超過(guò)設(shè)計(jì)值,這不僅使線損嚴(yán)重超標(biāo),引起電纜線路過(guò)熱,降低了使用壽命,而且使電壓損失增大,影響設(shè)備正常使用。例如,某船廠在進(jìn)行空壓機(jī)站設(shè)計(jì)時(shí),原打算從變電站用標(biāo)稱電壓為0.38kV的4條線路分別向距離約200m的4臺(tái)空壓機(jī)供電(每臺(tái)空壓機(jī)配置的電動(dòng)機(jī)額定電壓為0.38kV、功率為250kW、功率因數(shù)為0.80),當(dāng)每條供電線路都選用3芯×185mm+1芯×95mm銅芯電纜時(shí),每條線路的電壓損失約超過(guò) 6.9%、線損約為7.8%,若供電電壓是在系統(tǒng)標(biāo)稱電壓允許偏差的下限,則該電動(dòng)機(jī)將無(wú)法正常運(yùn)行。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后,決定采用高壓配電。由于不再擔(dān)心電壓損失過(guò)大的問(wèn)題,將空壓機(jī)安裝到更為適當(dāng)?shù)奈恢?采用標(biāo)稱電壓為 10kV的 1條線路向距離約500m的4臺(tái)空壓機(jī)供電(每臺(tái)空壓機(jī)配置的電動(dòng)機(jī)額定電壓為 10kV、功率為 250kW、功率因數(shù)為0.80),當(dāng)選用 3芯 ×50mm銅芯電纜供電時(shí),電壓損失約為0.25%、線損約為0.36%。經(jīng)測(cè)算,和原來(lái)采用低壓配電方案相比較,這 4臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行不到半年所節(jié)省的電費(fèi)足以超過(guò)選擇高壓供電方案而增加的設(shè)備投資。

在GB/T 3485-1998《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》中,把企業(yè)變配電所的位置應(yīng)接近負(fù)荷中心,作為企業(yè)供電合理化的一項(xiàng)措施,把功率在 200kW以上的電動(dòng)機(jī)宜采用高壓電動(dòng)機(jī),作為將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的合理化措施之一。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明,設(shè)計(jì)二次配電系統(tǒng)的主要原則之一是電源位置應(yīng)盡可能靠近負(fù)荷中心,且配電線路應(yīng)按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇并留有一定的裕度;功率在200kVA以上的用電負(fù)荷,若供電線路距離超過(guò) 150m,宜采用高壓供電。這不僅有利于降低用電成本和提高供電質(zhì)量,還可以節(jié)省線路中的有色金屬用量。

4 空氣壓縮系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行

空壓機(jī)的耗電量約占船廠生產(chǎn)總耗電量的50%以上。由于船廠用氣負(fù)荷不均衡,配氣網(wǎng)管長(zhǎng)、范圍廣,供氣管道上閥門多、接頭多。據(jù)調(diào)查研究結(jié)果顯示,許多船廠在空壓機(jī)的用電量中,10%～30%左右電量是浪費(fèi)掉的,20%～30%左右的電量是可以節(jié)省的。所以,空氣壓縮系統(tǒng)的節(jié)電潛力很大。一般來(lái)說(shuō),在確保原來(lái)有效用氣量不變的情況下,通過(guò)空氣壓縮系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行,可以降低空壓機(jī)用電量的30%以上。主要措施有以下幾個(gè)方面:

(1)配氣網(wǎng)管布置的合理化。配氣網(wǎng)管應(yīng)采用環(huán)網(wǎng)系統(tǒng),并且能實(shí)現(xiàn)分片區(qū)供氣。在使用過(guò)程中,只開(kāi)啟通向用氣片區(qū)的供氣閥門,通向暫不用氣片區(qū)的供氣閥門必須關(guān)閉,絕對(duì)避免部分片區(qū)用氣而全部網(wǎng)管都充氣的現(xiàn)象。在船廠生產(chǎn)過(guò)程中有可能會(huì)遇到只有個(gè)別氣動(dòng)工具用氣的情況,為防止大馬拉小車的現(xiàn)象,有必要備有小容量的流動(dòng)式空壓機(jī)作零星供氣之用。在壓縮空氣傳輸系統(tǒng)中,要避免出現(xiàn)輸氣管道壓力損失過(guò)大和流量不夠的問(wèn)題,輸氣管直徑和用氣量、管道長(zhǎng)度、流量應(yīng)當(dāng)匹配;要在適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)設(shè)置容積合理的工作壓力貯氣罐,以增加配氣容量。

(2)杜絕泄漏。在0.7MPa壓力下一個(gè)直徑約2mm的小孔每小時(shí)漏氣量約 16m3,一年的漏氣量相當(dāng)于耗電13 000kWh。由此可以估算得出許多船廠壓縮空氣管道上那種四處漏氣、甚至是管道接頭上閥門大開(kāi)對(duì)空噴氣的現(xiàn)象,每年白白地耗掉了多少電量。有少數(shù)船廠因?yàn)榕錃饩W(wǎng)管嚴(yán)重漏氣,即使將空壓機(jī)站的機(jī)組全部投入運(yùn)行,壓力也很難升上來(lái);有些船廠的氣動(dòng)工具皮帶已老化破損,用膠布包了又包仍不能斷漏卻在勉強(qiáng)使用。據(jù)調(diào)查,大多數(shù)船廠對(duì)使用壓縮空氣無(wú)計(jì)量、無(wú)考核,對(duì)泄漏無(wú)專人管理。因此,必須加強(qiáng)泄漏損失意識(shí),加強(qiáng)對(duì)空氣壓縮系統(tǒng)的泄漏管理,是某些船廠的節(jié)電重點(diǎn)。

(3)避免提高空壓機(jī)的排氣壓力。空壓機(jī)的電耗與排氣壓力成正比,如果將空壓機(jī)輸出壓力從0.8 MPa降低至0.7MPa,約能降低電耗5%。但由于輸氣系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重、管道壓力損失太大、用氣負(fù)荷過(guò)于集中而出現(xiàn)流量高峰等原因,往往人為要求將空壓機(jī)的排氣壓力比生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需用壓力高出 0.1～0.3MPa,等于是人為造成電耗增加約5%～15%。這一問(wèn)題不是孤立的,只有網(wǎng)管合理化并杜絕泄漏,以及盡量安排均衡用氣,才能按照生產(chǎn)設(shè)備實(shí)際需用氣壓,合理設(shè)定空壓機(jī)的排氣壓力,而不應(yīng)當(dāng)以提高空壓機(jī)的輸出壓力來(lái)彌補(bǔ)其他方面存在的問(wèn)題。

(4)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)。空壓機(jī)的容量是按壓縮空氣需求量確定的。在運(yùn)行中,當(dāng)需求減小致使壓力上升到設(shè)定值時(shí),開(kāi)始減小空壓機(jī)的輸出;當(dāng)需求增大致使壓力下降到設(shè)定值時(shí),空壓機(jī)的輸出又重新增大。各種類型的空壓機(jī)都有其自動(dòng)減小或增大輸出的控制方式,對(duì)于空壓機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)/停止的控制方式而言,頻繁啟動(dòng)/停止會(huì)造成電機(jī)過(guò)熱和機(jī)械損傷嚴(yán)重,對(duì)電網(wǎng)沖擊也較大,一般己很少采用;對(duì)于空壓機(jī)自動(dòng)加/卸載控制方式而言,在卸載狀態(tài)的空壓機(jī)電耗約為滿載電耗的 15%～70%。為此,采用變頻調(diào)速技術(shù)使空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速由供氣壓力進(jìn)行控制已成為首選控制方式。船廠空壓機(jī)站一般都是多機(jī)組并聯(lián)供氣的系統(tǒng),只要將其中 1臺(tái)空壓機(jī)設(shè)為變頻調(diào)速或采用一控多的方式即可,節(jié)電效果一般在 30%以上,投資與技改工作量都不大,約一年時(shí)間所節(jié)省的電費(fèi)即能收回投資。

5 采用電耗低的先進(jìn)設(shè)備

弧焊機(jī)是船廠的主要生產(chǎn)設(shè)備,其耗電量約占造船企業(yè)生產(chǎn)總耗電量的 25%左右。目前,采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的逆變弧焊電源是取代傳統(tǒng)弧焊電源的最佳選擇。以 500A焊接電源為例,實(shí)測(cè)IGBT逆變弧焊電源和傳統(tǒng)弧焊電源(例如整流弧焊電源)的主要電氣數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 IGBT逆變弧焊電源與晶閘管弧焊電源對(duì)比

從表 2對(duì)比數(shù)據(jù)計(jì)算可知有功電量減少了3kW,若按每天工作 12h、每年工作 300d、負(fù)載率80%計(jì)算,則每臺(tái)IGBT逆變弧焊電源每年可比晶閘管弧焊電源節(jié)電3kW×12h/天×300天×80%= 8 640kWh,電費(fèi)均價(jià)按0.63元/kWh計(jì)算,則每臺(tái)每年能節(jié)省電費(fèi)0.63元/kWh×8 640kWh=5 443元,2年左右即能收回投資。而且,可使占用的電網(wǎng)容量減少10.3kVA,使無(wú)功負(fù)荷降低15.22kVAr,同時(shí)還能夠使焊接質(zhì)量大幅提高。

此外,船廠車間和露天場(chǎng)地大量使用的照明燈具,應(yīng)選用光效高、壽命長(zhǎng)的相應(yīng)光源;起重機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備,可廣泛采用軟起動(dòng)技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù);碼頭上的 60Hz岸電源若為發(fā)電機(jī)供電,可采用變頻岸電電源取代。這些都是比較成熟的技術(shù),一經(jīng)采用,便能取得降低電耗和節(jié)約成本的效果。