寶鋼集團能效電廠的應用

周佃民，李關定

（上海寶鋼股份有限公司 能源環保部，上海 200941）

1 能效電廠的概念及其發展

能效電廠［1—2］（efficiency power plant，EPP）不是一種真實的發電廠，而是一種虛擬電廠，即通過實施一攬子節電計劃和能效項目，在需求側節約電力資源。從實施目的來說，能效電廠包括降低電能消耗（節能，相當于減少建設提供基本負荷的發電廠）和降低最大電力負荷、改善電力負荷曲線（移峰填谷，相當于建立調峰電廠）2層含義。

1.1 能效電廠建設的必要性

能效電廠雖是虛擬電廠，但在滿足電力需求和電網電力平衡工作中，卻和供方（發、輸、配、售電）能力有著同等的重要性。

與建設一個常規電廠相比，EPP具有建設周期短、零排放、零污染、供電成本低、響應速度快等顯著優勢，是實施電力需求側管理、實現節能減排的一種有效途徑，有利于大規模、低成本的外部資金的進入。其實施的必要性主要有以下2點：

（1）能效電廠的調峰能力

能效電廠可提供實時調度的調峰能力。在電網中，建設調頻機組的費用與運行成本相對較高，為了系統安全，調頻機組的配置是必須的。而能效電廠在這個方面的作用是可以減少調頻機組的運行，從而提高電網運行的經濟性。

在這個方面的技術措施主要包括：實施電力負荷控制、錯峰、避峰、調整生產工藝等有序用電項目轉移電力負荷；推廣電蓄冷蓄熱技術和蓄電池技術，實施峰谷分時電價、尖峰電價和可中斷電價激勵用戶改變用電方式，轉移高峰負荷；采用太陽能、風能、地熱、沼氣、天然氣的用能項目替代電力供應。

（2）能效電廠的發電能力

這個方面主要靠提高終端用戶的用電效率來完成。主要的技術措施包括：實施高效照明器具、高效節能電器、高效電動機與調速裝置、熱泵技術、變配電節電技術、余壓余熱利用、建筑節能等項目節約的電力電量。

1.2 能效電廠的實施

能效電廠的建設實施需要一定的前提條件，主要包括以下2點：一是建立健全有關促進能效電廠的法律政策，制定可操作流程（對企業來說，需要制定相應的推廣計劃）；二是設計能效電廠項目，從試點項目做起，取得經驗全面推廣。

例如，在世界銀行和亞太銀行的支持下，江蘇省和廣東省10年規劃期能效電廠項目已經于2005年啟動，至2015年底規劃期結束，預計能效電廠的供電成本0.13元/kWh，低于任何形式的供方資源。其具體的實施效果尚待時間考驗。

2 鋼鐵企業實施能效電廠的必要性

鋼鐵企業實施能效電廠，首先要考慮鋼鐵企業用電特點。鋼鐵企業是大型的工業高耗電企業，電能使用貫穿在鋼鐵生產的整個過程。相對于一般的電力用戶，鋼鐵企業具有顯著不同的用電特點，主要表現在：

2.1 用電量大

鋼鐵企業耗電巨大，一般耗電量占所在電網相當比重。以上海寶鋼為例，其用電量約占上海市電網的10%左右。

2.2 負荷波動大

鋼鐵企業的總負荷主要是由在鋼鐵冶煉鍛造等工業過程中產生的負荷組成，受其生產特點的影響，在鋼鐵企業中存在一些較大的沖擊負荷，比如：電爐負荷、熱軋負荷等。這些生產環節中主要是靠電力進行冶煉和軋制，具有較大的沖擊負荷特點。

圖1為某鋼鐵企業某日的負荷曲線。從圖1可以看出，負荷波動較大，這種較大的負荷波動會對所屬電網產生不利影響，降低外部電網安全穩定性。

圖1 某鋼鐵企業日負荷曲線

圖2為該鋼鐵企業對應時間段電爐環節的負荷曲線。從圖2中可以看出，該生產環節具有明顯的沖擊負荷的特點，是造成企業總負荷大幅度波動的一個重要原因。

圖2 某鋼鐵企業電爐生產環節日負荷曲線

2.3 負荷變化與生產狀況直接相關

鋼鐵企業負荷主要為工業負荷，其用電特點直接和設備的運行狀態相關，負荷主要由生產過程決定，沒有明顯的日負荷周期波動的特征。

從以上分析可以看出，鋼鐵企業的用電特點明顯與常規地區的用電特點不同，鋼鐵企業用電的大幅度波動對外部電網和企業自身的用電安全具有重大影響。正是因為鋼鐵具有以上特點，鋼鐵企業通過建設能效電廠，一方面有利于企業自身的節能減排，另一方面通過深化電力需求側管理，更加主動地參與電網安全穩定運行工作，具有經濟和安全上的意義。

3 鋼鐵企業能效電廠建設的途徑

鋼鐵企業是典型的流程制造工業，討論鋼鐵企業建設能效電廠的途徑，需要結合企業本身的能源流（電能耗散流）過程。以下主要從電能的來源、傳遞與轉換3個過程進行討論。

如圖3所示，鋼鐵企業的電能耗散結構主要分為3個階段，即電能來源、電能傳遞與電能使用。以下分別加以說明。

3.1 電能來源階段能效電廠的措施

鋼鐵企業所需電能主要來自于3個方面：自備電廠、外部電網和余熱余壓回收機組。

從自備電廠來說，鋼鐵企業自備電廠一般多為煤氣混燒機組或燃氣輪機，可利用本廠的副產煤氣用于發電，其發電成本一般較外部電網低。充分發揮自備電廠的現有發電能力，既可以降低對外部電網電能的依賴，又可以降低用電成本，而且通過對自備電廠的有效管理，促進企業本身電網運行的安全穩定性。

圖3 鋼鐵企業電能耗散結構示意圖

研究現有自備電廠發電能力的充分發揮是建立能效電廠首要問題。需要注意的是，除了發電能力的問題，同時還應考慮煤氣發電與基于分時電價的谷段低價外部電能的優化平衡問題。

余熱余壓資源在鋼鐵企業中大量存在，針對可回收部分，建立干法熄焦（CDQ）、高爐煤氣余壓透平發電機組（TRT）等，把其他形式的能源轉換為電能，同時余熱余壓的回收利用，如：余熱吸收技術，可以降低電能的使用。

此外，利用鋼鐵企業所在地的太陽能、風能資源進行發電也是途徑之一，這個方面已經在國外的先進鋼鐵企業中得到了初步應用，比如韓國浦項制鐵集團公司。

3.2 電能傳遞階段能效電廠的措施

電能的傳遞主要是通過輸配電變壓器和電力線路（電纜、架空線）傳遞到最終的電能用戶。對主要是配電網絡的工業企業電網來說，降低傳輸網絡上的損耗（線損）具有重要意義。

這方面可以做的工作有：

（1）優化電源結構

這部分工作主要在配電網規劃和改造階段，高壓網絡要深入負荷中心。

（2）優化潮流分布

在運行中，需要根據實際情況對潮流進行優化，比如變壓器的優化運行，改變供電方式等。

（3）高耗能配電變壓器和輸電線的淘汰更新

線損的主要部分是變壓器的損耗，除了在規劃和運行中需要考慮此部分因素之外，還需要結合生產的實際情況，逐步淘汰高耗能變壓器，同時對輸配電線路進行梳理，如果后期負荷加大，也需要及時更換配電變壓器及輸電線路。

（4）提高功率因數與電能質量的治理

功率因數過低會造成輸配電線路中的電能損耗加大，同時又會造成電壓偏離，因此，需要對功率因數過低的區域進行無功補償。

鋼鐵企業中，制氧、水處理及制水等單元的低壓配電系統中接有許多旋轉設備，如：帶有變頻裝置的風機、送水泵、脫水機等。這些旋轉設備在運行時會產生瞬間浪涌和諧波電流，污染了電源質量。該類系統電流浪涌現象嚴重，諧波含量高，這種現狀導致接入該系統的電氣設備故障損壞率高、設備使用壽命降低、不明原因的故障停機和電能的浪費，因此需要在配電系統中需要考慮進行電能質量治理的措施。

3.3 電能轉化與使用階段能效電廠的措施

電能的轉化與使用是電能耗散中的最后一環，也是最終決定用電效率的關鍵。這里主要包括2個方面：

3.3.1 提高用電設備的電能轉化效率

（1）照明與空調節電

鋼鐵企業占地較大，以寶鋼為例，生產廠房眾多，因此有大量的照明設備且24 h使用。據統計，僅寶鋼生產區域主廠房照明的年耗電量就達9 000萬kWh以上，所以寶鋼開展照明節電具有很大的節電潛力。據測算，僅主干道路和生產區域室內外照明回路采取節電措施，年節電量可達3 000萬kWh。

鋼鐵企業的廠房和辦公場所的空調數量巨大，從管理上和技術上推進空調的節電也具有相當潛力。

（2）生產設備的節電

這個方面主要是設備本身的電能轉化效率，包括設備的改造（包括機械部分改造，比如水泵涂膜或者電氣部分改造等）或淘汰更新。另外，電動機采用變頻調速等措施，也具有較大的節能空間。寶鋼生產區域的水泵、風機等中低壓系統的變頻裝置投運后，節電效果明顯，平均節電率在25%以上。

3.3.2 通過負荷管理降低最大負荷，避峰填谷

對來源于外部電網的電能，需要根據實際情況進行具體分析，如：采用峰谷電價。宜根據需要，調節生產計劃，從而主動避峰，減少最大需量電費支出。

這個方面有很多的案例，比如江蘇錫鋼集團及淮鋼集團負荷控制項目，降低最大需量支出電費，攀枝花鋼鐵集團供水系統利用分時電價降低用電成本等。這些技術和措施均取得了較好的效果。

4 結束語

能效電廠的建設既是“節能”又是“減排”，有計劃、按步驟推進至關重要。

應該說，能效電廠的建設是一個逐步深入的過程，新的管理理念和新的技術手段需要逐步應用到其中，這將對電力需求側管理課題的研究是一個推進。

［1］ David Moskovitz，FrederickWeston，周伏秋，等.大力推行能效電廠，支持實現國家節能減排目標［J］.電力需求側管理，2007，9（4）：2-5.

［2］ 張念瑜.美國能效電廠機制建設經驗與借鑒［J］.電力需求側管理，2009，11（5）：74-76，80.