從節能角度探討工業廠房電氣設計方法

張廣平

摘 要:在闡述了工業廠房電氣節能設計的必要性后,對工業廠房電氣節能設計主要內容進行了歸納總結。最后,結合自我實際工作經驗,對工業廠房電氣節能設計技術要點進行了認真分析研究。

關鍵詞:工業廠房電氣設計節能減排

中圖分類號:TU201.5 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(a)-0096-01

隨著石油化工企業生產速度和規模的進一步擴大,其用電量也在不斷擴大,而此類企業工業生產電力能耗一直較大,是典型的高能耗產業。因此,如何采取有效措施達到“節電能、降能耗”等目的,已成為石油化工提高其生產經營經濟效率、實現低成本持續發展戰略的重要組成部分。本文將從電氣節能設計角度,從配電系統、照明節能、電機拖動系統等多個方面入手,運用工業廠房節能降耗的科學發展觀,結合化工企業實際生產特點,詳細探討工業廠房電氣節能設計技術要點[1]。

1 工業廠房電氣節能設計的必要性

想要減輕能源供需不足矛盾,解決能源短缺對我國社會經濟發展帶來的壓力,實現工業生產低成本持續發展,就必須采取有效的節能減排技術措施,改變工業生產現有的能源消耗模式,減少日常生產中對資源的浪費量,有效提高有限能源資源的利用效率,充分發揮能源應用的應用價值。石油化工企業作為我國典型的能耗大戶,如何在工業生產中推廣節能減排設計,已成為工業廠房電氣設計工程師研究的重點。在工業廠房的電氣設計過程中,合理規劃設計和采取有效節能減排設計方案,可以在確保工業生產線上所有電氣設備發揮較高性能的基礎上,減少工業廠房生產過程中的用電量,降低單位產品的綜合能耗,有效推動工業領域生產發展的節能減排效果,為工業企業又好又快可持續發展提供重要的技術支撐。

2 工業廠房電氣節能設計主要內容

(1)配電系統節能設計(包括:詳細負荷統計計算、無功動態補償策略和諧波綜合治理方案設計、以及變配電設備優化節能選型設計等);(2)照明系統節能設計(包括:照明系統設計、照明燈具匹配節能設計、照明控制系統系統、以及照明聯動節能控制系統設計等);(3)電氣設備節能設計(包括:電機拖動系統、空調系統、給排水系統、升級電梯等電氣設備的節能設計;(4)新能源綜合利用節能設計(包括:太陽能發電、風力發電、水源熱泵、熱電冷三聯供系統等節能系統設計)。

3 工業廠房電氣節能設計技術要點

3.1 配電系統節能設計

3.1.1 優選高效節能配電變壓器

工業廠房配電系統中,配電變壓器是重要的電能轉換和分配設備,但其自身又是一個能源消耗設備,也就是配電變壓器在實際運行過程中,會吸收一部分能耗。因此,選擇合理變壓器容量和型號是提高配電變壓器電能轉換效率,降低運行能耗的重要措施。因此,在電氣節能設計時,應根據實際負荷需求,按照略高于變壓器最佳負荷率來確定變壓器容量,通常應設置負荷率在75%～85%較為經濟合理。另外,配電變壓器選型時,應優選空載、負載損耗相對較小的節能性配電變壓器。例如對同為315kVA的配電變壓器而言,S13與S7相比,其負責損耗由4795W降低到3650W;空載損耗由766W降低到340W。電氣節能設計中,優選高效節能型配電變壓器代替常規高能耗配電變壓器,不僅可以有效提高電能轉換效率、降低變壓器運行能耗,同時還可以有效延長變壓器使用壽命。

3.1.2 合理選擇無功補償策略

在對工業廠房電氣設計時,對配電系統選擇合理無功補償策略,可以有效提高配電系統功率因數,降低系統線損,達到節能降耗的目的。隨著化工企業生產速度和規模水平的進一步擴大,大功率高壓電氣設備、照明燈具在工業廠房中得到廣泛采用,配電系統三相不平衡度大大增大。由于“單相分補”投資較大,通常要比“三相共補”增加投資約20%～30%。因此,工業廠房電氣節能設計過程中,要根據廠房三相用電實際情況,并從技術經濟等方面進行綜合考慮,合理設計“單相分補”或“單相、三相相互結合共補”無功補償方式。目前,“單相、三相相互結合共補”與諧波治理一體化無功補償裝置,在石油化工企業中應用節能效果和經濟效益較為優越,是節能設計中廣泛推廣使用的一種無功補償模式。

3.1.3 合理選擇電纜經濟截面

由上海現代建筑設計(集團)有限公司編制的《建筑節能設計統一技術措施(電氣)》一書中[2],明確指出供配電線路在滿足電壓損失和短路熱穩定的前提下,如果其年最大負荷運行時間Tmax<4000h時,可以按照導體載流量選擇導線截面;如果4000 h≤Tmax<7000h時,宜按電纜經濟電流密度進行電纜截面選擇;如果Tmax≥7000h時,電纜截面應嚴格按照經濟電流密度進行合理選擇。在電纜型號選擇時,應優選電阻率較小的銅芯線;應合理布設電纜走向,建設導線敷設長度。另外,在電氣節能設計時,對于長期處于載流工況的電纜截面應適當放大一級,以便于與保護裝置配合和為工廠后期擴容擴建提高便捷有利條件。

3.2 工業廠房照明系統節能設計

在工業廠房電氣節能設計時,應優選高效、節能的照明光源,如優選T5顯色性能好的新式節能熒光燈、緊湊型熒光燈(節能燈)、LED等,并配裝電子鎮流器或節能型電感鎮流器。如:某化工廠房選用T5(2*28W)的新型節能防爆熒光燈更換原設計配置的單極燈管防爆熒光燈(2*40W),投運3個月后,經過耗電數據統計分析,其節電效果超過30%。常規電感鎮流器其耗電量大約在燈具功率的20%以上,且其功率因數僅為0.4～0.5。新型節能型電子鎮流器,不僅其自身運行能耗較低,以36W熒光管用節能型電子鎮流器為例,其能耗僅為1～3W左右,而且其功率因數可以高達0.9以上,照明燈具線損得到大大降低,同時燈具在運行過程中無功損耗較小,配電系統供電質量得到有效提高。另外,照明控制系統優化設計也是工業廠房電氣節能設計研究重點,采取智能節能照明控制系統,可以根據廠房實際用電需求,靈活控制照明燈具組合方案,按照時控、光控、自/手控等多種組合方案,達到燈具的合理調節控制,達到降壓限壓幅度,節能效果十分明顯。

3.3 電機拖動系統節能設計

電機耗電大約占整個工業廠房耗電的90%以上,而且大多數電機其電能利用效率較低,存在很大的節能降耗潛力。對于200kW以下從經濟角度應優選低壓電機,對于355KW以上只有高壓電機。而對于200～355kW范圍電機,應從技術、經濟、運行能耗等多個角度進行綜合評估,以選取合適的電機功率。另外,隨著電力電子元器件價格不斷降低,以及變頻調速控制技術日趨完善,應結合工業廠房電機拖動系統的實際情況,采用變頻調速、軟啟動等先進控制措施對電機拖動系統進行節能降耗技術升級改造,以達到節能降耗的目的。

4結語

化工企業其節能減排潛力較大,采取合理的電氣節能技術措施對工業廠房電氣設計進行優化,可以取得有效節能降耗效果,不僅能給企業帶來巨大經濟效益,同時還可以實現有效資源的高效利用,最大限度地生產對環境的影響,為企業實現生態、低成本可持續綠色企業,提供重要的節能減排技術支撐。

參考文獻

[1]賈廣軍,李莉.工廠供配電系統方案的技術經濟比較[J].科技信息(科學教研),2007(28):254-255.

[2]陳學陽.建筑節能設計統一技術措施[M].北京:中國建筑工業出版社,2009.