合同能源管理在循環流化床機組變頻改造中的應用

摘 要：為了適應節能減排形式，國家大力推行合同能源管理模式。合同能源管理是運用市場手段促進節能的服務機制。一方面，合同能源管理能夠從根本上幫助企業單位減少在節能改造這一環節上所花費的資金，提高單位節能改造的可能性與積極性；另一方面，能夠有效地將市場資金的流向轉到節能減排這一長久事業當中，使節能減排得以穩固發展。本文通過合同能源管理在循環流化床鍋爐變頻改造應用的一個案例。介紹了合同能源管理項目的流程和財政獎勵的每個節點的主要工作。以便更多的資金參與到節能減排大業中來。

關鍵詞：合同能源管理 循環流化床鍋爐 節電量預測 財政補貼

中圖分類號：F206 文獻標志碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（a）-0000-01

隨著全球可用能源的急劇減少以及環境污染的日益嚴重，節約能源，減少排放已經成為每個國家在發展進程中不可忽視的問題。由國家發展和改革委員會、國家稅務總局、中國人民銀行以及國家財政部共同聯合討論研究出的有關加快合同能源管理發展，使其能進一步促進節能服務產業的各項意見于2010年形成條文形式并被國務院轉發，要求各地區部門單位能夠做到態度上認真對待，行動上貫徹執行。同年6月，國家發展和改革委員會以及國家財政部又發布了有關合同能源管理方面的獎勵方法——《合同能源管理項目財政獎勵資金管理暫行辦法》（財建[2010]249號），這意味著中央的預算投資中將會有合同能源管理項目的一席之地，并且它也成為了中央財政在節能減排這一項目專項資金投資的項目之一。

1 合同能源管理流程及節能算法的創新

1.1 合同能源管理流程

合同能源管理流程大致分為兩個個步驟。首先企業單位應當聘請專業的節能服務公司來為自己公司項目提供服務，節能服務公司必須對目標項目有一個完整的、徹底的了解，并與企業進行溝通，以了解雇主的目的，在此基礎上，設計出改造方案，對節能效益進行預測。在客戶以及節能服務公司都達到一致認同的情況下，簽訂法律合同。其次，簽訂合同后，節能服務公司開始施工，包括設備的購買、安裝、測試等以及針對有關人員的專項培訓。項目投入運行后，需要另外聘請檢驗機構對項目質量以及節能效益進行檢驗，這樣雙方能夠通過檢驗機構出示的節能檢驗報告來共同分享效益。

1.2 合同能源管理中關于節能算法的創新

合同能源管理目前已廣泛應用于多個領域，包括建筑業以及工業、商業等。由于節能服務項目的可行性以及其所帶來的利益，各行各業也在不斷嘗試引進這一項目，如石化、交通、電力、鋼鐵、建材等。綜合來說，合同能源管理更受用電大戶與用能大戶的歡迎，這能夠為他們有效地降低能源的浪費并減少污染的排放量，并且他們合同金額的數目較大、能源計量也比較便利，有利于節能項目的實施，像工業鍋爐、工業余熱回收利用、配電系統、工業高低壓變頻器等都是合同能源管理的重點推廣方向。由上面合同能源管理項目涉及的領域和節約能源的形勢可以看出其具有“三多”的特點：專業領域多、節能量形式多、節能影響因素多。而在合同能源管理實施前，節能量的預測是一個合同能源管理項目能否實施的關鍵因素。不同專業領域的節能量預算方法也大不相同，而且許多節能量形式還沒有相匹配的估算算法。這就要求我們不斷開發出新的節能算法，不斷拓展項目范圍，使節能量算法與對應的節能量形式相匹配。

2 環流化床變頻改造中合同能源管理應用案例分析

案例為坑口煤矸石電站2×150MW，配套循環流化床鍋爐2×480t/h。計劃變頻改造以下設備：

表1 改造設備清單

電廠裝機容量2×150MW調節方式輔機運行情況

鍋爐容量2×480t/h循環流化床鍋爐

一次風機2×2×1800kW閥門兩用

二次風機2×2×1000kW液耦兩用

引風機2×2×1800kW液耦兩用

2.1 分析將變頻技術應用于目標設備的可行性

2.1.1 目標設備機組實際運行狀況

根據DCS收集的數據，2009年1、2#機組各運行7140h。其運行時間段以及相對應的時間內的負荷如下：

表2 機組運行情況

機組負荷（MW）80100120150

平均運行時間（%）15.21%28.82%29.15%26.82%

表中數據顯示：120MW機組的總運行時間為一年運行總時間中最多的，占29.15%，其次為100MW機組，為28.82%，然后是150MW機組，為26.82%，最后為80MW機組，它所運行的時間僅占一年運行總時間的15.21%。由此分析可知，機組在低負荷時間段下運行的時間與高負荷時間段比較而言，相對較長。

2.1.2 機組配套風機改造必要性

圖1 液力耦合器和變頻器調速效率曲線

圖1所描繪的就是液力耦合器和變頻器的效率--轉速曲線，從圖中可以看出，液力耦合器的效率會隨著輸出轉速的減少而同比減少，并且在輸出轉速減少時，變頻器依然保持著良好的狀態，而液力耦合器的工作效率則顯著下降。因此，我們可以看出在液力耦合器的低速特性弱于變頻調速。并且從使用成本上來說，液力耦合器故障概率高，因此所需要的日常維護成本也高，所以，用變頻調速來取代二次風機、引風機液耦調速會更有利于企業的經濟效益，也能促進節能的效果。

2.2 目標設備預計節能效果

為了更好地對節電量進行預測，了解目標設備的能量的損失情況，因此在項目調研階段，從DCS中收集了09、10兩年的設備整體運行數據。

根據所收集的數據，對目標設備各個季節的負載情況進行詳細分析，指出由不同風機節能改造的節能量，匯總分析數據，列表：

表3 主要輔機預計節能量

設備節電率節能量（KWh）年節約電費（元）

ABABAB

一次風機1號爐A/B風機24.20%24.80%25359892705543720221768374

2號爐A/B風機24.00%24.50%25578192709589726421769523

二次風機1號爐A/B風機18.10%17.90%744710709944211498201625

2號爐A/B風機18.40%18.00%761472719534216258204348

引風機1號爐A/B風機17.60%19.40%18107792003876514261569100

2號爐A/B風機17.80%19.60%18437182002425523616568688

合計 211045615993695

從表中數據可以看出，對變頻進行改造后，兩臺機組12臺輔機的年節能量可能達到21104561KWh，而對應節約的電費則達到了5993695萬元（電費：0.284元/KWh）。

計算可得，項目投資利潤率28.55%左右，稅后財務內部收益率10.35%左右，稅后財務凈現值（ic=10%）16.81萬元，投資的回收期為4.72年。

2.3 技術方案

為了確保鍋爐在可能發生的事故中能夠正常運行，將采用自動旁路的方式，同時根據設備的現在的運行情況決定采用一拖一的形式來進行測試。

表3 變頻器配套方案

序號設備名稱配套變頻器（KVA）數量動力結構

1一次風機2250KW4套一拖一，自動旁路

2二次風機1250KW4套一拖一，自動旁路

3引風機2250KW4套一拖一，自動旁路

2.5 項目實施后實際節能效果

3個月的施工與安裝，項目得以完成，第三方檢測機構測量的節能效果如下：

2.5.1 改造前后設備實際運行電流比較

電廠DCS采集風機電流結果顯示：設備電流在改造后顯著減少。

表4 改造前后電流比較

負荷改造前（A）

一次風機電流二次風機電流引風機電流

ABABAB

100.91160.3157.1467.4262.45110.2984.61

110.23159.06167.376.1265.17138.12106.81

120.08161.7168.0377.8663.17138.74107.27

130.41164.62166.5575.9661.85137.48107.06

140.66172.91167.8785.4464.55132.7127.86

150.43157.62155.0676.3485.46148.49146.38

負荷改造后（A）

一次風機電流二次風機電流引風機電流

ABABAB

100.9157.1357.0613.2211.9245.9141.17

110.2351.7753.6017.3417.9551.5054.38

120.0857.0155.2934.6735.0189.1774.08

130.4160.6062.4440.6141.7189.8890.56

140.6664.2466.1944.0247.4399.51101.94

150.4374.9372.8358.0060.47146.52129.75

2.5.2 改造前后廠用電率比較

在對次風機、二次風機和引風機進行變頻改造后，廠用電率大幅度減少。分析日生產報表可以看到廠用電率在不同負荷率下改造對比如下：

表6 改造前后廠用電率的對比

負荷率改造前改造后

57.59%11.90%7.51%

68.19%11.58%7.09%

71.19%13.65%7.55%

85.37%10.67 %7.30%

91.23%10.71%7.85%

可以看到，在改造后，年節約達到了3911萬KWh，對應大約7691.53噸標準煤，廠用電率下降約3%，可以說節能的效果是非常明顯的。

2.5.3 比較預期節電量和實際節電量

表6 預期量與實際量的對比

預測實際

節電量投資回收期節電量投資回收期

2110萬KWh4.72年3911萬KWh3年

改革后，實際項目效果遠超過預期。

2.6 變頻改造的附加收益

網側功率因數提高：原電機在采用高壓變頻調速系統后，電源的功率因數達到了0.95，相比較于工頻驅動時的0.8來說更為高效，這樣即使沒有無功補償裝置也能較大程度地降低無功功率，滿足了電網所需。

設備運行與維護費用下降：采用變頻調節后，設備的各種維護費用也會隨之降低，這是因為，電機、風機轉速會隨著負荷率的減小而減小，這樣就避免了主設備與相應輔助設備的摩擦，減少了機器的損耗，同時由于風門開度在改造后能夠達到100%，這也減少了風門的維護費用。總的來說，采用變頻調節時，只要做到對設備簡單的定期除塵以及檢查，就能夠有效地提高生產效益，而檢修費用相較改造之前也會大幅度地降低。

采用變頻調節能夠降低啟動電流，實現對電機的軟啟動，相應的延長電機的使用時間，降低設備運行噪音。

同舊系統相比，改造后的系統能夠有效地檢測避免短路、缺相、過流、溫度高等現象，對電機起到了更好的保護作用。

新系統操作簡單方便、易于上手，并且由于應用技術的先進，能夠做到計算機遠程遙控，智能調節。

2.7 財政獎勵的申請

企業單位在項目實施以前到當地主管節能的部門進行備案，項目結束后，向備案部門提交申請財政獎勵的書面問以及相關資料，在相關部門委托第三方檢測部門檢測得到結果后，獲得財政獎勵共230.7萬元。

3 結論

由于全球可用能源的嚴重減少，使得節能改造成為每個國家企業的發展項目，而合同能源管理這種模式在能夠幫助企業單位節約能源的同時，不需要企業單位承擔任何的項目開展實施資金以及項目運行風險，企業單位即獲得了經濟利益也得到了合同能源管理項目所帶來的設備技術。而企業單位還可以借此提高內部工作人員的節能素養以及能源管理經驗，提高內部管理的科學化與高效性。

合同能源管理給合同雙方都帶來了經濟利益，這種結果將會充分影響市場資金的流動方向，促進節能市場能夠更好地發展，也使市場資金能夠更好地服務節能減排行業。