評價電力拖動節能技術的應用及經濟效益

黃麒

摘 要：現代科技的發展越來越依賴于電能，電能作為目前世界上使用最多、應用最廣的能源，受到人們廣泛的關注。為滿足人們的需求，各種新型工藝、設備等被開發并投入使用，使得工業生產對電能的需求不斷地增加，對電力拖動的使用更加依賴。文章通過對電力拖動特性的研究，仔細分析了電力拖動節能技術在實際中的應用，并闡述了該技術的經濟效益。

關鍵詞：電力拖動節能技術 經濟效益 評價

中圖分類號：F407.22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（c）-0081-02

進入21世紀以來，科技帶動工業飛速迅猛發展，為滿足生產需要，涌現出了各式各樣的新型電氣設備，不斷消耗著電力能源。而電能作為二次能源，目前它主要是通過消耗煤炭等不可再生資源而產生的。為此國家正承受著愈演愈烈的能源危機，要求企業做好節能工作，節約用電。為響應號召，企業的技術人員與管理人員需要依據生產的實際情況，采取相應的節能措施，堅持可持續發展與經濟效益最大化，例如在工業生產中采用電力拖動節能技術，盡可能減少電機的容量，降低其負載，實現節能的目的，推動企業和社會的健康發展。

1 電力拖動與電力拖動節能技術

節能技術的提出與使用是促進企業發展以及提高能源利用率的有效措施，企業經營發展過程中，電力的拖動占據了電能消耗的大部分，尤其是機械設備，如風機、泵等。所以企業要想控制生產、經營成本，必須慎重選擇設備的電力拖動方式，選擇不當將直接造成電力資源的浪費。

1.1 電力拖動概述

在電氣設備使用過程中，以電動機作為原動機，拖動機械設備運動的拖動方式，叫做電力拖動，也稱電機傳動。電力拖動是在電動機的發展與改革下形成的，科技發展帶動了機械設備的不斷創新與改善，新型電氣設備對拖動方式有著更高的要求，如要求具備較高的調速精度、較寬的速度調節范圍，對于張力、轉矩、加速度可以有效控制等。傳統的拖動方式是以蒸汽機、柴油機等作為原動機的，這遠遠達不到現代工藝的生產要求。而電力拖動則能夠有效滿足以上技術要求，不僅如此，電動機設備的體積還遠遠小于其他動力裝置，同時還相對環保，便于控制，運行性能好，傳動效率高，可以有效的節約能源。因此，在冶金、石油、交通、機械、輕工、國防等眾多領域都得到了廣泛的應用，成為當前社會生產中一種不可或缺的傳動方式，奠定了其在社會發展中的重要地位。

1.2 電力拖動節能技術

電力拖動系統不可避免地存在著電能損耗，首先電機本身在運行時就有電能損耗，該損耗與電機容量和電機負載密切相關。其次是電機在拖動時的負荷能耗，以及由電機工作時產生的電流在傳輸中造成的損耗。為此，企業相關部門的技術人員應積極探索并運用電力拖動節能技術，降低電能消耗，實現可持續發展。下面分別闡述幾種技術類型的利弊。

1.2.1 直流電力拖動節能技術

在生產中只有從實際出發，根據企業自身經營與發展的特點來選擇合適的電力拖動方式，才能達到節能的目的。直流電力拖動是最早應用于生產中的技術，它能實現良好的啟、制動，可以在較大范圍內實現平滑調速，在企業中得到了廣泛的應用。電力控制系統是電力拖動系統中一個很重要的組成部分，它負責確保設備正常的拖動和管理，所以也要慎重選擇。電力電子技術的使用讓直流電力拖動系統能隨意調節電樞的電壓，并且直流電的拖動方式在一定的條件下能實現逆變控制。直流電力拖動方式雖然在理論與實踐上已都相對成熟，但其結構相對較復雜，不方便維護。除勵磁外，直流電動機的全部功率都通過換向器流入電樞，造成電機效率低。而且直流電機散熱性不佳，會造成較高的冷卻費用，不利于節能。

1.2.2 交流電力拖動節能技術

相同容量的交流電力拖動性能優于直流電力拖動，其結構相對簡單，便于維修，且堅固耐用，無論從經濟性還是環境適應性角度，效果都相對突出，并且交流異步電動機能突破直流電動機的功率限制，提供更大的動力，減小電動機的轉動慣量。由于交流異步電力拖動具有高精度和高性能，企業常用于風機、泵等機械設備，便于調速，從而實現有效節能。

1.2.3 高壓電力拖動節能方式

通常電機的損毀率與電流大小成正比，要延長設備壽命必須控制電流。根據公式我們知道，當負載功率保持恒定時，只有加大定子電壓值，才能使電流保持較弱的狀態。因此，中、大功率且不必調速的電力拖動系統能選擇高壓電動機的盡量選擇高壓電力拖動，這樣可以有效的實現能源節約。企業在選擇供電電壓時應遵循以下原則：一般情況，如果電動機的負載功率超過75kW則在選擇供電源時，應盡量選擇高電壓，以便較快實現投資回報，并達到節能的目的。

2 電力拖動節能技術的原理

在實際生產中，想要真正把節能技術運用到電力拖動設備中，需要從電動機和生產設備兩個方面來進行分析。

2.1 對于電動機而言

根據生產的實際情況，選擇適宜的電動機是關鍵。企業管理人員或技術人員在給設備匹配電動機時常常由于疏忽或不重視導致“大馬拉小車”的情況，也就是配備了功率過高的電動機，以至于在設備運行時，電動機的負載率一直處在規范要求以下的百分點上，造成了嚴重能源浪費，同時對機體本身也會造成損害。所以，首先我們要確定電動機的類型，從轉子效率角度考慮，鼠籠式電動機優于繞線式電動機；當考慮功率因數時，使用高速電動機比低速電動機效果好；從電壓等級方面考慮，如果生產負載較大，則使用高壓電動機比低壓電動機更合適。另外，企業在經濟條件允許的情況下，應盡可能地選擇節能電動機，雖然其價格成本比普通電動機高，但從長期運行和節能效果方面考慮，節能電動機的總體效益要高于普通電動機。

泵類設備和風機類設備耗電量十分巨大，而且其運行速度的大小直接影響著電能的消耗，一旦設備的運行速度高出額定值，其耗電量就會劇增。

2.2 對于生產設備而言

一般來說，電力拖動節能技術在風機與泵類等生產設備上應用得最為頻繁。以下主要針對油田和石化企業生產中應用的抽油機進行分析。在抽油機拖動系統中采用的節能方法有以下4種。

2.2.1 減少抽油機的沖次

通常油井在開發過程中，其產液量與地層能量會隨著開發進度的深入而逐漸降低，尤其到了中后期，該現象越發明顯。這會使得抽油機在工作時的有效功率降低，此時需要及時減少抽油機沖次，否則就會有一部分輸出功率被浪費掉。要想降低電機的負載，避免電能浪費，必須減少抽油機的沖次。通常可以采用以下兩種方法：一種是將皮帶輪更換為小尺寸的進行作業；另一種是使用多級電機替換原來的普通電機，這樣電機轉速降低了，抽油機的沖次也就減少了。

2.2.2 改變電動機的啟動與運行方式

一般在電動機啟動時，會伴隨著電能的損耗，而且啟動時的力矩越大，電損越明顯。例如，當抽油機以3～9kW的負荷正常運行時，其匹配電機的選擇功率通常在15～30kW，這會使得電動機在啟動時會擁有很大的力矩，也就伴隨著很大的電損。介于這種情況，可以通過控制線路的方法，使用電機三角形啟動和星形運行代替原先的三角形啟動運行，利用三角形接法的高壓效果，產生較大扭矩和功率，滿足啟動要求；而在運行時，為了實現節能降耗采用星形接法，利用其工作電壓低，使能耗減少。

2.2.3 使用軟啟動

機械設備在運行中需要調節電源電壓和輸出功率，有時會使用到軟啟動器。軟啟動的特點是直接通過內部線路來調節，通常電機載荷在設備運行時是呈規則曲線變化的，而電機輸出功率也同樣呈規則曲線變化，軟啟動器能夠感應并檢測到電機的這種變化，讓控制線路及時得到反饋，對輸入電壓及時進行調節，從而達到最佳節能效果。

2.2.4 應用變頻調速器

在實際生產中，抽油機以及其他泵類設備可能會出現實際排量小于泵排量的現象，造成電能的損耗。而變頻調速器的工作原理，就是當檢測到以上情況時，利用壓力信號，向變頻系統進行反饋，由系統降低頻率，進而減少電動機的轉速和泵排量，實現節能的效果。

3 電力拖動節能技術的應用及經濟效益評價

對照第2大點對節能技術原理的分析，下面依次從改進后的設備上來分析證明節能應用的實際效益。

3.1 抽油機電機運行方式改變后的效益

在對測試的3臺抽油機改造前后的參數性能進行對比后發現，將三角形運行改為星形運行，平均每臺設備減少了1.18kW的有用輸出功率，而且功率因數有了很大的提高，線路損耗大大減少，結合設備的各項技術參數以及工作時間，每一年每臺設備都可以減少約120881.8kW時的電能損耗，而改造資金只需要1500元左右，兩個月就可以收回成本，具有十分顯著的節能效果和經濟效益。

3.2 變頻調速器應用后的效益

選擇3臺泵類設備，對使用變頻調速器和不使用變頻調速器的情況進行對比分析，對比參數包括實際排量、電機輸出功率、功率因數等。以其中一臺注水泵為例，沒有使用變頻調速器的情況下，其實際排量為13.2m3/h，電機輸出功率為33.23kW，功率因數為0.758；使用變頻調速器后，實際排量為11.7m3/h，電機輸出功率為25.7kW，功率因數為0.979。可以看出，在額定排量不變的情況下，使用變頻調速器后，電機的輸出功率有所減少，帶動了能耗的降低。相比之下，3臺變頻器及相應附件的投資成本較高，達到19萬元，但是在一年之內也可以收回，而且變頻器的使用壽命較長，投入與產出比可以達到1∶4.2，節能效果與經濟效益均十分明顯。

3.3 軟啟動節能器應用后的效益

對一臺安裝了軟啟動器的抽油機進行測試，測試結果表明，電機的輸出功率有所下降，有一定的節能效果，但是并不十分明顯，其經濟效益也不夠突出。造成這種情況的原因，主要是該方法尚處于實驗階段，不成熟，需要相關技術人員的努力研發和改進。

4 結語

隨著電力拖動節能技術在工業生產中得到越來越廣泛的應用，對企業經濟效益的提高與國家節能減排做出了貢獻。但仍有些技術，有待改進與完善。國家應對能正真產生節能效果并且投資不太高的電力拖動節能技術大力推廣，使企業提高設備管理水平的同時，實現更大的經濟效益。總而言之，在當前的社會背景下，電力拖動技術在多個領域都得到了十分廣泛的應用，對社會經濟的發展做出了巨大的貢獻。因此，做好電力拖動節能技術的應用，實現節能降耗，無論對于企業自身還是對社會的可持續發展而言都是十分重要的，應該引起相關部門以及管理技術人員的充分重視，采取合理有效的節能措施，減少生產過程中的能源消耗。

參考文獻

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