淺談工業(yè)廠房電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

杜宇飛

摘要：隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，節(jié)能已成為工業(yè)廠房電氣設(shè)計(jì)的重要組成部分，電氣節(jié)能有助于緩解能源供應(yīng)的緊缺局面，實(shí)現(xiàn)工業(yè)建筑的可持續(xù)發(fā)展。本文遵循電氣節(jié)能設(shè)計(jì)原則，重點(diǎn)從照明節(jié)能、新能源、變壓器的選擇上論述建筑電氣節(jié)能技術(shù)如何應(yīng)用，以達(dá)到節(jié)能的最終目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排；工業(yè)廠房；新能源

1工業(yè)廠房電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

想要減輕能源供需不足的矛盾，解決能源短缺對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的壓力，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的低成本持續(xù)發(fā)展，就必須采取有效的節(jié)能減排技術(shù)措施，改變工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)有的能源消耗模式，減少日常生產(chǎn)中對(duì)資源的浪費(fèi)，有效提高有限能源資源的利用效率，充分發(fā)揮能源應(yīng)有的應(yīng)用價(jià)值。石油化工企業(yè)作為我國(guó)典型的能耗大戶，如何在工業(yè)生產(chǎn)中推廣節(jié)能減排設(shè)計(jì)，已成為工業(yè)廠房電氣設(shè)計(jì)工程師研究的重點(diǎn)。在工業(yè)廠房的電氣設(shè)計(jì)過程中，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)和采取有效的節(jié)能減排設(shè)計(jì)方案，可以在確保工業(yè)生產(chǎn)線上所有電氣設(shè)備發(fā)揮較高性能的基礎(chǔ)上，減少工業(yè)廠房生產(chǎn)過程中的用電量，降低單位產(chǎn)品的綜合能耗，有效推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)發(fā)展的節(jié)能減排效果，為工業(yè)企業(yè)又好又快可持續(xù)發(fā)展提供重要的技術(shù)支撐。

2工業(yè)廠房電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

（1）配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)（包括詳細(xì)的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算、無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償策略和諧波綜合治理方案設(shè)計(jì)，以及變配電設(shè)備優(yōu)化節(jié)能選型設(shè)計(jì)等）。

（2）照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)（包括照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)、照明燈具匹配節(jié)能設(shè)計(jì)、照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及照明聯(lián)動(dòng)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等）。

（3）電氣設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)（包括電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、升級(jí)電梯等電氣設(shè)備的節(jié)能設(shè)計(jì)）。

（4）新能源綜合利用節(jié)能設(shè)計(jì)（包括太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水源熱泵、熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)等節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)）。

3工業(yè)廠房電氣節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

3.1配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

3 1.1優(yōu)選高效的節(jié)能配電變壓器

工業(yè)廠房配電系統(tǒng)中，配電變壓器是重要的電能轉(zhuǎn)換和分配設(shè)備，但其自身又是一個(gè)能源消耗設(shè)備，也就是配電變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)吸收一部分能耗。因此，選擇合理變壓器的容量和型號(hào)是提高配電變壓器電能轉(zhuǎn)換效率、降低運(yùn)行能耗的重要措施。在進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求，按照略高于變壓器的最佳負(fù)荷率來確定變壓器容量，通常應(yīng)設(shè)置負(fù)荷率在75%～85%較為經(jīng)濟(jì)合理。另外，配電變壓器選型時(shí)，應(yīng)優(yōu)選空載、負(fù)載損耗相對(duì)較小的節(jié)能性配電變壓器。例如對(duì)同為315kVA的配電變壓器而言，S13與s7相比，其負(fù)載損耗由4795W降低到3650W，空載損耗由766W降低到340W。在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中，優(yōu)選高效節(jié)能型配電變壓器代替常規(guī)高能耗配電變壓器不僅可以有效提高電能轉(zhuǎn)換效率、降低變壓器運(yùn)行能耗，同時(shí)還可以有效延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。

3.1.2合理選擇無功補(bǔ)償策略

在對(duì)工業(yè)廠房進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)配電系統(tǒng)選擇合理無功補(bǔ)償策略可以有效提高配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低系統(tǒng)線損，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。隨著化工企業(yè)生產(chǎn)速度和規(guī)模水平的進(jìn)一步擴(kuò)大，大功率高壓電氣設(shè)備、照明燈具在工業(yè)廠房中得到廣泛采用，配電系統(tǒng)三相不平衡度大大增加。由于“單相分補(bǔ)”投資較大，通常要比“三相共補(bǔ)”增加投資約20%～30%，因此工業(yè)廠房電氣節(jié)能設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)廠房三相用電實(shí)際情況并從技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行綜合考慮，合理設(shè)計(jì)“單相分補(bǔ)”或“單相、三相相互結(jié)合共補(bǔ)”的無功補(bǔ)償方式。目前，“單相、三相相互結(jié)合共補(bǔ)”與諧波治理一體化無功補(bǔ)償裝置，在石油化工企業(yè)中應(yīng)用的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益較為優(yōu)越，是節(jié)能設(shè)計(jì)中廣泛推廣使用的一種無功補(bǔ)償模式。

3.1.3合理選擇電纜經(jīng)濟(jì)截面

由上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司編制的《建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施（電氣）》一書中，明確指出供配電線路在滿足電壓損失和短路熱穩(wěn)定的前提下，如果其年最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間Tmar≤4000h時(shí)，可以按照導(dǎo)體載流量選擇導(dǎo)線截面；如果4000h≤Tmmx<7000h時(shí)，宜按電纜經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行電纜截面選擇如果Tmax≥7000h時(shí)，電纜截面應(yīng)嚴(yán)格按照經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行合理選擇。在進(jìn)行電纜型號(hào)的選擇時(shí)，應(yīng)優(yōu)選電阻率較小的銅芯線，合理布設(shè)電纜走向，建設(shè)導(dǎo)線敷設(shè)長(zhǎng)度。另外，在進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)長(zhǎng)期處于載流工況的電纜截面應(yīng)適當(dāng)放大一級(jí)，以便于與保護(hù)裝置配合和為工廠后期擴(kuò)容擴(kuò)建提供便捷有利的條件。

3.1.4配電線路的節(jié)能

由于線路上存在電阻，有電流流過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗。對(duì)電網(wǎng)來講，可以采用提高電壓等級(jí)的方法降低電流，但對(duì)于一般單體建筑，由城市電網(wǎng)供電的電源電壓已經(jīng)確定，線路上的電流是不能改變的，要減少線路損耗，只有減小線路電阻。

選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線以銅芯最佳，鋁芯次之。在改革開放初期，由于銅價(jià)較高，國(guó)家貫徹節(jié)約用銅、以鋁代銅的原則。進(jìn)入21世紀(jì)以后，國(guó)家從節(jié)能、環(huán)保的角度出發(fā)，開始提倡采用銅質(zhì)導(dǎo)體，減小導(dǎo)線長(zhǎng)度。首先，變配電室應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，以縮短供電半徑，減少線路損耗；其次，線路盡可能走直線，少走彎路和回頭路，減小導(dǎo)線長(zhǎng)度；再次，對(duì)于環(huán)形供電方式，為降低線路的電阻值，宜將開環(huán)運(yùn)行改為閉環(huán)運(yùn)行，可明顯降低線路損耗。

增大導(dǎo)線截面：首先，應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度法合理選擇導(dǎo)線截面，以減少損耗；其次，對(duì)于比較長(zhǎng)的線路，除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù)的配合及電壓損失等要求外，宜加大一級(jí)導(dǎo)線截面；再次，除消防等重要負(fù)荷或大容量負(fù)荷外，應(yīng)優(yōu)先采用母干線分支方式配電。當(dāng)某些負(fù)荷不用時(shí)，使用同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的電流，能減小線路損耗。

3.2工業(yè)廠房照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

在進(jìn)行工業(yè)廠房電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)選高效、節(jié)能的照明光源，如優(yōu)選T5顯色性能好的新式節(jié)能熒光燈、緊湊型熒光燈（節(jié)能燈）、LED等，并配裝電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。如某化工廠房選用T5（2*28W）的新型節(jié)能防爆熒光燈更換原設(shè)計(jì)配置的單極燈管防爆熒光燈（2*40W），投運(yùn)3個(gè)月后，經(jīng)過耗電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，其節(jié)電效果超過30%。常規(guī)電感鎮(zhèn)流器其耗電量大約在燈具功率的20%以上，且其功率因數(shù)僅為0.4～0.5。新型節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器不僅其自身運(yùn)行能耗較低，以36W熒光管用節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器為例，其能耗僅為1～3W左右，而且其功率因數(shù)可高達(dá)0.9以上，照明燈具線損得到大大降低，同時(shí)燈具在運(yùn)行過程中無功損耗較小，配電系統(tǒng)供電質(zhì)量得到有效提高。另外，照明控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)也是工業(yè)廠房電氣節(jié)能設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)，采取智能節(jié)能照明控制系統(tǒng)，可以根據(jù)廠房的實(shí)際用電需求，靈活控制照明燈具組合方案，按照時(shí)控、光控、自，手控等多種組合方案實(shí)現(xiàn)燈具的合理調(diào)節(jié)控制，達(dá)到降壓限壓幅度，節(jié)能效果十分明顯。

3.3電力系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

電機(jī)耗電大約占整個(gè)工業(yè)廠房耗電的90%以上，而且大多數(shù)電機(jī)其電能利用效率較低，存在很大的節(jié)能降耗潛力。200kW以下從經(jīng)濟(jì)角度來看應(yīng)優(yōu)選低壓電機(jī)，355kW以上只有高壓電機(jī)。而對(duì)200～355kW范圍的電機(jī)，應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行能耗等多個(gè)角度進(jìn)行綜合評(píng)估，以選取合適的電機(jī)功率。另外，隨著電力電子元器件價(jià)格不斷降低以及變頻調(diào)速控制技術(shù)的日趨完善，應(yīng)結(jié)合工業(yè)廠房電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際情況，采用變頻調(diào)速、軟啟動(dòng)等先進(jìn)的控制措施對(duì)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗技術(shù)升級(jí)改造，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

4結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段工業(yè)廠房的節(jié)能設(shè)計(jì)是能源可持續(xù)發(fā)展的重要策略。節(jié)能設(shè)計(jì)從環(huán)保角度出發(fā)，合理采取了節(jié)能技術(shù)對(duì)工業(yè)廠房電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以取得有效的節(jié)能降耗效果。這樣不僅能給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，最大限度地減小對(duì)環(huán)境的影響，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)生態(tài)、低成本可持續(xù)綠色發(fā)展提供重要的節(jié)能減排技術(shù)支撐。