電力節(jié)能的發(fā)展瓶頸與應(yīng)對措施

文_王繼昌 中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司

1 概述

電網(wǎng)擾頻引發(fā)用戶端設(shè)備瞬間脈沖疊加沖擊, 造成用戶端的安全問題。開發(fā)具有雙向阻隔內(nèi)外部電能污染的功能的節(jié)能(穩(wěn)壓)技術(shù)已迫在眉睫。由于阻隔來自內(nèi)外部電能污染，開發(fā)類似享有雙向防火墻之稱的裝置，即阻隔來自內(nèi)外部的瞬流、浪涌、諧波等電能污染，又通過抑制（通低阻高）、濾除、吸收三種治理方式，降低內(nèi)部電能污染對配電系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備、儀器、儀表、線路和開關(guān)的危害,顯得尤為重要。

2 電力節(jié)能的發(fā)展瓶頸

在《巴黎協(xié)議》自愿減排的國際責(zé)任下,為實(shí)現(xiàn)我國承諾的2030年二氧化碳排放目標(biāo),社會(huì)各界對已投產(chǎn)的電廠技術(shù)改造非常重視。但由于歷史原因，造成了目前國內(nèi)兩種電壓運(yùn)行區(qū)域,即以西北地區(qū)(部分南方電網(wǎng))為代表的110kV用戶端電網(wǎng)，以及華北地區(qū)等為代表的220kV用戶端電網(wǎng)。同一設(shè)備難以適合不同電壓模式的供電系統(tǒng)的節(jié)能推廣受到限制。

此外，還有行業(yè)發(fā)展的瓶頸。節(jié)能設(shè)備分為三類：限流(如LED/變頻)無法提高能效、限耗(如高效電機(jī))可以提高能效；技改升級(可以降耗)。用戶配電系統(tǒng)的功率因數(shù)低于0.9時(shí)，就會(huì)受到供電部門的經(jīng)濟(jì)處罰；功率因數(shù)超過0.9時(shí)，就會(huì)獲得供電部門的獎(jiǎng)勵(lì)。但從配電系統(tǒng)內(nèi)特有的安全性考慮，既要防止出現(xiàn)滯磁現(xiàn)象，又要防止飽磁現(xiàn)象，因這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致電機(jī)等設(shè)備的發(fā)熱發(fā)燙，引起電機(jī)等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)失穩(wěn)和耗能問題。

3 技術(shù)改進(jìn)與措施

3.1 通過雙向阻隔、抑制、濾除和吸收方法治理電網(wǎng)電能污染

開發(fā)具有雙向阻隔內(nèi)外部電能污染的功能的節(jié)能(穩(wěn)壓)，阻隔來自外部的雷達(dá)波、無線電波、閃電、雷擊，以及鄰近用電單位設(shè)備啟停所產(chǎn)生的電壓波動(dòng)、電壓閃爍等外部電能污染（10%～20%），同時(shí)阻隔來自用戶配電系統(tǒng)內(nèi)部的因線路和設(shè)備老化、三相不平衡、功率因數(shù)不足、設(shè)備啟停頻繁、諧波干擾、超載等原因引發(fā)的內(nèi)部電能污染（80%～90%）。類似享有雙向防火墻之稱的裝置，即阻隔來自內(nèi)外部的瞬流、浪涌、諧波等電能污染，又通過抑制（通低阻高）、濾除、吸收三種治理方式，降低內(nèi)部電能污染對配電系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備、儀器、儀表、線路和開關(guān)的危害。

3.2 通過電磁移相原理實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)提高

開發(fā)擁有多繞組環(huán)型交叉互感特殊制造技術(shù)，產(chǎn)生的“通低阻高”整體電抗特性，將大部分高次諧波各相電流相互抵消或吸收，并轉(zhuǎn)化為磁能，再由補(bǔ)償繞組同步將轉(zhuǎn)化后的電流補(bǔ)償給負(fù)載端，從而大幅度降低負(fù)載因渦流、諧波、分量的電能損耗。

一般情況，設(shè)備啟動(dòng)所消耗的電能比其正常運(yùn)行的電能高得多，通過高能磁轉(zhuǎn)原理，利用電磁移相技術(shù)，使三相電向量和磁通量相互影響，相位相互對立而抵消偏差磁勢，實(shí)現(xiàn)電壓與電位的相位差同步調(diào)整，從而提高功效。

3.3 利用電磁補(bǔ)償促進(jìn)三相平衡

用戶配電系統(tǒng)的三相電流與電壓的不平衡，形成中性點(diǎn)發(fā)生偏移，產(chǎn)生零線（序）電流三相之間的電位差，導(dǎo)致相間電流環(huán)流，引發(fā)額外電流損耗，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)抖動(dòng)，摩擦增加，做功不穩(wěn)定，異常發(fā)熱；整流設(shè)備三相諧波增加，浪涌電容加大，線路損耗增加，電能轉(zhuǎn)為熱損耗；精密設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率降低等等危害。通過磁化主繞組、穩(wěn)壓繞組和補(bǔ)償繞組等特殊制造工藝，采用高純度特殊材料，巧妙的發(fā)揮磁通向量與電向量的互感作用，利用相互補(bǔ)償?shù)蔫F芯磁通量，促進(jìn)各相之間的電流與電壓平衡。

3.4 利用清潔電網(wǎng)降低電能耗損

據(jù)研究，瞬流、浪涌、諧波電能污染，會(huì)導(dǎo)致配電系統(tǒng)內(nèi)的效率下降30%以上，并會(huì)對開關(guān)、接觸元件、線路、電子元器件等產(chǎn)生較大沖擊，用電設(shè)備效率下降，線路損耗增加。這就是建廠的時(shí)間越長，電費(fèi)越大的原因之一。氧化層阻抗增加1Ω時(shí)，電動(dòng)機(jī)效率下降13%，配電系統(tǒng)損耗增加約8%。

3.5 智能無功補(bǔ)償防止“過補(bǔ)”與“欠補(bǔ)”

傳統(tǒng)常規(guī)無功補(bǔ)償，無論是集中補(bǔ)償還是分散補(bǔ)償方式，都易造成“過補(bǔ)”和“欠補(bǔ)”問題，并且電容無功補(bǔ)償還會(huì)因溫度、濕度和絕緣層材料因素而引發(fā)故障與使用壽命短的問題。智能(虛擬)無功補(bǔ)償，是根據(jù)用戶配電系統(tǒng)設(shè)備對無功的需求量進(jìn)行的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，需要多少無功就實(shí)時(shí)補(bǔ)償多少，從而有效防止無功補(bǔ)償?shù)摹斑^補(bǔ)”和“欠補(bǔ)”現(xiàn)象。

3.6 利用三大原理的協(xié)同實(shí)現(xiàn)瞬間電磁儲能

利用微磁場電工原理、電磁平衡原理、電感與電抗交互原理的協(xié)同作用，通過特有的電流補(bǔ)償繞組與主磁化終端的相互作用，產(chǎn)生磁化主繞圈的電能不能突變的電抗功能，在瞬時(shí)儲能的同時(shí)，將吸收的能耗轉(zhuǎn)化為磁能，再由電流補(bǔ)償繞組同步將電流補(bǔ)償給用戶配電系統(tǒng)的負(fù)載端，從而實(shí)現(xiàn)電流的二次利用。

3.7 利用抗沖擊功能實(shí)現(xiàn)智能調(diào)壓調(diào)流

針對用戶配電系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載停止時(shí)所產(chǎn)生的電壓凸起（暫升）現(xiàn)象，而開啟時(shí)所產(chǎn)生的電壓凹陷（暫降）及電流突變脈沖現(xiàn)象，提高裝置的抗沖擊能力，不僅使用戶配電系統(tǒng)設(shè)備、儀器、儀表的開啟與停止時(shí)得到保護(hù)，而且防止電壓電流長時(shí)間的過度偏離正常范圍，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的保護(hù)與節(jié)能。

3.8 利用電信級平臺遠(yuǎn)程監(jiān)測功能建立人機(jī)結(jié)合的管理模式

安裝在用戶電能入口端的中央節(jié)能保護(hù)設(shè)備與中央數(shù)據(jù)庫在北京的電信級管理節(jié)能平臺，通過移動(dòng)網(wǎng)、固話網(wǎng)、短信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)與之連接而成，將每日實(shí)時(shí)功率因數(shù)、每日實(shí)時(shí)電能消耗、每日實(shí)時(shí)電費(fèi)累積金額、本月電費(fèi)累積金額和每日三相實(shí)時(shí)電流、每日實(shí)時(shí)電壓等數(shù)據(jù)，讓用戶單位的主管人員通過手機(jī)、座機(jī)、短信或互聯(lián)網(wǎng)方式，全天候遠(yuǎn)程監(jiān)測，建立起人機(jī)結(jié)合的用能節(jié)能管理模式。

3.9 利用“四量化”功能實(shí)現(xiàn)管理節(jié)能的可持續(xù)

可通過在不同分廠（車間、部門），另行安裝用能監(jiān)測的硬件，實(shí)現(xiàn)用能節(jié)能的量化核算、量化考核、量化追蹤、量化獎(jiǎng)懲，采用手機(jī)、座機(jī)、短信或互聯(lián)網(wǎng)方式，建立全天候遠(yuǎn)程監(jiān)測功能，再結(jié)合管理節(jié)能工作的PDCA循環(huán)，消除人離機(jī)不停，人離空調(diào)不閉，人離燈不關(guān)等人為浪費(fèi)現(xiàn)象。

4 節(jié)能發(fā)展的緊迫性

合理利用能源,使有限的能源得到最合理充分的利用，這是我國國情的需要。對于消耗一次能源的大戶—火力發(fā)電廠，合理地利用能源是設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行中要解決的緊迫性課題。

5 應(yīng)對措施

5.1 提高效能

節(jié)能保護(hù)裝置——電效云端保護(hù)裝置，是安裝在用戶配電系統(tǒng)電能入口端的中央節(jié)能保護(hù)設(shè)備，與中央數(shù)據(jù)庫在北京的電信級管理節(jié)能平臺，通過移動(dòng)網(wǎng)、固話網(wǎng)、短信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)連接而成的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備節(jié)能與管理節(jié)能疊加的智能高效節(jié)能節(jié)電產(chǎn)品。

電效云端保護(hù)裝置采用微磁場電工原理、電磁平衡原理、電感與電抗交互作用，集治理電能污染、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)三相平衡、提高功率因數(shù)、清潔電網(wǎng)、電磁儲能、動(dòng)態(tài)調(diào)流調(diào)壓和遠(yuǎn)程監(jiān)測、管理節(jié)能技術(shù)于一體，通過提升整體配電系統(tǒng)的電力品質(zhì)而實(shí)現(xiàn)的深層次的、全面性的整體節(jié)能節(jié)電產(chǎn)品。動(dòng)態(tài)調(diào)整和平衡三相電壓電流，扼制啟動(dòng)電流及短路電流，濾除、抑制和吸收諧波、瞬流和浪涌等電污染，凈化電網(wǎng)，提高電能品質(zhì)，保護(hù)配電系統(tǒng)中的所有負(fù)載設(shè)備、儀器、儀表、線路和開關(guān)等設(shè)備，延長使用壽命，降低其維修率，建立起人機(jī)結(jié)合的電能管控模式，節(jié)能減排、降損增效。

5.2 電廠建筑節(jié)能

為了保護(hù)耕地，節(jié)約國家耕地資源，我國已明令禁止使用粘土磚，為了替代粘土磚產(chǎn)生多種墻體材料。隨著國家建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的全面實(shí)施，各種新型節(jié)能墻體材料應(yīng)運(yùn)而生，由單一材料保溫節(jié)能體系向著復(fù)合材料保溫節(jié)能體系的方向發(fā)展。

目前，電廠建筑物常用的墻體材料主要有金屬墻板和輕質(zhì)砌體。金屬墻板常用于主廠房建筑的外墻圍護(hù)，寒冷地區(qū)常采用復(fù)合金屬墻板。砌體主要采用蒸壓加氣混凝土砌塊、非粘土多孔磚或空心磚、陶粒混凝土砌塊、蒸壓粉煤灰砌塊、蒸壓灰砂磚等砌筑,用于附屬建筑的內(nèi)墻和外墻圍護(hù)。

熱電廠通過優(yōu)化設(shè)計(jì)背壓、增加回?zé)峒墧?shù)、采用排渣余熱利用裝置回收熱量、合理選擇輔助設(shè)備等措施，提高機(jī)組效率，從而達(dá)到節(jié)煤的目標(biāo)。1978年以前, 工程發(fā)電設(shè)計(jì)標(biāo)煤耗大于471g/kWh，經(jīng)過各項(xiàng)優(yōu)化后，2017年,工程發(fā)電設(shè)計(jì)標(biāo)煤耗小于266g/kWh，優(yōu)于世界平均指標(biāo)。21世紀(jì),全球人均耗電年增長1.1%,我國增長達(dá)7.3%以上。我國能源消耗強(qiáng)度是西方發(fā)達(dá)國家平均水平的1.55倍,是日本的4.9倍,改進(jìn)和使用節(jié)能的能效提高的空間巨大。

6 結(jié)語

通過雙向阻隔、抑制、濾除和吸收4種方法治理電網(wǎng)電能污染,可以節(jié)能增效。效能的提高為負(fù)載提供智能無功補(bǔ)償，從而減少線路損耗，提高功效。此外，由單一材料保溫節(jié)能體系向著復(fù)合材料保溫節(jié)能體系的方向發(fā)展，也為電力行業(yè)節(jié)能減排工作開拓更廣闊的領(lǐng)域。