電力新能源開發(fā)應(yīng)用及電氣節(jié)能措施探析

【關(guān)鍵詞】電力新能源；電氣節(jié)能；能源結(jié)構(gòu)

引言

隨著全球經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和工業(yè)化進程的不斷推進，對能源的需求也持續(xù)攀升。傳統(tǒng)化石能源被大量使用，資源面臨枯竭的風(fēng)險，還引發(fā)了環(huán)境污染和氣候變化等一系列環(huán)境問題。太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能這類新能源，有可再生、清潔環(huán)保的特點，能減少對化石能源的依賴，降低溫室氣體排放，有助于實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)。另外，在電力使用方面，研究并推廣電氣節(jié)能措施也很關(guān)鍵。目前，在工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)運營及日常生活中，電氣設(shè)備應(yīng)用廣泛，但有些設(shè)備能效低，浪費能源的情況比較嚴重。因此，提高電氣系統(tǒng)運行效率，普及節(jié)能型電氣設(shè)備，優(yōu)化電氣系統(tǒng)的設(shè)計和管理，、對降低能源消耗、減少運營成本、推動企業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。并且，實施電氣節(jié)能措施還能緩解電力供應(yīng)壓力，保障能源安全，推動經(jīng)濟社會綠色低碳發(fā)展。

一、電力新能源的開發(fā)應(yīng)用

（一）太陽能

太陽能的核心技術(shù)主要有光伏發(fā)電和光熱發(fā)電這兩種形式，其中分布式光伏發(fā)電技術(shù)憑借自身靈活、可擴展的特點，成為當(dāng)下主流的應(yīng)用方向[1]。光伏發(fā)電利用的是半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，借助太陽能電池板把光能直接變成直流電，然后通過逆變器把直流電轉(zhuǎn)換成交流電。在實際應(yīng)用中，太陽能的應(yīng)用范圍很廣，不光在戶用分布式發(fā)電系統(tǒng)里應(yīng)用到，在大型地面電站、光伏農(nóng)業(yè)、光伏建筑一體化這些領(lǐng)域也都有廣泛應(yīng)用。太陽能和儲能技術(shù)相結(jié)合，能讓供電變得更穩(wěn)定，鋰離子電池、液流電池這類儲能系統(tǒng)，能有效解決光伏發(fā)電不穩(wěn)定、有間歇性的問題。從政策方面來說，我國通過開展“整縣推進”分布式光伏試點工作、實行補貼退坡機制等辦法，推動太陽能光伏行業(yè)從靠政策驅(qū)動向靠市場驅(qū)動轉(zhuǎn)變。

（二）風(fēng)能

風(fēng)能發(fā)電原理是靠風(fēng)力讓風(fēng)車葉片轉(zhuǎn)起來，再借助增速機把葉片轉(zhuǎn)動的速度提上去，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進步，我國近幾年對風(fēng)能的開發(fā)越來越成熟[2]。比如，風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)計、葉片的長度和形狀一直在得到優(yōu)化，這樣能更好地捕捉風(fēng)能；發(fā)電機的性能也在持續(xù)提升，發(fā)電效率越來越穩(wěn)定。另外，風(fēng)能開發(fā)過程中的安全問題也有了保障，通過運用先進的監(jiān)測和控制技術(shù)，能隨時監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機組的運行情況。隨著風(fēng)能發(fā)電實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，技術(shù)也在不斷進步，發(fā)電成本得到了有效控制，從經(jīng)濟角度看，風(fēng)能發(fā)電也更劃算了。

（三）核能

核能發(fā)電是利用核反應(yīng)堆里的核裂變或者核聚變反應(yīng)釋放能量，產(chǎn)生蒸汽來推動渦輪機轉(zhuǎn)動發(fā)電。其能量密度大，發(fā)電效率也比較穩(wěn)定。在核裂變反應(yīng)里，一個重的原子核會分裂成兩個或者多個較輕的原子核，同時還會釋放出特別巨大的能量。比如鈾235核裂變，1千克鈾235全部裂變釋放的能量和2 700噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒釋放出的能量差不多[3]。而且，核能發(fā)電過程中不會產(chǎn)生溫室氣體排放，這對緩解全球氣候變化能起到重要作用。另外，小型模塊化反應(yīng)堆有建設(shè)時間短、安全性好、能靈活布置等優(yōu)點，使核能發(fā)電在靈活性和經(jīng)濟性方面有所提升。

（四）地?zé)崮?/p>

地?zé)崮艿拈_發(fā)利用主要分為淺層地溫能、水熱型地?zé)崮芎透蔁釒r這三種類型。干熱巖的開發(fā)潛力最大，不過開發(fā)它的技術(shù)難度也最高。一般來說，地球內(nèi)部的地?zé)崽荻绕骄敲壳?5℃～30℃，但在板塊邊緣或者地質(zhì)活動比較頻繁的區(qū)域，地?zé)崽荻饶苓_到每千米80℃。我國在松遼盆地發(fā)現(xiàn)了溫度為240℃的干熱巖體，借助增強型地?zé)嵯到y(tǒng)技術(shù)就能實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)。這個技術(shù)是通過水力壓裂的方法形成人工熱儲，往里面注入冷水獲取高溫蒸汽，再用這些蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電[4]。和傳統(tǒng)的地?zé)犭娬颈绕饋?，增強型地?zé)嵯到y(tǒng)（Enhanced Geothermal Systems，EGS）技術(shù)不受天然熱液資源的限制，從理論上來說，它的開發(fā)潛力超過我國當(dāng)前電力總需求的100倍。在環(huán)保方面，地?zé)岚l(fā)電整個生命周期的碳排放只有15 gCO2/kWh，而且不會排放二氧化硫、氮氧化物等污染物。從政策角度看，國家能源局在《關(guān)于促進地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見》里明確提出，到2025年，地?zé)崮芄┡娣e要增加50%以上，地?zé)岚l(fā)電裝機容量要突破1吉瓦[5]。

（五）水能

水能應(yīng)用主要就是將水體里的勢能、動能還有壓力能收集起來，并通過建水電站的方式，把這些能量轉(zhuǎn)化成電能以供使用?，F(xiàn)在水能的開發(fā)形式非常多樣化，如河流水能、海流水能、潮汐水能都在開發(fā)范圍內(nèi)。河流水能開發(fā)得比較早，經(jīng)過這么多年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相對成熟了，所以它也是目前我國水電開發(fā)的主要方向。面對能源緊張和環(huán)境問題，水利部門能通過水利工程來改變水能的利用方式。除了傳統(tǒng)的發(fā)電用途，還能借助專門的分解裝置從水里制取氫原料，對水能進行深度開發(fā)利用。氫氣是清潔能源，應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，如在燃料電池汽車、分布式發(fā)電這些領(lǐng)域，都能用到氫氣。這樣一來，水能不僅能發(fā)電，還能為其他清潔能源領(lǐng)域提供原料，對推動能源可持續(xù)發(fā)展意義重大。

二、電力新能源開發(fā)應(yīng)用及電氣節(jié)能面臨的困境

（一）節(jié)能產(chǎn)品效果不佳，成本難題制約普及

有些節(jié)能產(chǎn)品在設(shè)計理念上就存在問題，沒考慮實際使用場景和用戶需求。如節(jié)能燈具，在實驗室里能達到較高的節(jié)能效率，可實際使用時，受環(huán)境溫度、濕度等因素影響，發(fā)光效率和壽命大幅下降，無法達到節(jié)能的目的。節(jié)能產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不夠統(tǒng)一、嚴格，市場上的產(chǎn)品質(zhì)量有好有壞。有些小廠家為了省錢，用的材料差，工藝也簡單，生產(chǎn)出來的節(jié)能產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，達不到預(yù)期的節(jié)能效果。另外，成本問題也限制了節(jié)能產(chǎn)品的推廣。研發(fā)和生產(chǎn)節(jié)能產(chǎn)品要投入大量的資金和技術(shù)，使初始成本變高。再加上節(jié)能產(chǎn)品在實際使用中的節(jié)能效果無法準(zhǔn)確評估和量化，用戶短時間內(nèi)看不到明顯的經(jīng)濟效益，自然就不愿意使用節(jié)能產(chǎn)品。

（二）變壓器選型與運行低效加劇能源浪費

在選變壓器時，設(shè)計人員沒有分析實際負荷情況，大多憑經(jīng)驗或大概估算來選變壓器容量。若是選的變壓器容量太大，就會出現(xiàn)“大馬拉小車”的情況，空載損耗就會增加；若是容量選小了，變壓器就得長期超負荷運行，使用壽命會縮短，負載損耗也會變大。在變壓器運行期間，有些變壓器的運行維護工作沒做到位，沒有定期檢修和保養(yǎng)，設(shè)備就容易老化，絕緣性能也會下降，增加變壓器的損耗。另外，變壓器運行方式也不合理，比如沒有根據(jù)負荷變化及時調(diào)整運行的變壓器臺數(shù)和分接頭位置，造成能源浪費。

（三）電力線路設(shè)計不合理加劇線路傳輸能耗

在選線路路徑時，設(shè)計人員沒有考慮地形、地貌、氣象等因素，導(dǎo)致選的線路又長又繞，增加了線路的電阻和電抗，傳輸能耗也就跟著增加了。比如，在山區(qū)或者丘陵地區(qū)，要是線路設(shè)計得不合理，就要繞開山峰、跨過山谷，使線路長度變長，電阻變大，傳輸過程中會有更多電能變成熱能損耗掉。在進行導(dǎo)線截面選擇時，設(shè)計人員為了省錢，選了截面小的導(dǎo)線，結(jié)果傳輸電能時電流密度太大，導(dǎo)致線路電阻損耗增加。若導(dǎo)線截面選大了，雖能降低電阻損耗，但同時也增加了線路建設(shè)成本和材料消耗。

（四）動力系統(tǒng)效率低

在動力系統(tǒng)設(shè)計選型階段，部分技術(shù)人員未全面統(tǒng)籌系統(tǒng)能效與運行特性，導(dǎo)致設(shè)備配置存在結(jié)構(gòu)性缺陷。具體表現(xiàn)為，工業(yè)設(shè)備中電機功率與實際負載的需求脫節(jié)，長期處于非經(jīng)濟運行區(qū)間，造成設(shè)備效率衰減。傳動系統(tǒng)設(shè)計缺陷集中體現(xiàn)在傳動比匹配失當(dāng)及機械摩擦損耗過高，導(dǎo)致能量傳遞鏈路存在無謂損耗。設(shè)備運維環(huán)節(jié)的薄弱環(huán)節(jié)在于：動力裝置缺乏周期性保養(yǎng)機制，關(guān)鍵部件磨損累積引發(fā)性能劣化；控制策略未建立負載動態(tài)響應(yīng)機制，設(shè)備運行參數(shù)無法隨工況變化進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，造成能源的持續(xù)浪費。部分老舊系統(tǒng)仍依賴人工干預(yù)模式，操作誤差與管理疏漏進一步加劇了系統(tǒng)綜合能效偏低的問題。

三、電力新能源開發(fā)應(yīng)用及電氣節(jié)能措施

（一）節(jié)能產(chǎn)品效能深化與運用升級

一方面要推進電能開發(fā)，給節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用騰出更大空間，打下更穩(wěn)的能源基礎(chǔ)；另一方面要重視節(jié)能產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)。比如在照明領(lǐng)域，要選節(jié)能效果更好的設(shè)備，如發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）照明燈具，它發(fā)光效率比傳統(tǒng)白熾燈和熒光燈高，既能滿足照明需求，又能少損耗電能。LED燈具里沒有汞這類有害物質(zhì)，使用壽命長，能減少照明系統(tǒng)對環(huán)境的污染。在政策上，可以出臺補貼政策、稅收優(yōu)惠，鼓勵企業(yè)和個人買、用節(jié)能產(chǎn)品。在資金方面，政府可以設(shè)立專項基金來支持節(jié)能產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，幫助企業(yè)減輕研發(fā)成本。在技術(shù)上，政府可以組織科研機構(gòu)和企業(yè)一起搞產(chǎn)學(xué)研合作，一起攻克節(jié)能產(chǎn)品生產(chǎn)里的技術(shù)難題，把產(chǎn)品性能和質(zhì)量提上去。另外，照明系統(tǒng)的設(shè)計要與不同場景的需求結(jié)合起來，如辦公室、商場、工廠這些地方照明需求都不一樣，設(shè)計人員要根據(jù)實際情況進行設(shè)計。

（二）變壓器選型優(yōu)化與高效利用策略

設(shè)計人員要考慮電力系統(tǒng)的負荷特性、運行方式、環(huán)境條件等因素進行變壓器的選擇。比如，電力系統(tǒng)負荷波動大，就選調(diào)壓性能好、過載能力強的變壓器；運行環(huán)境溫度高，就選散熱好的變壓器。在變壓器的實際應(yīng)用中，要照顧到不同用戶的個性化需求，把用戶需求和變壓器應(yīng)用結(jié)合起來。不同用戶對變壓器容量、電壓等級、連接方式等要求都不一樣，設(shè)計人員得根據(jù)用戶實際需求做定制化設(shè)計。這樣能最大程度滿足用戶的基本需求，還能保證變壓器在輸入、輸出這些環(huán)節(jié)高效運行。另外，科學(xué)合理地選擇和運用現(xiàn)有變壓器也是節(jié)能的重要辦法。如非晶合金鐵芯變壓器，空載損耗低，節(jié)能效果明顯。從材料特性上講，非晶合金材料導(dǎo)磁率高、矯頑力低，能有效降低變壓器的鐵芯損耗。

（三）線路傳輸能耗削減與技術(shù)改進

第一，可以增大導(dǎo)線橫截面積，降低導(dǎo)線的電阻，這樣電流在傳輸時熱損耗就能減少。在實際操作中，根據(jù)線路的負荷情況和傳輸距離等因素，選擇合適的導(dǎo)線材質(zhì)和橫截面積。比如，大容量、長距離的電力傳輸線路，可以選銅芯導(dǎo)線，因為銅的導(dǎo)電性比鋁好，能進一步降低電阻和能耗。第二，可以用小型變配電站，采用近距離供電的方式，把配電站建到小區(qū)里面。這種小型變配電站近距離供電，能縮短供電半徑，減少線路長度，降低供電線路的能量損耗。而且小型變配電站占地小、建設(shè)周期短、投資成本也低，在城市小區(qū)這些地方建設(shè)和應(yīng)用起來非常方便。在規(guī)劃設(shè)計線路的時候，盡量把線路長度縮短，合理規(guī)劃線路，避免讓線路繞來繞去或者交叉，這樣能減少線路的電阻和電抗，提高電力傳輸效率。

（四）動力系統(tǒng)節(jié)能強化與改造升級

企業(yè)開展電動機相關(guān)工作時，首要任務(wù)就是選好型，優(yōu)先選擇高效電動機。電動機是動力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，效率高低直接關(guān)系到整個動力系統(tǒng)的能耗。高效電動機的設(shè)計和制造工藝先進，效率更高、損耗更低。有些新型高效電動機用了稀土永磁材料，能提高電動機的功率因數(shù)和效率，減少無功功率損耗。另外，優(yōu)化控制方式也能降低電動機在負載和空載時的電能損耗，保證運行效率和質(zhì)量。在建筑工程中，可以用變頻調(diào)速技術(shù)來控制電梯、壓縮機這些設(shè)備的變頻器和交流電動機耗能。這些技術(shù)能根據(jù)負載變化實時調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速，讓電動機一直運行在最佳效率點，解決了傳統(tǒng)定速電動機部分負載時效率低的問題。同時，選電動機型號要合理，先清楚電氣設(shè)備的使用環(huán)境和需求，分析好負荷情況，再按需求進行選擇，避免出現(xiàn)不匹配、不對稱的情況。

結(jié)語

電力新能源的開發(fā)應(yīng)用與電氣節(jié)能措施，對能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展來說意義重大。開發(fā)太陽能、風(fēng)能等新能源，能優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，減少污染。而電氣節(jié)能措施能提高能源系統(tǒng)的效率，降低能耗。雖然當(dāng)前面臨一些難題，比如節(jié)能產(chǎn)品效果不足、變壓器運行效率低等問題，這些可以通過優(yōu)化選型、改進技術(shù)進行解決。未來，需繼續(xù)推進新能源開發(fā)和節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和綠色發(fā)展提供助力。

參考文獻：

[1] 陳敏.淺析電力新能源開發(fā)利用與電氣節(jié)能路徑[J].石河子科技，2023（06）：2627.

[2] 余劍鋒.淺析電力節(jié)能措施及電氣新能源開發(fā)路徑[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2022，12（09）：6061+68.

[3] 周天杭.電氣節(jié)能技術(shù)與電力新能源的發(fā)展和應(yīng)用[J].大眾用電，2021，36（08）：7677.

[4] 龍治成.電力新能源開發(fā)利用與電氣節(jié)能措施分析[J].低碳世界，2020，10（02）：140141.

[5] 馬華平.電力節(jié)能技術(shù)方案與電氣新能源開發(fā)策略之研究[J].電力設(shè)備管理，2019（12）：8990.