火力發(fā)電廠幾種電氣節(jié)能降耗的方法研究

方磊

（廣州恒運(yùn)企業(yè)集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510000）

2021-02-23 習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上向國(guó)際社會(huì)作出“2030 年碳達(dá)峰，2060年碳中和”的莊嚴(yán)承諾，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。2022-01-24中央政治局就努力實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)進(jìn)行集體學(xué)習(xí)，明確提出要科學(xué)把握碳達(dá)峰節(jié)奏，要立足國(guó)家能源資源稟賦，先立后破，通盤謀劃，傳統(tǒng)能源逐步退出必須建立在新能源安全可靠替代的基礎(chǔ)上。因此在當(dāng)前，中國(guó)還處于構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的攻堅(jiān)階段，傳統(tǒng)化石能源還承擔(dān)著“壓艙石”保供的重任，節(jié)能降耗是減少資源消耗、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵手段。作為能源消耗主體，火力發(fā)電廠相關(guān)人員應(yīng)全面分析進(jìn)行節(jié)能降耗的重要性，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)與全局規(guī)劃，為節(jié)能降耗工作的開展提供支持。

1 火力發(fā)電廠與節(jié)能降耗概述

1.1 火力發(fā)電廠

火力發(fā)電廠指的是利用煤、石油以及天然氣等可燃資源生產(chǎn)電能的工廠[1]。在生產(chǎn)過程中技術(shù)人員會(huì)將燃料放置在鍋爐當(dāng)中燃燒，從而將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。燃料能量變化如圖1 所示。

圖1 燃料能量變化

1.2 節(jié)能降耗

節(jié)能降耗指的是通過有效手段減少能源消耗，是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵途徑?；鹆Πl(fā)電廠在運(yùn)行過程中會(huì)消耗大量的電能，所以應(yīng)樹立先進(jìn)的節(jié)能降耗意識(shí)，通過有效手段減少能源消耗，緩解能源緊缺現(xiàn)狀。

2 火力發(fā)電廠進(jìn)行電氣節(jié)能降耗的意義

2.1 有利于降低火力發(fā)電廠的運(yùn)行成本

火力發(fā)電廠在運(yùn)行過程中會(huì)消耗大量的能源，在無形中增加了工廠的運(yùn)行成本。靈活應(yīng)用節(jié)能降耗方法有利于減少能源消耗，繼而降低生產(chǎn)的成本[2]。

2.2 有利于緩解能源緊缺的現(xiàn)狀

中國(guó)各種化石能源都在不斷減少，火力發(fā)電廠又會(huì)消耗大量的能源，加劇了能源緊缺的現(xiàn)狀。通過應(yīng)用各種電氣節(jié)能降耗方法有利于減少能源的消耗，緩解能源緊缺的現(xiàn)狀。

3 火力發(fā)電廠電氣節(jié)能降耗中的問題

3.1 節(jié)能降耗意識(shí)較為淡薄

從實(shí)際情況來看，大多數(shù)火力發(fā)電廠都更注重安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益的提升，忽視了能源損耗問題。首先，部分火力發(fā)電廠的管理者一直都將工作重心放在生產(chǎn)效益與經(jīng)濟(jì)效益的提升上，沒有綜合分析開展節(jié)能降耗工作的必要性，也沒有針對(duì)節(jié)能降耗的要求制定規(guī)劃，導(dǎo)致節(jié)能降耗工作流于形式[3]。其次，部分火力發(fā)電廠沒有做好節(jié)能降耗的宣傳工作，導(dǎo)致各個(gè)部門與職工并不熟知節(jié)能降耗的內(nèi)涵與方法。

3.2 管理機(jī)制不完善

節(jié)能降耗工作的開展需要管理制度的支持和約束，但部分火力發(fā)電廠并沒有針對(duì)節(jié)能降耗的實(shí)際情況制定相應(yīng)的管理制度。例如，部分火力發(fā)電廠沒有制定設(shè)備管理制度，增加了設(shè)備的電能消耗。

3.3 照明損耗較大

電能生產(chǎn)需要照明系統(tǒng)的支持，所以火力發(fā)電廠的照明損耗相對(duì)較大。多數(shù)火力發(fā)電廠都沒有意識(shí)到照明系統(tǒng)的損耗十分嚴(yán)重，所以沒有科學(xué)選擇節(jié)能型燈具。同時(shí)，火力發(fā)電廠的照明電壓不符合實(shí)際需求，造成了電能浪費(fèi)。

4 火力發(fā)電廠電氣節(jié)能降耗方法

4.1 管理方法

4.1.1 樹立先進(jìn)的節(jié)能降耗意識(shí)

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展新形勢(shì)下，火力發(fā)電廠只有加強(qiáng)節(jié)能降耗才能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。為此，火力發(fā)電廠應(yīng)樹立先進(jìn)的節(jié)能降耗意識(shí)，夯實(shí)節(jié)能降耗工作的思想基礎(chǔ)。首先，火力發(fā)電廠的管理者需要重點(diǎn)分析進(jìn)行節(jié)能降耗的必要性與重要性，針對(duì)電力生產(chǎn)情況進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)與全局規(guī)劃，為節(jié)能降耗工作的開展提供依據(jù)。其次，管理者需要構(gòu)建節(jié)能降耗領(lǐng)導(dǎo)小組，安排專業(yè)的技術(shù)人員開展節(jié)能降耗工作[4]。此外，管理者需要做好節(jié)能降耗宣傳工作，增進(jìn)各個(gè)部門對(duì)節(jié)能降耗的了解。同時(shí)，管理者需要鼓勵(lì)職工為節(jié)能降耗工作建言獻(xiàn)策，調(diào)動(dòng)職工參與節(jié)能降耗工作的積極性。

4.1.2 完善節(jié)能降耗方案

管理者需要根據(jù)節(jié)能降耗的要求制定節(jié)能降耗方案，明確節(jié)能降耗的時(shí)間、方法、技術(shù)，增強(qiáng)工作的完善性。例如，管理者需要根據(jù)電氣設(shè)備的能耗情況制定節(jié)能降耗的方案，增強(qiáng)工作的針對(duì)性。

4.1.3 健全設(shè)備管理制度

管理者應(yīng)完善設(shè)備管理制度，降低設(shè)備能耗。一方面，管理者需要完善設(shè)備調(diào)整制度，讓技術(shù)人員根據(jù)節(jié)能降耗要求調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，盡可能地降低設(shè)備的能耗。另一方面，應(yīng)完善設(shè)備檢查與養(yǎng)護(hù)制度。例如，需要完善靜電除塵設(shè)備養(yǎng)護(hù)制度，判斷設(shè)備中是否存在短路等問題，若存在需及時(shí)關(guān)閉電場(chǎng)，否則會(huì)加大用電量。

4.1.4 加大監(jiān)督力度

火力發(fā)電廠需要制定完善的監(jiān)督制度并構(gòu)建監(jiān)督小組，對(duì)節(jié)能降耗工作進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督。首先，管理者需要根據(jù)節(jié)能降耗的方向以及重難點(diǎn)制定監(jiān)督制度，對(duì)節(jié)能降耗的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，增強(qiáng)各項(xiàng)操作的規(guī)范性。其次，管理者需要對(duì)監(jiān)督人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，讓監(jiān)督人員了解節(jié)能降耗的關(guān)鍵并根據(jù)相關(guān)規(guī)定開展監(jiān)督工作。

4.2 技術(shù)方法

4.2.1 應(yīng)用高效電動(dòng)機(jī)

火力發(fā)電廠的電力拖動(dòng)系統(tǒng)主要是由電源、電動(dòng)機(jī)、控制裝置、傳遞機(jī)構(gòu)以及工作機(jī)械共同構(gòu)成的，其中電動(dòng)機(jī)可以將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，繼而實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械的啟動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)。在運(yùn)行過程中，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)不僅需要將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，也需要構(gòu)建旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以電動(dòng)機(jī)不僅會(huì)消耗有功功率，也會(huì)消耗無功功率。在這種情況下，技術(shù)人員若想降低電動(dòng)機(jī)的電能消耗量，不僅需要提高其運(yùn)行效率，也需要提高其運(yùn)行功率因數(shù)，繼而減少有功消耗與無功消耗。利用傳統(tǒng)的方式降低電動(dòng)機(jī)能耗的難度相對(duì)較大，所以技術(shù)人員需要利用高效電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效電動(dòng)機(jī)，從而達(dá)到良好的節(jié)能降耗效果。

高效電動(dòng)機(jī)指的是總損耗比標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)總損耗低20%以上的電動(dòng)機(jī)[5-6]。高效電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子與定子鐵芯都應(yīng)用了高導(dǎo)磁、低損耗的電工硅鋼片以及先進(jìn)的制造工藝，可以將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率提高2%～8%，也可以延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命，降低電動(dòng)機(jī)的能耗。電力拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用高效電動(dòng)機(jī)前后的運(yùn)行效率與能耗如表1 所示。但高效電動(dòng)機(jī)的價(jià)格相對(duì)較高，所以技術(shù)人員可以在不需要進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)的輔助機(jī)械中應(yīng)用高效電動(dòng)機(jī)，而不能在需要進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)的輔助機(jī)械中應(yīng)用高效電動(dòng)機(jī)，否則無法滿足電力生產(chǎn)的流量調(diào)節(jié)需求，且會(huì)加大火力發(fā)電廠的運(yùn)行成本。

表1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用高效電動(dòng)機(jī)前后的對(duì)比單位：%

4.2.2 減少空載運(yùn)行變壓器

大多數(shù)火力發(fā)電廠都會(huì)設(shè)置大容量的高壓?jiǎn)?dòng)備用變壓器，從而為高壓廠提供支持。高壓?jiǎn)?dòng)備用變壓器的容量較大，空載損耗也比較大，加大了電能損耗。例如，在熱備用情況下變壓器的高壓側(cè)二次電流為0.003 A，高壓側(cè)一次電流為0.36 A，高壓側(cè)電壓為232 kV，所以變壓器的空載損耗為32 kW。若將啟/備變?cè)O(shè)計(jì)為冷備用就可以降低其能耗，每年可節(jié)約70 萬元電費(fèi)。啟用冷備用前后變壓器的節(jié)能對(duì)比情況如表2所示。

表2 熱備用與冷備用情況下變壓器的節(jié)能對(duì)比

冷備用指的是變壓器處于備用狀態(tài)時(shí)不帶電。一方面，技術(shù)人員需要根據(jù)大區(qū)電網(wǎng)的具體規(guī)定判斷是否使用冷備用。若需要應(yīng)用冷備用就需要優(yōu)化啟/備變?cè)O(shè)計(jì)，確保備用電壓器不帶公用負(fù)荷，同時(shí)，需要將公用負(fù)荷分配在高壓廠的變壓器中，但在分配過程中需要判斷用電可靠性是否符合要求。另一方面，低壓廠在開展用電接線工作時(shí)需要應(yīng)用暗備用動(dòng)力中心接線方式。應(yīng)用明備用動(dòng)力中心接線方式可以減少變壓器投資，但會(huì)增加電纜投資與電纜通道投資，而應(yīng)用暗備用動(dòng)力中心接線可以使2 臺(tái)互為備用的變壓器都處于半負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)中，從而降低變壓器的負(fù)載損耗。所以，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，火力發(fā)電廠應(yīng)選擇暗備用動(dòng)力中心接線方式。

4.2.3 針對(duì)無需調(diào)節(jié)的輔助機(jī)械采取節(jié)電措施

火力發(fā)電廠中有不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)操作的輔助機(jī)械，所以技術(shù)人員需要針對(duì)這些設(shè)備采取有效的節(jié)電措施。首先，技術(shù)人員可以在設(shè)備中安裝輕載節(jié)電器，從而在空載或低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)中降低電動(dòng)機(jī)的電壓，達(dá)到良好的節(jié)能效果。其次，技術(shù)人員需要在輕、重載交替工作的電機(jī)中安裝γ-△裝置，從而實(shí)現(xiàn)定子繞組接線方式的自動(dòng)切換。當(dāng)電機(jī)處于輕載狀態(tài)時(shí)會(huì)應(yīng)用γ接線方式，而當(dāng)電機(jī)處于重載狀態(tài)時(shí)會(huì)自動(dòng)切換為△接線方式。但為了充分發(fā)揮這些節(jié)電技術(shù)的作用，技術(shù)人員應(yīng)設(shè)置一些輔助回路。

4.2.4 降低照明損耗

火力發(fā)電廠的照明損耗相對(duì)較大，所以技術(shù)人員需要通過各種有效手段降低照明損耗：①技術(shù)人員應(yīng)科學(xué)選擇節(jié)能型燈具。在技術(shù)水平不斷提升的過程中節(jié)能型燈具應(yīng)運(yùn)而生，為節(jié)能降耗提供了新的思路。所以技術(shù)人員需要根據(jù)生產(chǎn)需求選擇合適的燈具，降低燈具的能耗。在這一過程中，技術(shù)人員需要對(duì)燈具的光源壽命以及光效進(jìn)行對(duì)比分析。不同燈具的光源壽命與光效對(duì)比情況如表3 所示，其中白熾燈的光效較短，光源壽命也比較短，會(huì)加大照明成本，而LED燈的價(jià)格較高，但光源壽命較長(zhǎng)，具有較強(qiáng)的節(jié)能性，所以技術(shù)人員可優(yōu)先選擇LED 燈。②靈活應(yīng)用照明調(diào)壓器。從火力發(fā)電廠的角度來看，動(dòng)力負(fù)荷比照明的地位更高，所以在運(yùn)行過程中燈具的電壓需要遷就動(dòng)力電的電壓。而照明燈具屬于電阻性負(fù)荷，其功率與電壓的平方基本呈正比關(guān)系。所以技術(shù)人員需要應(yīng)用照明調(diào)壓器控制燈具的電壓，從而減少電能消耗。例如，若火力發(fā)電廠動(dòng)力電的電壓為400/230 V，就不能應(yīng)用400/230 V 電壓為燈具提供支持，否則會(huì)加劇電能浪費(fèi)情況。為此，技術(shù)人員需要利用照明調(diào)壓器將燈具的照明電壓控制在380/220 V，在減少電能消耗的同時(shí)延長(zhǎng)燈具的使用壽命。

表3 常用光源壽命與光效的對(duì)比

5 結(jié)束語

在對(duì)火力發(fā)電廠電氣節(jié)能降耗進(jìn)行深入分析后可知，在火力發(fā)電廠進(jìn)行全面開展電氣節(jié)能降耗工作具有重要意義——不僅可以降低火力發(fā)電廠的運(yùn)行成本，也可以緩解能源緊缺現(xiàn)狀、推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，又能進(jìn)一步推進(jìn)中國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的進(jìn)度。為此，火力發(fā)電廠管理者應(yīng)樹立先進(jìn)的節(jié)能降耗意識(shí)，通過各種管理方法與技術(shù)方法降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，降低燃料消耗量。