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電氣節(jié)能論文
淺談電力設(shè)計(jì)節(jié)約電能的幾種途徑 摘要： 節(jié)電是涉及到節(jié)能的管理、技術(shù)、節(jié)能產(chǎn)品、政策導(dǎo)向、行政手段等多個(gè)方面。而且各企事業(yè)單位根據(jù)自身的情況, 側(cè)重面也不同。本文具體分析了電力設(shè)計(jì)節(jié)約電能的幾種途徑。
關(guān)鍵詞：電力設(shè)計(jì)， 節(jié)約電能， 途徑
前言
電能作為一種非常重要的能源, 由于它是能適合于多種目的的一種實(shí)用的能源, 例如可用于照明、可提供動(dòng)力使機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、可產(chǎn)生熱量加熱物體等; 使用電能還不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成污染, 所以電能已被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)及人們的日常生活中, 現(xiàn)在可以說(shuō)各行各業(yè)的生產(chǎn)和人們的日常生活都離不開(kāi)電能。節(jié)電是涉及到節(jié)能的管理、技術(shù)、節(jié)能產(chǎn)品、政策導(dǎo)向、行政手段等多個(gè)方面。而且各企事業(yè)單位根據(jù)自身的情況, 側(cè)重面也不同。有綠色照明、現(xiàn)有建筑物能效的改進(jìn)、低壓電機(jī)的改進(jìn)、各種高效家用電器的使用等等; 應(yīng)用較多的有冰蓄冷技術(shù)、蓄熱電鍋爐、儲(chǔ)熱式熱水器等。節(jié)能蓄能設(shè)備的推廣應(yīng)用初期投資有的較大, 但具備一定的長(zhǎng)效性。上海許多的住宅大樓、小區(qū)等物業(yè)公司, 由于運(yùn)作機(jī)制、技術(shù)力量和財(cái)力等因素往往從管理著手, 小改小革。如照明光源以小換大、樓梯改成聲光控制、走道燈實(shí)施間隔照明、裝分表進(jìn)行考核、附加獎(jiǎng)懲制度等措施, 收到投入少、見(jiàn)效快的效果。除了管理和技術(shù)外, 可推廣選用節(jié)電節(jié)能的設(shè)備和照明光源。如大樓應(yīng)急出口燈過(guò)去用8W小日光燈, 若改用LED發(fā)光燈, 功耗只有1W, 壽命還長(zhǎng)。所投資金一年半即可以節(jié)電的電費(fèi)中收回, 效果非常好。不過(guò)目前節(jié)電產(chǎn)品較多, 應(yīng)進(jìn)行必要的鑒別。從原理、實(shí)測(cè)
效率、壽命、價(jià)格綜合評(píng)估選用。
一、提高供配電系統(tǒng)的電壓等級(jí)
供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先是根據(jù)用電設(shè)備的用電容量、特性、供電距離、及當(dāng)?shù)毓搽娋W(wǎng)的現(xiàn)狀等因消耗及減少對(duì)環(huán)境的合理確定供電系統(tǒng)的電壓等級(jí); 然后根據(jù)用電設(shè)備的電壓要求、負(fù)荷的大小與負(fù)荷的分布情況及配電范圍等確定配電系統(tǒng)的電壓等級(jí)。原則上應(yīng)采用高電壓深入負(fù)荷中心供電, 避免低電壓、大容量、長(zhǎng)距離送電, 以減少輸電線路損失, 提高電能質(zhì)量。
一般情況下, 單臺(tái)設(shè)備容量在8 0 0 0 ~ 1 0 0 0 kVA 時(shí)宜用3 5 kV 及以上的電壓供電, 單臺(tái)設(shè)備容量在2 5 0 0 0 kVA 以上時(shí)宜用1 1 0 kV 及以上的電壓供電。
之所以要采用高電壓深入負(fù)荷中心供電, 是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的輸電電壓越高, 則電能輸送的距離就越遠(yuǎn), 輸送的電能功率也越大。輸送同樣功率的電能時(shí), 如果采用較高電壓, 則輸電線路上流過(guò)的電流就小, 因此相同截面的輸電線路上的電能損失就小, 從而達(dá)到了節(jié)約電能的目的。在輸電容量相同、輸電距離相同及輸電線路截面相同的前提下, 采用6 kV 電壓供電與采用1 0 kV 電壓供電相比, 輸電線路的損失相差約2 . 8 倍; 同樣采用3 5 kV 電壓供電與采用1 1 0 kV 電壓供電相比, 輸電線路損失相差約9 . 9 倍, 可見(jiàn)提高供配電電壓等級(jí)是節(jié)約電能的有效措施。采用高電壓深入負(fù)荷中心供電的另一目的是要縮短配電線路的長(zhǎng)度, 因?yàn)椴捎孟嗤碾妷旱燃?jí)來(lái)輸送相同容量的電能,如果輸電線路越長(zhǎng)則輸電線路的損耗也越大。還有如果采用較高的電壓來(lái)輸送同樣功率的電能, 因電流小, 輸電線路引起的電壓降也小, 更可保證用電設(shè)備得到質(zhì)量良好的電能, 可以說(shuō)是一舉兩得。
二、提高功率因數(shù)
由于電網(wǎng)中大量使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及變壓器等用電設(shè)備, 其中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的用電量將占全部用電量的6 0 % 以上。一般情況下, 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)在0 . 8 左右, 在輕負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)會(huì)急劇下降。往往傳動(dòng)裝置所配的電動(dòng)機(jī)功率偏大, 所以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)很少會(huì)在滿負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn), 因此, 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)一般都在0 . 8 以下。功率因數(shù)低意味著電力系統(tǒng)除了向用電設(shè)備供給有功功率外, 還需供給大量的無(wú)功功率, 從而使發(fā)電和輸配電設(shè)備的能力不能被充分利用。功率因數(shù)低還意味著輸電線路的損耗大及輸配電線路的電壓降大。
提高功率因數(shù)的意義:
1、減少電網(wǎng)中的無(wú)功功率損耗, 使發(fā)電和輸配電設(shè)備的供電能力得以提高。
2、減少供配電系統(tǒng)的電壓降。提高供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。
3、減小視在功率及負(fù)荷電流, 導(dǎo)致變配電設(shè)備如變壓器和電纜截面有了富裕, 從而可以輸送更多的電能, 向更多的用電設(shè)備供電。
4、提高功率因數(shù), 可以減小輸電線路的截面及降低變壓器的容量等, 減少工程的投資費(fèi)用。
提高功率因數(shù)可使輸電線路的損耗大為減少。所以說(shuō)提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)是節(jié)約電能的另一有效措施。
通常供配電系統(tǒng)的無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)按用電設(shè)備的電壓等級(jí)分級(jí)分區(qū)補(bǔ)償, 當(dāng)單臺(tái)用電設(shè)備容量較大, 配電線路及運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)且功率因數(shù)又較低時(shí), 應(yīng)盡量做到就地補(bǔ)償, 補(bǔ)償后的功率因數(shù)值應(yīng)保證在0 . 9 以上。對(duì)于用電負(fù)荷波動(dòng)大的配電系統(tǒng)應(yīng)采用自動(dòng)控制的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置, 來(lái)自動(dòng)調(diào)整功率因數(shù),
以避免輕載時(shí)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償現(xiàn)象。
三、選擇最佳導(dǎo)體截面
導(dǎo)體使電能輸送成為可能, 但是由于導(dǎo)體電阻的存在, 使導(dǎo)體在傳輸電能過(guò)程中要消耗掉一些能量。通常設(shè)計(jì)中選擇導(dǎo)體的截面是按滿足允許溫升、電壓損失、機(jī)械強(qiáng)度等要求的最小截面來(lái)選擇, 而不是按最佳導(dǎo)體截面來(lái)選擇。所謂最佳導(dǎo)體截面就之和達(dá)到最少時(shí)的截面。比如說(shuō)如果采用規(guī)定的導(dǎo)體截面的最小者, 那么初始投資是小了, 但會(huì)造成較大的線路損耗和導(dǎo)體較熱的運(yùn)行; 如果采用較大截面的導(dǎo)體, 初始投資雖然要大一些, 但線路的損耗減小了, 使線路在整個(gè)壽命使用期中節(jié)約了電能和費(fèi)用, 且所節(jié)約的電能和費(fèi)用要相當(dāng)于因增加導(dǎo)體截面而增加的費(fèi)用的許多倍。這樣采用較大截面的導(dǎo)體, 雖然初始投資加大了些, 但獲得的長(zhǎng)期效益是顯著的, 是非常值得的。
導(dǎo)體的損耗是以熱的形式消耗掉的, 小截面的導(dǎo)體, 損耗大, 導(dǎo)體運(yùn)行的溫度高。導(dǎo)體的溫度也影響導(dǎo)體的電阻, 在溫度升高時(shí)導(dǎo)體的電阻將增大。導(dǎo)體的電阻一增大, 導(dǎo)體的損耗也跟著增大。從這一點(diǎn)看, 選擇較大截面的電纜, 在降低導(dǎo)體運(yùn)行溫度的同時(shí)也間接地降低了導(dǎo)體的電阻及損耗。對(duì)電纜電線而言, 導(dǎo)體的溫度低還會(huì)降低絕緣材料的老化速度, 使其使用壽命增長(zhǎng)且更安全可靠。
所需的購(gòu)買電纜的費(fèi)用和安裝電纜的費(fèi)用不會(huì)有太大的差別。所以說(shuō)按最佳導(dǎo)體截面選擇電纜, 節(jié)能效果是非常明顯的。
目前國(guó)家正在投入大量資金對(duì)我國(guó)各地的城市及農(nóng)村電網(wǎng)進(jìn)行改造, 因?yàn)檫^(guò)去的電網(wǎng)由于各種原因造成農(nóng)村電網(wǎng)的線路損失達(dá)2 0 % ~ 3 0 % , 城市主電網(wǎng)的線路損失在1 0 % 以上, 假如全國(guó)電網(wǎng)的裝機(jī)總?cè)萘繛? ×1 0 8 kW , 就意味著有數(shù)千萬(wàn)kW 的電能被損耗在輸電線路上了, 這是極大的浪費(fèi), 現(xiàn)在進(jìn)
行的電網(wǎng)改造的主要任務(wù)之一就是大面積的更換輸電線路, 增大導(dǎo)線截面, 以減少線路損耗, 達(dá)到節(jié)約電能的目的。
四、采用變頻調(diào)速技術(shù)
在工業(yè)企業(yè)中需要大量使用風(fēng)機(jī)和水泵, 其中大部分的風(fēng)機(jī)和水泵需要根據(jù)不同的工藝情況調(diào)節(jié)風(fēng)和水的壓力或流量, 以往壓力或流量的調(diào)節(jié)是通是指初始投資和整個(gè)導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)壽命中的損耗費(fèi)用過(guò)調(diào)節(jié)管道上的閥門(mén)開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn), 結(jié)果是造成電能的大量浪費(fèi)。即使是不需要調(diào)節(jié)壓力或流量的風(fēng)機(jī)與水泵, 由于與之配套的電動(dòng)機(jī)功率都比實(shí)際需要的大, 所以電動(dòng)機(jī)也不是在額定功率下運(yùn)行, 如果不采取措施同樣存在電能浪費(fèi)的問(wèn)題。
根據(jù)流體力學(xué)原理, 流量與轉(zhuǎn)速成正比, 壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比, 軸功率與轉(zhuǎn)速的3 次方成正比。當(dāng)風(fēng)機(jī)或水泵的運(yùn)行速度為0 . 9 倍的額定轉(zhuǎn)速時(shí), 其所消耗的電能只有額定轉(zhuǎn)速時(shí)的7 3 % �？梢�(jiàn)采用轉(zhuǎn)速控制來(lái)調(diào)節(jié)壓力或流量其節(jié)約電能的效果是非常明顯的。
變電氣節(jié)能論文頻調(diào)速技術(shù)是一種高效率、高性能的技術(shù)。變頻調(diào)速器用于交流異步電動(dòng)機(jī)特別是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速, 因其體積小、技術(shù)性能高、保護(hù)功能完善、工作安全可靠、能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、軟停止及可平滑無(wú)級(jí)調(diào)速等特點(diǎn), 已在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
五、采取先進(jìn)的控制裝置
工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中, 有些生產(chǎn)設(shè)備要求按工藝順序?qū)崿F(xiàn)聯(lián)鎖控制。比如大型連續(xù)生產(chǎn)的皮帶等運(yùn)輸系統(tǒng), 一般是要求逆流程起動(dòng)順流程停車。對(duì)線路較長(zhǎng)、設(shè)備較多且用電容量較大的系統(tǒng), 如果按過(guò)去的老方式控制, 會(huì)使較多的設(shè)備處于空運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)一段時(shí)間, 這樣就浪費(fèi)了大量的電能。例如有這樣的一條系統(tǒng), 從
頭到尾用電設(shè)備的總功率為9800 kW 共200 多臺(tái)電動(dòng)機(jī), 最長(zhǎng)的皮帶線路長(zhǎng)達(dá)200 m 。
采用傳統(tǒng)的繼電器控制方式按逆流程順序起動(dòng), 起動(dòng)時(shí)間需要5 . 5 m in 。設(shè)備全起動(dòng)完畢后, 才能按順流程順序給料, 從給料開(kāi)始到全流程正常運(yùn)轉(zhuǎn), 又需要5 . 7 m in 。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)每次起動(dòng)過(guò)程中的電能損耗約為3 7 0 kW /h , 假設(shè)每天起動(dòng)2 次, 每年生產(chǎn)3 3 0 d , 則每年要損耗電能約為240000 kW /h 。但是如果利用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù), 采用可編程序控制器等, 可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的起動(dòng)控制順序, 原則是計(jì)算好時(shí)間, 當(dāng)前1 臺(tái)設(shè)備物料到來(lái)時(shí),后1 臺(tái)設(shè)備空載起動(dòng)剛好完畢, 這樣可以大大減少每臺(tái)設(shè)備的空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間, 從而使電能損耗大大降低。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡(jiǎn)介：王建超 學(xué)生 專業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化
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