一、概况
能源—或称热力之源,是人类赖以生存和活动的物质基础,在现代化工厂企业,最主要的体现形式是动力,而电力应用又首当其冲。进入新世纪以来,能源已成为世界问题的焦点之一,它直接关系到经济社会和民生甚至能源供求的国际关系,目前国内企业和居民生活最直接的影响就是煤、电、汽油和生产资料的涨价。目前的现实,企业管理者应以新的思维,以节约能源为获取利润,注重经济和社会效益。
二、工厂企业的用电状况
随着企业技术进步和发展,工厂的许多电气设备几经换代,技术水平和效率已有很大提高。如电力变压器已由各种老型号改型到铜芯S7型并向S9型过渡;直流电机调速系统经由水银整流器、交直流发电机-电动机组,更新为晶闸管直流调速机组;当今交流变频调速技术,解决了交流电机的无级变速问题,且效率更高,可以说,当前我国在行业整顿,优化组合,企业竞存,优胜劣汰中,保存及新兴成长的国有大中型、民营企业,技术装备和自动化程度已有相当水准,初具现代化规模,供电系统电力效能都有较大提高。同时,许多传统老工业企业及一些乡镇规模较小、技术较弱的工厂,有许多老旧设备还在运行,电力设备节电性能较差,节能降耗技术改造任务还很繁重。
三、影响设备电耗的技术因素
电气设备是为生产工艺服务的,工艺是否先进合理,自身节省能耗,自不待言。电力作为电能由其它能源转换产生,作用于电气设备以电压电流的表现形式作功,其单位消耗的电功率为Pn=W/T(kWh),并以转化为机械能、光能、化学能的形态,产生机械动力、光照、电解或充电等。然而电器设备在对负载进行有效作功(Pf)的同时,也有一部分无效作功损耗,二者之和才是总的有功功率(Pn),这就是电器设备的效率η=Pf/Pn。另外,由于大多数电气设备为感性负载,如电动机线圈除电阻外还含有电感,从电工学的原理,将产生电压电流的不同相,从相关电压、电流或功率矢量三角形看起来,实际有功率Pn要小于装置总的功率,叫作视在功率Ps,还有一部分为无功功率PL(电感上的功率),但常常用来补偿感性无功功率。此外,广义上的功率因数PF还包括波形崎变造成的附加电能。
所以,要想减少无谓的电能损耗,应从以下几方面入手:一是提高电器设备(包括负载装置)的效率,二是提高电气系统的功率因数,进而消除无功电流,同时要合理供电,减少线路损耗。
四、电气设备能耗、节电措施及发展方向
(1) 电力变压器:
电力配电变压器是换能效能较高的设备,由于存在空载损耗、负载损耗和热损耗,在厂矿用量很大,且不少老旧产品,使用不尽合理,因而节电挖潜空间很大。
(2) 电力线路:
供电线路线损是电力损耗的重要原因,低压线路尤甚。治理工作要重视日常供电管理,包括减少无效运行、常明灯、提高功率因数等,同时要着重改善电网结构。
在改进电网结构方面,选取变压器容量要加大,台数要增多,线路截面要加大,条数增多,并治理电网低功率因数和谐波,这样,电网的容载比显著增大,条数增多,负载调整功能增强,促使电网运行中供电设备过载减少,从而减少线路电压损耗,提高供电质量和安全可靠性。
目前,我国部分农村供电正试行单、三相变压器混合线路供电,这种供电结构国外已广泛采用,其原则是,单相变压器直接到户,最大限度减少低压线路压降。在新建或改造供电系统时应用,如在使用整流或隔离变压器时,可尽量采用高压变压器,对孤远大电流低压线路,可采取高压供电、就地降压的方式。
(3) 电动机及其控制
电动机作为方便高效的动力机械,是电力能源最重要的应用,通常人们把直流电机、交流异步电机和交流同步电机作为传统电机的三大机种,但以往在各行业应用中,三相交流异步电动机和直流电机最为普遍。 社会发展和技术进步总是向前进的,为了提高电动机的控制特性和节能水平,技术界一直在孜孜不倦不遗余力地研究改进产品。
例如,为了改进普通型变频器的含5次以上谐波的非标准正弦缺陷,一方面,推出以三电平多电平为代表的各种完美正弦波方案,改进一般带滤波桥式整流器波形崎变的电路,另一方面对需要场合采用“交—交”矢量变频控制,这种矩阵式电力变换器(MC),是一种绿色环保型变频器新概念,波形好,效率功率因数高,可四象限运行,是一种极有发展前途的新技术。
永磁伺服电动机(也分为交直流),以往主要用于高精度数控专用机床,由于以永久磁性材料作为磁极,节省了励磁能源,故超出一般的电效率。
(4) 电气设备的功率因数和谐波治理
设备的低功率因数和谐波,会造成设备自身和电网相当大的附加无功电流,增加电网输变电以至发电设备的负担,影响设备运行及寿命。目前,世界各国都在严格限制低功率因数电气产品,制定输入谐波的标准。
根据电工学定义:
式中,Vs、Isi分别为电路电压电流;
Is为按付立叶级数展开的基波均方根值;
Φ为Vs与Isi夹角。
由式可知,有两种情况可导致功率因数下降,一是Vs与Vsi有相位差,使COSΦ<1,二是Isi含有谐波,使Isi与Is比值<1。在电容无功补偿使用中,根据经验,应注意不宜采用功率因数控制型控制器,而应优先采用无功功率型、无功电流型控制器,以避免“切投震荡”。
(5) 照明
电力照明耗电较大,也是节电重点。长期以来企业一直在节能政策指导下,加强管理,提高技术、采用节电产品,并运行于市场规律和环境之中。
(6) 绿色电力
“绿电”是指由风能、太阳能、地热能、生物质能等可再生能源生产的电力,由于发电成本较高,目前“绿电”电价高出将近一倍。