火電廠應用變頻與永磁節能技術經濟比較

仲偉龍

摘 要：該文針對當前常規火電廠應用前景廣泛的永磁調速和變頻調速兩種節能技術進行研究，通過兩種技術在工作原理、工程設計、制造、安裝、運行、維護、壽命、工程造價、運行費用、節約電量及動態回收年限等方面詳細比較，幫助用戶合理選擇最佳節能技術方案。永磁技術在減震降噪、運行環境、啟動方式、對電網影響、使用壽命及安裝調試運行檢修等方面的性能優于變頻調速，目前永磁技術初投資高，但比變頻技術節能。永磁引進中國不久，運行情況有待驗證，也是電廠節能技術的一種新選擇。

關鍵詞：永磁 變頻 火電廠 節能 技術經濟比較

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（a）-0080-02

隨著我國霧霾天氣增多，節能減排壓力加大，對現役和在建電廠供電煤耗要求日益提高。減少廠用電耗是降低供電煤耗的主要途徑之一。該文針對有廣泛前景的變頻和永磁調速進行技術經濟研究。

1 變頻技術特點

變頻調速是通過改變電源頻率達到調節功能。變頻器的精確調節優勢明顯，隨著現代電子元器件快速發展，控制技術日益成熟，變頻器價格不斷下降，已逐步在常規火電廠普及。但近年來高壓變頻也暴露出一些問題：如電子元器件壽命短，可靠性差；輸入諧波影響電力系統運行；輸出波形影響電機運行；設備占地大等。

2 永磁技術特點

永磁調速本質上是扭矩調節，通過調節氣隙改變磁場力矩，間接改變轉速實現調節。根據相似，定律扭矩與轉速的平方成正比，永磁比變頻調速有更大轉差率，設備運行負荷越低，轉差率越高，屬于“滑差”調速。

永磁調速具有簡單可靠、震動噪音小、無諧波、占地小、可在惡劣環境使用等優點，但也存在不足之處。

（1）適用范圍有限，目前可適配電機功率為5～3 000 kW，可調轉速范圍為700～3 000 rmp。

（2）產品核心部件需進口。國產自主化質量待驗證。

（3）滑差調速，低轉速節能效率低。

（4）調速散熱較大，600 kW以上需水或油冷卻系統。

3 技術經濟對比

3.1 技術比較分析

3.1.1 設計、制造及安裝方面

變頻進口效率98%，國產96%，永磁為96%～99%；變頻對輸出電壓有限制，產品質量要求高，永磁無要求；變頻輸入電流諧波大，降低繼電保護可靠性、影響計量控制精度和通訊工作，永磁不產生諧波；變頻安裝需精密軸校準，永磁軸系找中允許公差大。

3.1.2 運行、維護及壽命方面

變頻屬于低頻啟動，電機易發熱影響壽命，永磁是調節氣隙至最大，相當于空載啟動；變頻輸入電壓等級越高越復雜，永磁要求低；變頻需過載保護，永磁自動實現；變頻電機負載剛接，震動易傳遞，永磁不傳遞；變頻需防雷防塵，永磁可用于高粉塵、高海拔、礦井、輪船等惡劣環境；永磁可頻繁啟停而變頻不能；變頻比永磁調節精度高、響應速度快；變頻壽命10年，永磁達25～30年；變頻查找故障難維護麻煩，永磁維護簡單。

3.2 經濟性分析

以某300 MW工程凝結水泵為例，在造價（設備費和安裝調試費）和運行費用進行經濟性比較，如表1。

變頻器第11年和21年需重購，年利率按5%，變頻初投資為181.2×1.1+35.2×1.1/1.0511+35.2×1.1/1.0521=235.86萬元。

永磁無更換可用30年，其初投資為190.6×1.01=192.51萬元。

從表3可以看出，永磁調速比變頻調速節省電耗152 783

（kW·h/年），按照上網電價價格0.49元/kW·h（不含稅）計算，每年增加發電收益7.49萬元。

如采用2×100%凝泵配2臺永磁裝置方案，初投資較變頻方案高出29.46萬元，以動態投資回收期法，內部收益率按7%，投資回收年限為4.76年，即5年內可回收投資。

4 結語

（1）技術方面，永磁技術在減震降噪、運行環境、啟動方式、對電網影響、使用壽命、及安裝調試運行檢修等方面的性能優于變頻調速。

（2）經濟性方面，永磁初投資稍高，但比變頻技術節能。

（3）永磁引進中國不久，運行情況有待驗證，但目前已在諸多改造工程及小型新建項目中應用。大型火力發電廠、供熱機組等的高能耗設備，如6 kV等級的凝結水泵，熱網循環水泵、一次風機等因無需精確控制轉速，采用永磁調速可滿足運行和節能要求，是電廠節能技術的一種新選擇和新方向。

參考文獻

[1] 翟德雙.永磁調速器在凝結水泵上的節能改造運用[J].中國電力，2012（7）：45-48.

[2] 相玲.變頻調速技術在風機、水泵節能改造中的應用[D].華北電力大學，2012.

[3] 楊興瑤.電動機調速的原理及系統[M].北京：水利電力出版社，1995：45-47.

[4] 嚴新榮，張東.永磁調速技術在火力發電廠中的節能應用研究[J].華電技術，2009（1）：26-28，78.