電力節能的發展瓶頸與應對措施

文_王繼昌 中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司

1 概述

電網擾頻引發用戶端設備瞬間脈沖疊加沖擊, 造成用戶端的安全問題。開發具有雙向阻隔內外部電能污染的功能的節能(穩壓)技術已迫在眉睫。由于阻隔來自內外部電能污染，開發類似享有雙向防火墻之稱的裝置，即阻隔來自內外部的瞬流、浪涌、諧波等電能污染，又通過抑制（通低阻高）、濾除、吸收三種治理方式，降低內部電能污染對配電系統內的所有設備、儀器、儀表、線路和開關的危害,顯得尤為重要。

2 電力節能的發展瓶頸

在《巴黎協議》自愿減排的國際責任下,為實現我國承諾的2030年二氧化碳排放目標,社會各界對已投產的電廠技術改造非常重視。但由于歷史原因，造成了目前國內兩種電壓運行區域,即以西北地區(部分南方電網)為代表的110kV用戶端電網，以及華北地區等為代表的220kV用戶端電網。同一設備難以適合不同電壓模式的供電系統的節能推廣受到限制。

此外，還有行業發展的瓶頸。節能設備分為三類：限流(如LED/變頻)無法提高能效、限耗(如高效電機)可以提高能效；技改升級(可以降耗)。用戶配電系統的功率因數低于0.9時，就會受到供電部門的經濟處罰；功率因數超過0.9時，就會獲得供電部門的獎勵。但從配電系統內特有的安全性考慮，既要防止出現滯磁現象，又要防止飽磁現象，因這兩種情況都會導致電機等設備的發熱發燙，引起電機等設備的運轉失穩和耗能問題。

3 技術改進與措施

3.1 通過雙向阻隔、抑制、濾除和吸收方法治理電網電能污染

開發具有雙向阻隔內外部電能污染的功能的節能(穩壓)，阻隔來自外部的雷達波、無線電波、閃電、雷擊，以及鄰近用電單位設備啟停所產生的電壓波動、電壓閃爍等外部電能污染（10%～20%），同時阻隔來自用戶配電系統內部的因線路和設備老化、三相不平衡、功率因數不足、設備啟停頻繁、諧波干擾、超載等原因引發的內部電能污染（80%～90%）。類似享有雙向防火墻之稱的裝置，即阻隔來自內外部的瞬流、浪涌、諧波等電能污染，又通過抑制（通低阻高）、濾除、吸收三種治理方式，降低內部電能污染對配電系統內的所有設備、儀器、儀表、線路和開關的危害。

3.2 通過電磁移相原理實現功率因數提高

開發擁有多繞組環型交叉互感特殊制造技術，產生的“通低阻高”整體電抗特性，將大部分高次諧波各相電流相互抵消或吸收，并轉化為磁能，再由補償繞組同步將轉化后的電流補償給負載端，從而大幅度降低負載因渦流、諧波、分量的電能損耗。

一般情況，設備啟動所消耗的電能比其正常運行的電能高得多，通過高能磁轉原理，利用電磁移相技術，使三相電向量和磁通量相互影響，相位相互對立而抵消偏差磁勢，實現電壓與電位的相位差同步調整，從而提高功效。

3.3 利用電磁補償促進三相平衡

用戶配電系統的三相電流與電壓的不平衡，形成中性點發生偏移，產生零線（序）電流三相之間的電位差，導致相間電流環流，引發額外電流損耗，使電機運轉抖動，摩擦增加，做功不穩定，異常發熱；整流設備三相諧波增加，浪涌電容加大，線路損耗增加，電能轉為熱損耗；精密設備運轉不穩定，產品合格率降低等等危害。通過磁化主繞組、穩壓繞組和補償繞組等特殊制造工藝，采用高純度特殊材料，巧妙的發揮磁通向量與電向量的互感作用，利用相互補償的鐵芯磁通量，促進各相之間的電流與電壓平衡。

3.4 利用清潔電網降低電能耗損

據研究，瞬流、浪涌、諧波電能污染，會導致配電系統內的效率下降30%以上，并會對開關、接觸元件、線路、電子元器件等產生較大沖擊，用電設備效率下降，線路損耗增加。這就是建廠的時間越長，電費越大的原因之一。氧化層阻抗增加1Ω時，電動機效率下降13%，配電系統損耗增加約8%。

3.5 智能無功補償防止“過補”與“欠補”

傳統常規無功補償，無論是集中補償還是分散補償方式，都易造成“過補”和“欠補”問題，并且電容無功補償還會因溫度、濕度和絕緣層材料因素而引發故障與使用壽命短的問題。智能(虛擬)無功補償，是根據用戶配電系統設備對無功的需求量進行的動態補償，需要多少無功就實時補償多少，從而有效防止無功補償的“過補”和“欠補”現象。

3.6 利用三大原理的協同實現瞬間電磁儲能

利用微磁場電工原理、電磁平衡原理、電感與電抗交互原理的協同作用，通過特有的電流補償繞組與主磁化終端的相互作用，產生磁化主繞圈的電能不能突變的電抗功能，在瞬時儲能的同時，將吸收的能耗轉化為磁能，再由電流補償繞組同步將電流補償給用戶配電系統的負載端，從而實現電流的二次利用。

3.7 利用抗沖擊功能實現智能調壓調流

針對用戶配電系統內的負載停止時所產生的電壓凸起（暫升）現象，而開啟時所產生的電壓凹陷（暫降）及電流突變脈沖現象，提高裝置的抗沖擊能力，不僅使用戶配電系統設備、儀器、儀表的開啟與停止時得到保護，而且防止電壓電流長時間的過度偏離正常范圍，從而實現設備的保護與節能。

3.8 利用電信級平臺遠程監測功能建立人機結合的管理模式

安裝在用戶電能入口端的中央節能保護設備與中央數據庫在北京的電信級管理節能平臺，通過移動網、固話網、短信網和互聯網與之連接而成，將每日實時功率因數、每日實時電能消耗、每日實時電費累積金額、本月電費累積金額和每日三相實時電流、每日實時電壓等數據，讓用戶單位的主管人員通過手機、座機、短信或互聯網方式，全天候遠程監測，建立起人機結合的用能節能管理模式。

3.9 利用“四量化”功能實現管理節能的可持續

可通過在不同分廠（車間、部門），另行安裝用能監測的硬件，實現用能節能的量化核算、量化考核、量化追蹤、量化獎懲，采用手機、座機、短信或互聯網方式，建立全天候遠程監測功能，再結合管理節能工作的PDCA循環，消除人離機不停，人離空調不閉，人離燈不關等人為浪費現象。

4 節能發展的緊迫性

合理利用能源,使有限的能源得到最合理充分的利用，這是我國國情的需要。對于消耗一次能源的大戶—火力發電廠，合理地利用能源是設計、制造、運行中要解決的緊迫性課題。

5 應對措施

5.1 提高效能

節能保護裝置——電效云端保護裝置，是安裝在用戶配電系統電能入口端的中央節能保護設備，與中央數據庫在北京的電信級管理節能平臺，通過移動網、固話網、短信網和互聯網連接而成的系統，可實現設備節能與管理節能疊加的智能高效節能節電產品。

電效云端保護裝置采用微磁場電工原理、電磁平衡原理、電感與電抗交互作用，集治理電能污染、動態無功補償、動態調節三相平衡、提高功率因數、清潔電網、電磁儲能、動態調流調壓和遠程監測、管理節能技術于一體，通過提升整體配電系統的電力品質而實現的深層次的、全面性的整體節能節電產品。動態調整和平衡三相電壓電流，扼制啟動電流及短路電流，濾除、抑制和吸收諧波、瞬流和浪涌等電污染，凈化電網，提高電能品質，保護配電系統中的所有負載設備、儀器、儀表、線路和開關等設備，延長使用壽命，降低其維修率，建立起人機結合的電能管控模式，節能減排、降損增效。

5.2 電廠建筑節能

為了保護耕地，節約國家耕地資源，我國已明令禁止使用粘土磚，為了替代粘土磚產生多種墻體材料。隨著國家建筑節能標準的全面實施，各種新型節能墻體材料應運而生，由單一材料保溫節能體系向著復合材料保溫節能體系的方向發展。

目前，電廠建筑物常用的墻體材料主要有金屬墻板和輕質砌體。金屬墻板常用于主廠房建筑的外墻圍護，寒冷地區常采用復合金屬墻板。砌體主要采用蒸壓加氣混凝土砌塊、非粘土多孔磚或空心磚、陶粒混凝土砌塊、蒸壓粉煤灰砌塊、蒸壓灰砂磚等砌筑,用于附屬建筑的內墻和外墻圍護。

熱電廠通過優化設計背壓、增加回熱級數、采用排渣余熱利用裝置回收熱量、合理選擇輔助設備等措施，提高機組效率，從而達到節煤的目標。1978年以前, 工程發電設計標煤耗大于471g/kWh，經過各項優化后，2017年,工程發電設計標煤耗小于266g/kWh，優于世界平均指標。21世紀,全球人均耗電年增長1.1%,我國增長達7.3%以上。我國能源消耗強度是西方發達國家平均水平的1.55倍,是日本的4.9倍,改進和使用節能的能效提高的空間巨大。

6 結語

通過雙向阻隔、抑制、濾除和吸收4種方法治理電網電能污染,可以節能增效。效能的提高為負載提供智能無功補償，從而減少線路損耗，提高功效。此外，由單一材料保溫節能體系向著復合材料保溫節能體系的方向發展，也為電力行業節能減排工作開拓更廣闊的領域。