電力工程設(shè)計(jì)中節(jié)能措施及應(yīng)用研究

孫寧海

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，使得我國(guó)用電需求量日益增加。而建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)和資源節(jié)約型社會(huì)是當(dāng)今時(shí)代的重要課題，國(guó)家和社會(huì)對(duì)節(jié)能減排工作給予了了高度的重視。對(duì)于電力行業(yè)而言，對(duì)電力工程設(shè)計(jì)中節(jié)能措施及其應(yīng)用進(jìn)行研究，既符合時(shí)代的發(fā)展需求，又有利于電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，本文結(jié)合電力工程設(shè)計(jì)中節(jié)能措施的應(yīng)用意義以及電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的基本要求，提出了具體的節(jié)能設(shè)計(jì)措施，以期為我國(guó)電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：電力工程;設(shè)計(jì);節(jié)能措施

電力行業(yè)發(fā)展依賴于能源的消耗，發(fā)展越快，能源消耗也多。隨著我國(guó)能源緊缺問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題的日益凸顯，“節(jié)能減排、綠色發(fā)展”視域下，對(duì)電力工程設(shè)計(jì)中節(jié)能措施及應(yīng)用進(jìn)行深入研究，對(duì)于電力行業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

一、電力工程設(shè)計(jì)中節(jié)能措施的應(yīng)用意義

（一）有利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展

能源作為人類生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，能夠直接影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。近幾年我國(guó)能源短缺問(wèn)題日益凸顯，已經(jīng)成為制約國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，而在電力工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用多種節(jié)能措施，可有效緩解能源短缺問(wèn)題，從而促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

（二）有利于環(huán)境保護(hù)

目前我國(guó)仍以火力發(fā)電為主，發(fā)電過(guò)程中不僅會(huì)消耗大量的不可再生資源，還會(huì)釋放出大量的環(huán)境污染物，對(duì)生態(tài)環(huán)境及人們的身體健康造成嚴(yán)重危害。做好電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)，則能夠有效減低不可再生資源的消耗量以及污染物的排放量，從而達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用。

（三）有利于改善生活

電能是現(xiàn)代生活不可或缺的重要組成部分，人們?cè)谧非蟾咂焚|(zhì)生活的同時(shí)，也會(huì)對(duì)電力行業(yè)提出更加多元化的需求。在電力工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用多種節(jié)能措施，既能夠?qū)ΜF(xiàn)有電力系統(tǒng)進(jìn)行合理化優(yōu)化，使其更好地滿足用戶的用電需求，又能夠降低能源消耗，提高能源利用率及電力生產(chǎn)能力，進(jìn)一步促進(jìn)國(guó)民生活水平的提升[1]。

二、電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的基本要求

（一）注重節(jié)能減排

節(jié)能減排是電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的最基本要求。電力工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)積極采用多種節(jié)能措施，對(duì)電力生產(chǎn)和傳輸過(guò)程中的能耗進(jìn)行科學(xué)、合理地控制，從而達(dá)到降低能源消耗、減少污染物排放的目的。

（二）注重需求側(cè)管理

電力需求的多樣性和不確定性，使得按滿足用戶最大需求設(shè)置的發(fā)供電能力，在需求低谷時(shí)段大量被閑置，不僅增加了發(fā)供電成本，而且也增加了客戶的電費(fèi)負(fù)擔(dān)。因此，基于用戶的用電需求和習(xí)慣，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)、劃分峰谷電價(jià)等措施，強(qiáng)化需求側(cè)管理，是電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求。

（三）注重新能源開發(fā)

受科技水平的限制，以往主要以燃燒不可再生資源來(lái)獲取電能。這種電力生產(chǎn)方式，不僅會(huì)嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，還會(huì)受到資源儲(chǔ)量的限制。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在電力工程設(shè)計(jì)時(shí)注重新能源的開發(fā)和利用，利用風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源進(jìn)行發(fā)電，是新時(shí)期電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的基本要求。

（四）注重新型節(jié)能技術(shù)研發(fā)

注重新型節(jié)能技術(shù)的研發(fā)是新時(shí)期電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的基本要求。在節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)人員及科研人員應(yīng)積極進(jìn)行新型節(jié)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，例如利用等離子點(diǎn)火助燃技術(shù)提高電力生產(chǎn)效率;利用儲(chǔ)能技術(shù)提高能源利用率等。通過(guò)新型節(jié)能技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展。

（五）注重效益平衡

注重效益平衡也是電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求。雖然“節(jié)能降耗”是新時(shí)期電力行業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)和趨勢(shì)，但在電力工程設(shè)計(jì)時(shí)，不能單方面的追求節(jié)能、環(huán)保、降耗，而忽視了電力工程的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)最大限度追求生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益的平衡，這樣才能使電力行業(yè)得到良性發(fā)展[2]。

三、電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)具體措施

（一）積極使用新能源發(fā)電

新能源具有可再生、污染小等顯著特點(diǎn)，利用新能源進(jìn)行發(fā)電，不僅可以有效緩解傳統(tǒng)能源緊缺的問(wèn)題，還能夠顯著降低發(fā)電過(guò)程對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。因此，新時(shí)期背景下，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，調(diào)整新能源在電力生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用比例，充分發(fā)揮新能源發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，是電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的重要措施。目前，新能源發(fā)電的主要形式有：風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、水力發(fā)電以及核能發(fā)電。

太陽(yáng)能發(fā)電的主要應(yīng)用形式是分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電。分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件陣列、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)組成。其發(fā)電原理為：光伏組件陣列利用太陽(yáng)能電池板中半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能;然后由并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中的多個(gè)逆變器將電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)供電。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電普遍與儲(chǔ)能系統(tǒng)配套應(yīng)用，這樣既能夠滿足特殊用戶的用電需求，有能夠?qū)⒍嘤嗟碾娔茌斔椭岭娋W(wǎng)，實(shí)現(xiàn)就近消納處理，從而達(dá)到節(jié)約能源、降低環(huán)境污染、提升發(fā)電能力、減少電力輸送能耗等多重節(jié)能設(shè)計(jì)效果。

風(fēng)能發(fā)電的主要應(yīng)用形式為風(fēng)力機(jī)發(fā)電。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于風(fēng)能屬于可再生清潔能源且蘊(yùn)藏量豐富，發(fā)電過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)和機(jī)械設(shè)備比較成熟，不僅建設(shè)速度快，而且運(yùn)行成本低。

水利發(fā)電的主要應(yīng)用形式有：堤壩發(fā)電、潮汐發(fā)電等。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在兩方面：一個(gè)是水資源的清潔性、可再生性以及儲(chǔ)量豐富性，另一個(gè)是與水利工程的兼容性，兼具水利調(diào)節(jié)和電能生產(chǎn)的功能。水力發(fā)電的應(yīng)用局限性比較明顯，如：地形環(huán)境影響性大;建設(shè)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、工程量大;會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定破壞;容量不易增加等。

核能作為一種比較成熟的技術(shù)，具有良好的清潔作用，在世界能源結(jié)構(gòu)中占有重要的地位。核能發(fā)電的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于發(fā)電過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生空氣污染、發(fā)電效率極高、發(fā)電成本不受國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)影響。其應(yīng)用弊端在于對(duì)核發(fā)電廠的安全性要求極高，一旦發(fā)生核泄漏將會(huì)造成極為嚴(yán)重的后果。同時(shí)，核電廠建設(shè)成本極高，熱污染較大，不適宜做尖峰、離峰之隨載運(yùn)轉(zhuǎn)。這些都制約了核能發(fā)電的發(fā)展。

（二）引入新興節(jié)能技術(shù)

在電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)從需求側(cè)和供給側(cè)兩個(gè)層面引入新興節(jié)能技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”的節(jié)能設(shè)計(jì)目的。

從供給側(cè)出發(fā)，電力企業(yè)應(yīng)注重新能源發(fā)電技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、電子信息技術(shù)等新興技術(shù)在電力工程中合理運(yùn)用，一方面積極進(jìn)行蓄能電廠建設(shè)，在用電高峰時(shí)期持續(xù)發(fā)電，在用電低谷時(shí)期儲(chǔ)存富余電能，以此促進(jìn)峰谷電量差的進(jìn)一步平衡，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo);另一方面，積極進(jìn)行智能電網(wǎng)建設(shè)，利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、人工智能技術(shù)等前沿性科學(xué)技術(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在此基礎(chǔ)上，綜合分析電力系統(tǒng)的耗能情況，了解和掌握用戶的用電習(xí)慣，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)化、智能化的調(diào)控，從而達(dá)到降低能耗、削峰填谷的節(jié)能設(shè)計(jì)效果。

從需求側(cè)出發(fā)，電力企業(yè)應(yīng)鼓勵(lì)和引導(dǎo)終端用戶使用蓄冷蓄熱技術(shù)、能源替代運(yùn)行技術(shù)等各種先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，以此提升電能利用率，實(shí)現(xiàn)峰谷用電的平衡。例如：鼓勵(lì)用戶使用蓄熱式電鍋爐、蓄熱式電熱水器、冰蓄冷空調(diào)等節(jié)能電器，從而加強(qiáng)深夜電網(wǎng)廉價(jià)、過(guò)剩電力蓄能的利用率，在緩解用電高峰期電力供應(yīng)壓力的同時(shí)，顯著提升終端用戶用電的經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（三）施行無(wú)功補(bǔ)償

電力網(wǎng)絡(luò)中的大部分負(fù)荷屬于感性負(fù)荷，很多電力設(shè)備運(yùn)行使消耗的功率并非全部是有用功，因此，減少電力設(shè)備運(yùn)行中的無(wú)用功消耗是電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)重要措施。在進(jìn)行電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)設(shè)置并聯(lián)電容器或其它無(wú)功補(bǔ)償裝置的方法，控制電能損耗，以此減少電力系統(tǒng)中感性負(fù)荷的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的設(shè)計(jì)目標(biāo)。上述節(jié)能設(shè)計(jì)措施被稱為無(wú)功補(bǔ)償，其不僅能夠有效降低電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的能耗，提升供電質(zhì)量，還能夠提升電力設(shè)備的運(yùn)行效率，擴(kuò)充變壓器容量，縮減電費(fèi)支出。此外，在電力工程設(shè)計(jì)時(shí)，還可以利用靜止無(wú)功發(fā)生器，實(shí)施動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。相較于傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償方式，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償不僅補(bǔ)償效果更加出色，而且諧波產(chǎn)生少、響應(yīng)速度快，可有效延長(zhǎng)電力系統(tǒng)的使用壽命。

（四）實(shí)施變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器設(shè)計(jì)是電力工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。因此，實(shí)施變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)是電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的重要措施。電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合變壓器的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，科學(xué)選擇節(jié)能效果相對(duì)出色的變壓器，以此降低運(yùn)行能耗，提高工作效率。變壓器運(yùn)行過(guò)程中，不僅會(huì)產(chǎn)生空載損耗，還會(huì)產(chǎn)生負(fù)載損耗，其損耗量由變壓器自身電阻和節(jié)點(diǎn)功率決定。在電力工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電阻率情況，選擇較小的變壓器，同時(shí)變壓器材質(zhì)應(yīng)優(yōu)先選擇銅制材料，以此進(jìn)一步降低運(yùn)行能耗。此外，考慮到變壓器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性的有效平衡，將變壓器負(fù)載控制在75%～85%的范圍內(nèi)，應(yīng)用效果最好[3]。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，“綠色發(fā)展”視域下，進(jìn)行電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)，有利于國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，有利于人們生活質(zhì)量的提升。新時(shí)期，我國(guó)電力企業(yè)應(yīng)以“節(jié)能減排”為導(dǎo)向，明確電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的基本要求，通過(guò)積極使用新能源發(fā)電、引入新興節(jié)能技術(shù)、施行無(wú)功補(bǔ)償、實(shí)施變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)等節(jié)能措施，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”、“綠色生產(chǎn)”等節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)，推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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