火力發(fā)電廠電氣節(jié)能降耗技術(shù)研究

孟肖楠

摘??要：現(xiàn)今全球能源需求增長、能源供應(yīng)安全和環(huán)境可持續(xù)性等問題的日益突出，火力發(fā)電廠作為能源供應(yīng)的重要組成部分，面臨著較大壓力和挑戰(zhàn)。火力發(fā)電是一種重要的電力供應(yīng)方式，但其能效較低、能耗較高，并且燃煤和燃?xì)獾热剂系娜紵龝?huì)導(dǎo)致大量的溫室氣體排放和環(huán)境污染。并且電力市場的競爭日益激烈，電力價(jià)格的波動(dòng)和成本壓力也迫使火力發(fā)電廠尋求節(jié)能降耗的方法。為了提高火力發(fā)電廠的能源利用效率、降低能耗和減少環(huán)境污染，電氣節(jié)能降耗技術(shù)成為了一個(gè)重要的研究方向。在實(shí)際中需要了解及分析火力發(fā)電廠電氣節(jié)能降耗技術(shù)的類型，探討其在提高能效和降低能耗方面的實(shí)際效果，使火力發(fā)電廠可以采取有效的節(jié)能降耗技術(shù)來提升運(yùn)營效益。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠??電氣節(jié)能??降耗技術(shù)??電氣系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM621

Research?on?Electrical?Energy-Saving?and?Consumption-Reducing?Technology?in?Thermal?Power?Plants

MENG?Xiaonan?（MENG-XIAO?Nan請確認(rèn)）

（SDIC?Qinzhou?Di?Er?Electric?Power?Co.，?Ltd.，?Nanning，?Guangxi?Zhuang?Autonomous?Region，?535000?China）

Abstract：?Nowadays，?issues?such?as?global?energy?demand?growth，?energy?supply?security?and?environmental?sustainability?are?increasingly?prominent，?and?thermal?power?plants，?as?important?components?of?energy?supply，?are?facing?great?pressure?and?challenges.?Thermal?power?generation?is?an?important?method?of?power?supply，?but?it?has?low?energy?efficiency?and?high?energy?consumption，?and?the?combustion?of?fuels?such?as?coal?and?gas?can?lead?to?a?large?amount?of?greenhouse?gas?emissions?and?environmental?pollution.?Moreover，?the?electricity?market?is?becoming?increasingly?competitive，?and?the?fluctuation?of?electricity?prices?and?cost?pressures?are?forcing?thermal?power?plants?to?seek?ways?to?save?energy?and?reduce?consumption.?In?order?to?improve?the?energy?utilization?efficiency?of?thermal?power?plants，?reduce?energy?consumption?and?reduce?environmental?pollution，?electrical?energy-saving?and?consumption-reducing?technology?has?become?an?important?research?direction.?In?practice，?it?is?necessary?to?understand?and?analyze?the?types?of?electrical?energy-saving?and?consumption-reducing?technology?in?thermal?power?plants，?and?explore?their?practical?effects?in?improving?energy?efficiency?and?reducing?energy?consumption，?so?that?thermal?power?plants?can?adopt?effective?energy-saving?and?consumption-reducing?technology?to?improve?operational?efficiency.

Key?Words：?Thermal?power?plant;?Electrical?energy?conservation;?Consumption-reducing?technology;?Electrical?system

隨著能源資源的日益緊缺和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，節(jié)能降耗已成為全球范圍內(nèi)的重要課題。火力發(fā)電廠是重要的能源供應(yīng)單位，但其電氣系統(tǒng)在能源轉(zhuǎn)化過程中存在能耗較高的問題。電氣系統(tǒng)作為火力發(fā)電廠的核心組成部分，對于提高發(fā)電效率和降低能耗具有關(guān)鍵作用，通過研究電氣節(jié)能降耗技術(shù)，可以有效減少火力發(fā)電過程中的能源損耗，提高發(fā)電效率，從而實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的能源利用。

1??火力發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)及電氣能耗對火力發(fā)電廠的影響

1.1??火力發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)組成

火力發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)是核心設(shè)備之一，將燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)磁場與定子線圈的相互作用來產(chǎn)生電流。變壓器則是用于將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能提升至輸電線路所需的高電壓水平，以減少輸電過程中的電能損耗，變壓器通常包括發(fā)電機(jī)變壓器和主變壓器兩種類型。輸電系統(tǒng)包括高壓輸電線路和輸電塔等設(shè)施，用于將發(fā)電廠產(chǎn)生的高電壓電能輸送至不同地區(qū)的配電站，輸電系統(tǒng)起到長距離電能輸送和傳輸?shù)淖饔谩Ｅ潆娤到y(tǒng)將輸送至配電站的高電壓電能轉(zhuǎn)換為適用于工業(yè)、商業(yè)和居民用電的低電壓電能，配電系統(tǒng)通常包括變電站、開關(guān)設(shè)備、配電變壓器和配電線路等。控制與保護(hù)系統(tǒng)用于監(jiān)控和控制火力發(fā)電廠的電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，確保安全穩(wěn)定的電力供應(yīng)，控制與保護(hù)系統(tǒng)包括自動(dòng)化控制系統(tǒng)、保護(hù)裝置、監(jiān)控儀表和安全設(shè)備等。電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用來驅(qū)動(dòng)火力發(fā)電廠各個(gè)設(shè)備和機(jī)械裝置，例如給水泵、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)等，電動(dòng)機(jī)通常采用交流電機(jī)和直流電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電源、控制器和變頻器等。

1.2??電氣能耗對火力發(fā)電廠的影響

根據(jù)火力發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)組成情況，電氣能耗對火力發(fā)電廠的影響主要集中在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境這兩個(gè)方面。電氣能耗直接影響火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益，高能耗意味著更高的電力成本，因?yàn)殡娏κ腔鹆Πl(fā)電廠的主要生產(chǎn)成本之一，通過采用電氣節(jié)能降耗技術(shù)，可以有效降低電力消耗，減少燃料和資源的使用，從而降低發(fā)電成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且電氣能耗也會(huì)對環(huán)境造成負(fù)面影響，火力發(fā)電廠是主要的溫室氣體排放源之一，而大部分溫室氣體排放與燃燒過程中的電力消耗密切相關(guān)，高電氣能耗導(dǎo)致更多的燃料燃燒，進(jìn)而釋放出更多的二氧化碳和其他污染物，對氣候變化和空氣質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，在此情況下采用電氣節(jié)能降耗技術(shù)，可以減少電力消耗，降低溫室氣體排放，減輕對環(huán)境的負(fù)荷，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[1]。

2??火力發(fā)電廠電氣節(jié)能降耗技術(shù)研究

2.1??能效評(píng)估和監(jiān)控系統(tǒng)

能效評(píng)估和監(jiān)控系統(tǒng)通過對發(fā)電廠的電氣設(shè)備和能源利用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和評(píng)估，幫助發(fā)電廠管理人員全面了解能源消耗情況，識(shí)別潛在的能效改進(jìn)機(jī)會(huì)，并制定相應(yīng)的優(yōu)化措施。在實(shí)際中，能效評(píng)估和監(jiān)控系統(tǒng)提供了對電氣設(shè)備能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過安裝傳感器和儀表設(shè)備，該系統(tǒng)可以收集并分析電氣設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)設(shè)備的能效表現(xiàn)，這使得發(fā)電廠管理人員能夠及時(shí)了解能耗情況，發(fā)現(xiàn)能源浪費(fèi)和效率低下的問題，并迅速采取措施進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。并且能效評(píng)估和監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析和報(bào)告功能，為發(fā)電廠管理人員提供全面的能效評(píng)估?[2]。

以一座火力發(fā)電廠引入能效評(píng)估和監(jiān)控系統(tǒng)用來監(jiān)測和優(yōu)化能源消耗為例，該火力發(fā)電廠在關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)中安裝傳感器和監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)采集能源消耗和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括發(fā)電機(jī)、鍋爐、渦輪機(jī)、變壓器等。并使用能效評(píng)估和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和能效評(píng)估，依據(jù)能效評(píng)估算法和模型對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，比較實(shí)際能耗和理論能耗，識(shí)別能效改進(jìn)的潛力和問題區(qū)域，該火力發(fā)電廠調(diào)整了鍋爐的燃燒控制參數(shù)、渦輪機(jī)的負(fù)載分配和變壓器的電壓設(shè)置，使得燃燒效率提高了10%，發(fā)電效率提高了8%，以實(shí)現(xiàn)最佳能效運(yùn)行。

2.2??電動(dòng)機(jī)優(yōu)化和變頻調(diào)速技術(shù)

在火力發(fā)電廠的電氣節(jié)能降耗中，電動(dòng)機(jī)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，可以選擇和設(shè)計(jì)高效率的電動(dòng)機(jī)，以替代老舊低效的電動(dòng)機(jī)，高效電動(dòng)機(jī)具有更高的轉(zhuǎn)換效率和較低的能量損耗，從而降低了電動(dòng)機(jī)本身的能耗，電動(dòng)機(jī)優(yōu)化還包括合理匹配電動(dòng)機(jī)的容量和負(fù)載需求，避免過大或過小的電動(dòng)機(jī)使用，減少不必要的能源浪費(fèi)。而變頻調(diào)速技術(shù)可以通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率來適應(yīng)不同負(fù)載需求，避免電動(dòng)機(jī)在部分負(fù)載或低負(fù)載時(shí)運(yùn)行過程中的能耗浪費(fèi)，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)通常采用固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，但實(shí)際工作負(fù)荷通常會(huì)變化，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可以根據(jù)實(shí)際需要精確控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，使其始終在最佳工作點(diǎn)運(yùn)行，從而提高能效并降低能耗?[3]。

例如：某火力發(fā)電廠決定應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行電氣節(jié)能降耗調(diào)整，以提高設(shè)備能效、降低能耗和優(yōu)化運(yùn)行效率。火力發(fā)電廠在關(guān)鍵設(shè)備中，選取一臺(tái)負(fù)載較大的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，為選定的電動(dòng)機(jī)安裝變頻器，并配置相應(yīng)的控制系統(tǒng)，對經(jīng)過技術(shù)改造與優(yōu)化的電動(dòng)機(jī)安裝傳感器和監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，主要為轉(zhuǎn)速、電流和功率等，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄芸刂葡到y(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和能效評(píng)估。根據(jù)數(shù)據(jù)反饋，采用變頻調(diào)速技術(shù)的電動(dòng)機(jī)能效提高了25%。能耗降低后，每年節(jié)省的能耗成本達(dá)到50萬，且能夠滿足不同負(fù)載需求，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率和靈活性，投資回收期為2年。

2.3??輸電和配電系統(tǒng)優(yōu)化

輸電和配電系統(tǒng)優(yōu)化是火力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)中的重要組成部分，與電氣能耗有著直接的聯(lián)系。因此輸電系統(tǒng)的優(yōu)化，可以減少輸電線路的電阻、電感和電容損耗，降低電能在輸送過程中的能耗，這可以采用高導(dǎo)電材料、減少輸電線路長度、提高輸電線路的電壓等方式實(shí)現(xiàn)。對配電系統(tǒng)的優(yōu)化可以減少配電過程中的能耗損失，優(yōu)化配電系統(tǒng)包括合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)配電網(wǎng)絡(luò)，減少輸電線路和配電線路的長度和阻抗，提高配電變壓器的效率，優(yōu)化負(fù)載分配和供電方式等，合理選擇配電設(shè)備、優(yōu)化配電線路和改善供電可靠性，可以降低電能在配電過程中的能耗損失，提高系統(tǒng)的能效[4]。

某火力發(fā)電廠為了降低能耗損失和提高電力傳輸效率，對輸電和配電系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。輸電系統(tǒng)主要是針對火力發(fā)電廠的輸電線路和變壓器進(jìn)行優(yōu)化，通過合理規(guī)劃線路布置和優(yōu)化線路長度，減少電阻和電容損耗。提高輸電線路的電壓水平，減少輸電線路上的能耗損失，采用高導(dǎo)電材料，減小輸電線路的電阻，降低能耗。在配電系統(tǒng)優(yōu)化中優(yōu)化配電線路，減少配電線路的長度和阻抗，降低能耗損失。提高配電變壓器效率，選用高效變壓器和優(yōu)化變壓器的運(yùn)行參數(shù)，并優(yōu)化負(fù)載分配和供電方式，避免過載和能耗浪費(fèi)。

2.4??能量回收技術(shù)

火力發(fā)電過程中產(chǎn)生的煙氣余熱和廢水廢熱等能源資源，通過能量回收技術(shù)可以被有效利用，從而實(shí)現(xiàn)能耗的降低和能源的再利用。能量回收技術(shù)可以通過煙氣余熱回收來捕獲并利用火力發(fā)電廠煙氣中的熱能，煙氣中蘊(yùn)含著大量的熱能，如果不加以利用，將會(huì)被排放到大氣中造成能源浪費(fèi)。通過煙氣余熱回收系統(tǒng)，可以將煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為熱水、蒸汽或其他形式的熱能，用于供暖、生產(chǎn)或其他用途，從而降低對其他能源的依賴。能量回收技術(shù)還可以利用火力發(fā)電廠的廢水和廢熱進(jìn)行能量回收，在火力發(fā)電過程中，產(chǎn)生的廢水和廢熱可以通過換熱器、熱交換裝置等設(shè)備進(jìn)行回收利用?[5]。

例如：某火力發(fā)電廠為了有效利用煙氣余熱能源資源，采用能量回收技術(shù)進(jìn)行能源資源的回收利用。在煙氣余熱回收中，該火力發(fā)電廠在煙氣排放系統(tǒng)中安裝余熱回收設(shè)備，使用煙氣熱交換器或廢熱鍋爐進(jìn)行能量回收。安裝煙氣熱交換器回收煙氣中的余熱，用于加熱水源或產(chǎn)生蒸汽，其回收的熱量達(dá)到每小時(shí)5?000?kW。而廢熱鍋爐應(yīng)用則是回收煙氣中的余熱，用于產(chǎn)生蒸汽或加熱其他工藝介質(zhì)，回收的熱量達(dá)到每小時(shí)8?000?kW。能量回收技術(shù)使火力發(fā)電廠能夠有效利用煙氣余熱和廢水廢熱的能源資源，降低了能耗損失，提高了能源的利用效率。

2.5??智能控制和優(yōu)化

在火力發(fā)電廠的電氣節(jié)能降耗中，應(yīng)用智能控制系統(tǒng)和優(yōu)化算法，可以實(shí)現(xiàn)對火力發(fā)電廠的電氣設(shè)備和工藝過程的精確監(jiān)測、優(yōu)化調(diào)節(jié)和自動(dòng)化控制。智能控制和優(yōu)化技術(shù)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析和處理，能夠?qū)鹆Πl(fā)電廠的電氣設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)測。并且智能控制和優(yōu)化技術(shù)基于數(shù)據(jù)分析和模型建立，能夠識(shí)別出火力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)中的優(yōu)化空間和改進(jìn)機(jī)會(huì)。通過算法優(yōu)化和模型預(yù)測，可以提供最佳的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和控制策略，以降低能耗、提高效率和優(yōu)化電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)需求和環(huán)境條件，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳性能[6]。

一座火力發(fā)電廠為了提升電氣系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化水平，選擇采用智能控制技術(shù)進(jìn)行電氣系統(tǒng)的升級(jí)。首先是安裝傳感器和監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)采集關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，主要是在鍋爐和汽輪機(jī)等設(shè)備中安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度變化；在鍋爐和蒸汽系統(tǒng)中安裝壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測壓力變化。并在智能控制技術(shù)的應(yīng)用下基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，應(yīng)用智能控制算法進(jìn)行電氣系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)，根據(jù)溫度傳感器、壓力傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，優(yōu)化鍋爐燃燒和供熱系統(tǒng)的溫度控制及調(diào)整蒸汽系統(tǒng)的壓力，使鍋爐的燃燒效率及蒸汽系統(tǒng)的能效得到有效提高。

3??結(jié)語

火力發(fā)電廠作為大型能耗單位，其能源消耗和排放對環(huán)境造成的影響不容忽視，在此情況下引入電氣節(jié)能降耗技術(shù)，可以降低火力發(fā)電廠的能耗和溫室氣體排放，減輕對環(huán)境的壓力，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展。通過對火力發(fā)電廠電氣節(jié)能降耗技術(shù)的研究，智能控制和優(yōu)化技術(shù)、電動(dòng)機(jī)優(yōu)化和變頻調(diào)速技術(shù)、輸電和配電系統(tǒng)優(yōu)化以及能量回收技術(shù)等都是有效的電氣節(jié)能降耗技術(shù)，能夠顯著提高火力發(fā)電廠的能效、降低能耗和優(yōu)化系統(tǒng)性能。

參考文獻(xiàn)

[1]張曉麗，張志偉.電廠電氣節(jié)能技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2023（5）：166-168.

[2]劉彥杰.電廠電氣節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用分析[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2022（11）：41-44.

[3]楊磊.電廠主要耗能設(shè)備的運(yùn)行優(yōu)化與節(jié)能降耗[J].化學(xué)工程與裝備，2022（2）：183-184，105.

[4]陳肇南.平圩電廠高壓電機(jī)調(diào)速技術(shù)的研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2021.

[5]顧玉田.1000MW火電機(jī)組水泵節(jié)能策略[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2021.

[6]張文超.電廠運(yùn)行優(yōu)化與節(jié)能降耗措施研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2021，41（10）：46-47.