可持續(xù)發(fā)展與電氣節(jié)能技術(shù)講解

可持續(xù)發(fā)展與電氣節(jié)能技術(shù)1、引言

能源發(fā)展戰(zhàn)略是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，作為我國能源戰(zhàn)略中目前的首位任務(wù)，節(jié)能在我國可持續(xù)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。

煤、電、油、氣是當(dāng)前應(yīng)用的主要能源，它們與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活密切相關(guān)，有時(shí)因?yàn)槿泵荷匐娋徒o人民生產(chǎn)和生活造成很大的影響；另一方面，因?yàn)闆]有合理和科學(xué)地利用能源，使我國的能源利用效率很差。我國產(chǎn)值能耗是世界上最高的國家之，大約為美國的7.4倍，日本的12.8倍，世界平均值的4.3倍，產(chǎn)品能耗比發(fā)達(dá)國家要高30％～.80％，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。從另角度看，我國節(jié)能潛力非常大。煤、油、氣的地下儲量有限，不能再生，必須節(jié)約能源，以造福子孫。據(jù)國家環(huán)保局分析，我國大氣環(huán)境污染80％是由于燃煤引起的。以我國煤質(zhì)來說，燃燒1t煤，平均排放C02

490kg，灰塵13.6kg，SO2

14.8kg，我國能源3/4以上是煤炭，所以節(jié)約能源是保護(hù)國家資源、緩解能源供需矛盾、降低企業(yè)成本、保護(hù)環(huán)境的重要措施。而電能是上述能源中最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉(zhuǎn)換的能源形式，因此電氣節(jié)能技術(shù)的推廣有助于顯著減少一次能源的消耗和環(huán)境的污染。2、電力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)，人類面臨著越來越嚴(yán)重的能源危機(jī)，節(jié)約能源是我國乃至全世界持續(xù)發(fā)展的必然手段。電力工業(yè)既是重要的能源生產(chǎn)部門_，同時(shí)又是耗能大戶，電力系統(tǒng)在發(fā)、供、用電過程中，其自身電能損耗是相當(dāng)巨大的，我國的綜合電能損耗總量每年高達(dá)3

000～.3

700億kW##8226;h。挖掘節(jié)電潛力，降低電力系統(tǒng)的損耗，提高供電的經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2.1電網(wǎng)節(jié)能

電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，包括發(fā)電廠輸電線到用戶問的全部線路、變壓器、開關(guān)、控制和保護(hù)裝置等設(shè)備。按照電壓等級和用途不同，電網(wǎng)又町分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩部分。電網(wǎng)的線損主要是指電力變壓器損耗和電力線路損耗，而線損率與變壓器能耗的高低及電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用等各個(gè)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系。因此，設(shè)法降低電力線路損耗與變壓器損耗己成為電力系統(tǒng)節(jié)能的主要措施。2.1.1線路節(jié)能技術(shù)

1）在電網(wǎng)中采用環(huán)行供電和多回線路供電方式。避免電力線路的交錯(cuò)、重疊和迂回供電。2）投入備用線路。有些用戶設(shè)有備用電纜和線路若把這些備用同路也投入使用，則可使配電線路的藏面積成倍增加，而又不需要額外投資，可以顯著節(jié)約電能。減少空載損耗。不用電時(shí)斷開電源線路，可減少線路上的空載運(yùn)行損耗，一般可達(dá)3％～5％。采用定時(shí)電力自控器，節(jié)電效果會更好。采用節(jié)能型無功補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)。電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償分為集中補(bǔ)償和分散就地補(bǔ)償；前者大多用在中壓網(wǎng)絡(luò)的供電母線上，解決供電無功輸送中的線路損耗，即提高功率因數(shù)：后者大多用在配電系統(tǒng)末端負(fù)荷處，解決用戶側(cè)的無功平衡問題，使用戶在負(fù)荷端實(shí)現(xiàn)無功就地補(bǔ)償，降低配電線路的線損。集中補(bǔ)償解決的是部分線損，而分散補(bǔ)償可使用絡(luò)損耗降至最低限度。兩者相結(jié)合可達(dá)到更理想的效果。改造、更新低壓配電線路，采用節(jié)能型金具或擴(kuò)大導(dǎo)線截面積，提高絕緣水平，以減少傳輸和漏電的損失。據(jù)測量，一個(gè)非節(jié)能型金具的電力損失大約是10～15

w，線路上的連接金具數(shù)以萬計(jì)，因此采用節(jié)能型金具的節(jié)能效果相當(dāng)可觀。采用柔性交流輸電（FACTS）技術(shù)和高壓直流輸電（HVDC）技術(shù)，采用大功率電力電子器件，與其他電力設(shè)備組成FACTS裝置，可以靈活實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)參數(shù)（線路阻抗、相角、功率潮流等）的快速、連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路的輸送能力，降低輸電損耗，近年來發(fā)展迅速，已在美國、日本、瑞典、巴西等國的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。我國

500

kV輸電線輸送功率一般只有300～.400MW，最多為700MW，低于北美900MW的水平。要

提高線路輸送能力，應(yīng)用FACTS技術(shù)是主要措施之一。我國已經(jīng)建成220kV的超高壓可控串補(bǔ)（TCSC）示范工程，現(xiàn)在正在進(jìn)行靜止同步補(bǔ)償器（STATCO）、飛輪儲能等FACTS示范工程的建設(shè)。交流1

000

kV和直流±800

kV的特高壓 架也正進(jìn)入規(guī)劃設(shè)計(jì)階段。2.1.2變壓器節(jié)能技術(shù)

2.1.2變壓器節(jié)能技術(shù)器的臺數(shù)多、容量大，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，發(fā)、供、用電過程中變壓器在傳遞功率過程中，自身要產(chǎn)生有功功率損失和無功功率消耗。多級變壓電網(wǎng)中變壓變壓器的電

能損失約占整個(gè)電力系統(tǒng)損失的30％，因此采取技術(shù)措施來降低其損失足節(jié)約能源的重要手段。變壓器的節(jié)能措施通常有以下幾種：采用節(jié)能型變壓器。目前我國節(jié)能型變壓器在質(zhì)量方面已達(dá)較高水平，其總能耗較普通型可降低25％以上。如果超導(dǎo)變壓器實(shí)用化，節(jié)能效果將會非常顯著。采用靜止無功補(bǔ)償器（SVC）提高功率因數(shù).降低變壓器繞組損耗。在電力系統(tǒng)中，用戶由于大量采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和其他感應(yīng)用電設(shè)備，需要系統(tǒng)供給大量的無功功率，這些無功功率經(jīng)多級線路和變壓器的輸送與轉(zhuǎn)化，又會造成無功功率損失，使電網(wǎng)無功功率短缺，這不但降低了發(fā)供電設(shè)備的供電能力，造成電網(wǎng)中電壓的波動(dòng)，也增大了電能損失。采用SVC裝置，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)無功補(bǔ)償設(shè)各的缺陷，使無功損耗大幅降低。按最大需求量計(jì)算基本電費(fèi)，有利于推廣變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能的目的。此種計(jì)費(fèi)方式促使用戶按變壓器經(jīng)濟(jì)方式選擇投運(yùn)變壓器的容量，當(dāng)幾臺變壓器共同承擔(dān)一個(gè)總負(fù)荷時(shí)，也能按變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求合理安排投運(yùn)臺數(shù)。調(diào)整及平衡變壓器的二次側(cè)繞組和三次側(cè)繞組間負(fù)載分配。調(diào)整電網(wǎng)中變壓器運(yùn)行方式。對負(fù)載波動(dòng)大的單臺運(yùn)行變壓器，應(yīng)通過定時(shí)計(jì)算增設(shè)小

容量變壓器在小負(fù)荷時(shí)運(yùn)行：對負(fù)荷波動(dòng)大的變配電所，應(yīng)裝設(shè)兩臺不等容量變壓器，其中長期運(yùn)行的變壓器應(yīng)選擇技術(shù)特性優(yōu)者，使用非長期運(yùn)行的變壓器應(yīng)選擇技術(shù)特性良者。

6）實(shí)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度，提高變壓器運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，常根據(jù)負(fù)載率

選擇變壓器容量：根據(jù)實(shí)際需要.采用并列、解列等運(yùn)行方式，減少冷卻裝置消耗的功率，將冷卻器分組控制和輔機(jī)變速運(yùn)行。實(shí)踐證明使用變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，可使變壓器能耗下降10％以上。2.3新能源與可再生能源

新能源與可再生能源發(fā)電技術(shù)的研究，已取得了令人矚目的成就。太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑四馨l(fā)電技術(shù)已被較廣泛采用，國外還開發(fā)出許多新能源發(fā)電技術(shù)，如海洋溫差發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、垃圾發(fā)電、污泥發(fā)電、高溫巖體發(fā)電、冰洋發(fā)電、葉綠素發(fā)電、磁流體發(fā)電和可控?zé)岷税l(fā)電等等.其中的磁流體發(fā)電是一種高效、低污染發(fā)電新技術(shù)，將它與蒸氣發(fā)電組成聯(lián)合循環(huán)，可以大幅度提高電廠的熱電轉(zhuǎn)換效率，試驗(yàn)測算其效率可提高55％～.60％，因而較常規(guī)發(fā)電方式節(jié)約燃料35％左右。英國國際熱核試驗(yàn)反應(yīng)堆通過試驗(yàn)證實(shí)，可控?zé)岷税l(fā)電在短暫時(shí)間內(nèi)發(fā)電功率可達(dá)20

000MW，反應(yīng)堆能在小時(shí)內(nèi)自維持10

000MW的出力。以色列開發(fā)的地?zé)?、廢熱發(fā)電技術(shù)已被許多國家引進(jìn)，其不僅包括利用地?zé)豳Y源發(fā)電，還包括利用工廠中的各種廢棄載熱體，如熱煙氣，廢熱氣，熱油、廢氣等的余熱和廢熱來發(fā)電。3、照明節(jié)能技術(shù)

在20世紀(jì)90年代初，國際上針對節(jié)約電能、保護(hù)全球環(huán)境提出丁“綠色照明”概念。我國政府也積極響應(yīng)，并于20世紀(jì)90年代中期開始實(shí)施“綠色照明”工程。綠色照明就是使用高效節(jié)能電光源、高教照明燈具和照明控制設(shè)備等照明節(jié)能新技術(shù)產(chǎn)品，在提高照明質(zhì)量的前提下，降低照明負(fù)荷安裝功率，節(jié)約照明用電，從而減少對環(huán)境的污染，保護(hù)生態(tài)平衡。全面落實(shí)《中華人民共和國節(jié)約能源法》，大力推行“中國綠色照明工程”，提高能源利用率，建立優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)、舒適、安全的照明環(huán)境，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的迫切要求。4節(jié)能新技術(shù)4.1超導(dǎo)電力應(yīng)用技術(shù)金屬電阻隨溫度降低而變小，達(dá)某極低溫度時(shí)，電

阻減小到零，即呈現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。近年來對超導(dǎo)材料

已取得新的突破，找到在液氮溫度-194℃下的超導(dǎo)

材料。超導(dǎo)體由于有良好的傳導(dǎo)性能，在電力上應(yīng)

用將具有顯著的節(jié)能效果。現(xiàn)在主要從發(fā)電、輸電、電力儲存及尖端發(fā)電技術(shù)四方面研究開發(fā)。超導(dǎo)發(fā)

電機(jī)與常規(guī)發(fā)電相比，體積減小一半、重量減輕2/3，而效率可達(dá)99.5％?，F(xiàn)在輸電損失在10％以上，而

超導(dǎo)電纜可做到基本無損失。用超導(dǎo)的蓄能技術(shù)，

其儲電效率可達(dá)90％，比其他儲電技術(shù)高15％～.40％。利用超導(dǎo)體產(chǎn)生強(qiáng)大磁場，口J應(yīng)用在磁流體發(fā)電和核聚變尖端發(fā)電技術(shù)上。4.2高效蓄能電池主要用于電動(dòng)汽車和電力調(diào)峰，為了環(huán)境保護(hù)，現(xiàn)在國際上正在大力開發(fā)電動(dòng)汽車，目前用于電動(dòng)汽車的高效蓄電池.一次充電已可行200km；用于調(diào)峰的蓄電池功率到1000

kW，充入電效率達(dá)90％～.91％，同樣體積的蓄電量可為鉛蓄電池的2～3倍。這些高效蓄電池也應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)4.3煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）煤氣化生成燃料氣，燃料氣驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)排煙氣加熱鍋爐，產(chǎn)生蒸氣驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。目前國外己建、在建的IGCC有20多個(gè)，新一代

的IGCC供電效率可達(dá)43％～.46％，我國也正在研究開發(fā)。6、結(jié)束語

目前作為主要能源的煤和石油等一次能源，都是不可再生的地球資源。社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展愈迅速，對能源的開采量需求就愈大，地球所蘊(yùn)藏的化石能源總有天將開采殆盡，這與可持續(xù)發(fā)展是相矛盾的。因此，