摘要：根據(jù)鋼鐵企業(yè)的供用電特點(diǎn)，結(jié)合節(jié)電技術(shù)，就企業(yè)如何節(jié)能節(jié)電進(jìn)行分析探討，提出從供電層和用電層、提高電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)和諧波處理、電能監(jiān)測(cè)與管理層節(jié)電等方面采取的節(jié)電措施。
關(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè)；節(jié)電措施；供電層；用電層
中圖分類號(hào)：F426.31 F206文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672－4801(2010)04－066－04
能源是人類賴以生存和活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它直接關(guān)系到國(guó)計(jì)民生問(wèn)題。當(dāng)前世界金融危機(jī)的全球性蔓延，部分行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益出現(xiàn)大幅度的下滑，甚至虧損。所以，積極推進(jìn)科學(xué)發(fā)展，全力做好節(jié)能減排工作是為企業(yè)生產(chǎn)獲取利潤(rùn)的最有效途徑。
1鋼鐵行業(yè)節(jié)能形勢(shì)
我國(guó)鋼鐵企業(yè)在整合和優(yōu)化的過(guò)程中，技術(shù)裝配和自動(dòng)化程度已有相當(dāng)?shù)乃健５悄壳颁撹F企業(yè)仍是生產(chǎn)鏈中的耗能大戶，它是一個(gè)由冷到熱，再由熱到冷的工藝生產(chǎn)線企業(yè)，如何利用中間的熱能變化，進(jìn)行能源的再利用是一個(gè)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)期規(guī)劃。焦化干熄焦發(fā)電工程、燒結(jié)余熱發(fā)電、煤氣余熱回收、鍋爐蒸汽制冷等節(jié)能技術(shù)，逐漸在各鋼鐵企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
但是，大項(xiàng)目新技術(shù)應(yīng)用的節(jié)電技術(shù)，這只是實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的第一層次。而全面地對(duì)企業(yè)現(xiàn)有配電網(wǎng)及其設(shè)備采取整體節(jié)電措施，這是實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的第二層次。所以，鋼鐵企業(yè)目前在節(jié)電增效這一環(huán)節(jié)上，還有巨大的潛力可挖。本文結(jié)合實(shí)際和查閱相關(guān)資料，總結(jié)出幾點(diǎn)鋼鐵企業(yè)節(jié)電思考，供共同分析探討，為企業(yè)節(jié)能增效出一點(diǎn)微薄之力。
2鋼鐵企業(yè)部分節(jié)電措施
電氣設(shè)備是以滿足生產(chǎn)工藝為原則，新上設(shè)備工藝的自身節(jié)能是大的前提。作為電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，以電壓電流的形式做功，將電能轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)需要的機(jī)械能、光能等形式。減少無(wú)謂的電能消耗，一是提高電氣設(shè)備的效率節(jié)電，二是提高電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)和諧波處理節(jié)電，三是電能監(jiān)測(cè)與管理層節(jié)電，四是綠色能源的利用。
2.1提高電氣設(shè)備的效率
提高電氣設(shè)備的效率，主要是減少空載損耗、負(fù)載損耗和熱損耗。可從供電層和用電層分別考慮。
2.1.1供電設(shè)備層的節(jié)電措施
配電網(wǎng)重構(gòu)技術(shù)，調(diào)整配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。改變配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)提高可靠性，降低線損，均衡負(fù)荷和改善供電電壓質(zhì)量的技術(shù)稱為配電網(wǎng)重構(gòu)技術(shù)。配電網(wǎng)重構(gòu)技術(shù)是降低配電網(wǎng)線損的重要途徑，是優(yōu)化配電系統(tǒng)技術(shù)、提高配電系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要手段，投資少效益高。配電網(wǎng)重構(gòu)包括正常運(yùn)行時(shí)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和故障狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，具體如表1所示。
表1配電網(wǎng)重構(gòu)
重構(gòu)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)重構(gòu)目標(biāo)約束條件重構(gòu)計(jì)算正常降低線損、平衡負(fù)荷、提高供電質(zhì)量數(shù)學(xué)優(yōu)化算法、最優(yōu)流模式算法、支路交換法、人工智能算法故障隔離故障源，恢復(fù)非故障源區(qū)域供電潮流方程，支路電流和節(jié)電電壓，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?輻射狀)，開(kāi)關(guān)操作次數(shù)，繼電保護(hù)可靠性故障診斷算法在配電網(wǎng)重構(gòu)時(shí)，把線損最小作為目標(biāo)函數(shù)，把負(fù)載均衡、提高供電質(zhì)量、安全可靠運(yùn)行等目標(biāo)作為約束條件。通過(guò)降維處理，把多目標(biāo)非線性混合優(yōu)化問(wèn)題簡(jiǎn)化為單一目標(biāo)的非線性混合優(yōu)化問(wèn)題?？梢圆扇∫韵麓胧?1)合理調(diào)整配電線路的聯(lián)絡(luò)方式。配電線路應(yīng)該采取最佳運(yùn)行方式使其損耗達(dá)到最小，如通過(guò)互為備用線路、手接手線路、環(huán)網(wǎng)線路、并聯(lián)線路、雙回線路等是可以達(dá)到的。
(2)環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)，按經(jīng)濟(jì)功率的分布選擇網(wǎng)絡(luò)的斷開(kāi)點(diǎn)。對(duì)于環(huán)形的供電網(wǎng)絡(luò)，正常需要運(yùn)機(jī)電研究及設(shè)計(jì)制造《機(jī)電技術(shù)》2010年第4期67行斷開(kāi)，應(yīng)根據(jù)兩側(cè)壓降基本相等的原則，找到一個(gè)經(jīng)濟(jì)功率的斷開(kāi)點(diǎn)，使線路的電能損耗最小。
(3)推廣帶電作業(yè)，減少線路停電時(shí)間。對(duì)雙回線路供電的網(wǎng)絡(luò)，雙回線路并列是最經(jīng)濟(jì)的，如因檢修工作，其中一條線路停電，則由于負(fù)荷電流全部通過(guò)另一條運(yùn)行的線路，會(huì)使線損大增加，因此要盡量利用帶電作業(yè)，減少雙回線的停電次數(shù)與時(shí)間。
(4)調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行電壓。根據(jù)各工藝線不同的負(fù)荷特點(diǎn)，調(diào)整供電網(wǎng)的運(yùn)行電壓，鋼鐵行業(yè)主要用電設(shè)備的靜態(tài)特性參數(shù)及U/U0由1.05降到1.0時(shí)，P/P0和Q/Q0變化如下表2所示。
表2鋼鐵行業(yè)主要用電設(shè)備的靜態(tài)特性參數(shù)設(shè)備工業(yè)電機(jī)泵、風(fēng)機(jī)和其他電機(jī)電弧爐中央空調(diào)室用空調(diào)煉爐鼓風(fēng)機(jī)工業(yè)電視熒光燈PV 0.05 0.08 2.3 0.2 0.5 0.08 2.0 1.0QV 0.6 1.6 4.6 2.2 2.5 1.6 5.2 3.0U/U0＝1.05 1.002 1.004 1.119 1.01 1.025 1.004 1.103 1.050P/P0U/U0＝1.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000U/U0＝1.05 1.030 1.081 1.252 1.113 1.130 1.081 1.289 1.158Q/Q0U/U0＝1.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000注：P有功功率，Q無(wú)功功率降低運(yùn)行電壓，有功功率變化較小，但無(wú)功變化較大。對(duì)于鋼鐵工業(yè)負(fù)荷平均來(lái)說(shuō)，當(dāng)供電電壓大于額定電壓時(shí)，電壓降低5％，無(wú)功功率可減少8％左右，設(shè)備有功功率減小很少，降至額定功率，不會(huì)影響生產(chǎn)，但無(wú)功電流產(chǎn)生的線路損耗減少了，同時(shí)也減少了無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投入。
變壓器改造，通過(guò)合理分配變壓器負(fù)載，使變壓器運(yùn)行效率的提高帶來(lái)節(jié)電效益?？梢詮母旧细纳颇壳捌髽I(yè)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀況，減小用電協(xié)議容量，提高配電網(wǎng)的電磁兼容水平和供電質(zhì)量。
(1)合理選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)。選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況，綜合考慮投資和年運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行合理分配，選取容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器，使其工作在高效區(qū)內(nèi)。當(dāng)負(fù)荷率低于30%時(shí)，應(yīng)予調(diào)整或更換。當(dāng)負(fù)荷率超過(guò)80%并通過(guò)計(jì)算不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，可放大一級(jí)容量選擇變壓器。對(duì)車間內(nèi)停產(chǎn)后仍不能停電的負(fù)荷，宜設(shè)置專用變壓器。大型廠房及非三班制車間宜設(shè)置照明專用變壓器。
(2)選用節(jié)能型變壓器，更換或改造高能耗變壓器。新建或擴(kuò)建工程應(yīng)選用SL7、SLZ7、S9等節(jié)能變壓器。與老產(chǎn)品比，SL7、SLZ7無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器的空載損失和短路損失，10kV系列分別降低41.5%和13.93%；35kV系列降低38.33%和16.22%。S9系列與SL7系列比，其空載和短路損耗又分別降低5.9%和23.33%，平均每千伏安裝SL7系列年節(jié)電9kW·h。企業(yè)為了節(jié)省投資，也可對(duì)原有SJ1、SL1高能耗變壓器進(jìn)行技術(shù)改造，但改造后應(yīng)達(dá)到國(guó)家對(duì)配電變壓器能耗標(biāo)準(zhǔn)的要求，即：空載損耗降低45%～65%，空載電流降低70%，短路損耗達(dá)到SL7標(biāo)準(zhǔn)，阻抗電壓4%～4.9%。
(3)加強(qiáng)運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在企業(yè)負(fù)荷變化情況下，如投運(yùn)變壓器臺(tái)數(shù)和容量不變，其負(fù)荷率和運(yùn)行效率都將發(fā)生變化，使其超出經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍，因此要及時(shí)投入或切除部分變壓器，防止變壓器輕載和空載運(yùn)行。長(zhǎng)期輕載(負(fù)荷率30%以下)變壓器，必要時(shí)按實(shí)際負(fù)荷換小容量變壓器。
2.1.2用電設(shè)備層的節(jié)電措施
用電設(shè)備層的節(jié)電措施主要以提高電能轉(zhuǎn)化效率為主要目的。電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率涉及四個(gè)環(huán)節(jié)：(1)電動(dòng)機(jī)效率；(2)生產(chǎn)設(shè)備的效率；
(3)傳動(dòng)效率；(4)閥門(mén)或檔風(fēng)板開(kāi)度。以下就這四個(gè)方面提出一些具體的節(jié)電措施。
2.1.2.1電動(dòng)機(jī)的節(jié)電措施
電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行包括如下幾個(gè)方面：(1)盡可能讓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，一般為負(fù)荷率β在70%≤β≤100%范圍內(nèi)，在這一負(fù)荷率范圍內(nèi)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)《機(jī)電技術(shù)》2010年第4期機(jī)電研究及設(shè)計(jì)制造68綜合運(yùn)行效率最高，也最節(jié)電。β＜40%時(shí)，效率會(huì)大大下降(η＜60%)，功率因數(shù)＜0.5。
(2)電動(dòng)機(jī)輕重載采用Y－△自動(dòng)切換。電動(dòng)機(jī)在間歇、輕負(fù)載(如負(fù)荷小于額定功率的40%以下)運(yùn)行時(shí)，為了提高功率因數(shù)和降低損耗，可以將其定子繞組接線由△改為Y接線運(yùn)行。此時(shí)繞組上的電壓降至1/3額定電壓。這樣做雖然電動(dòng)機(jī)的功率僅為額定功率的1/3,但輕載時(shí)電動(dòng)機(jī)能帶得動(dòng)。而這時(shí)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率提高了，鐵損降低了2/3,其功率因數(shù)和定子電流都明顯改善，節(jié)電效果顯著。
(3)提高電動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)械連接效率。采用正確的拖動(dòng)(傳送)機(jī)械，減少摩擦力和傳動(dòng)阻力，也是電動(dòng)機(jī)節(jié)電的一種措施。
(4)改善環(huán)境條件，加強(qiáng)通風(fēng)，降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度。電動(dòng)機(jī)繞組的電阻是隨溫度升高而增大的，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度越高，其有功功率損耗也越大。
2.1.2.2泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)電措施
泵與風(fēng)機(jī)的有效調(diào)節(jié),選用高效設(shè)備并不等于就是節(jié)能，還要看實(shí)際運(yùn)行工況是否處在設(shè)備性能曲線的最高效率點(diǎn)附近，主要決定于以下因素：(1)工作流量的變化規(guī)律。工作流量在額定流量的90%以上變化時(shí)，一般不采用變速調(diào)節(jié)；工作流量在額定流量的85%以上變化時(shí),需采用高效變速調(diào)節(jié)，如變頻或串級(jí)調(diào)速；最小工作流量在額定流量的50%～70%時(shí)，可采用較變頻調(diào)速更加經(jīng)濟(jì)、可靠的高頻斬波串級(jí)調(diào)速裝置，考慮初期投資可采用“一拖多”的方式，如圖1所示。
圖1“一拖多”電原理圖
在電機(jī)起動(dòng)和停止時(shí)將變頻器逐臺(tái)投入，完成后變頻器切出采用工頻運(yùn)行。在調(diào)速過(guò)程中可以根據(jù)工況選擇電機(jī)的投入和切出。
(2)管路性能曲線的靜揚(yáng)程(靜壓)占全揚(yáng)程(全壓)的比例。當(dāng)靜揚(yáng)程所占比例很大時(shí)，即使泵系統(tǒng)的工作流量變化很大，但由于變速裝置的轉(zhuǎn)速變化范圍并不大，節(jié)能效果也不大。
(3)泵或風(fēng)機(jī)容量(軸功率)的大小。大功率的泵與風(fēng)機(jī)由于每年節(jié)約電費(fèi)數(shù)量大，適宜采用初投資很高的高效調(diào)速裝置。
2.2提高電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)和諧波處理(1)在電動(dòng)機(jī)及其控制方面，積極推廣變頻器、軟啟動(dòng)開(kāi)關(guān)等新型節(jié)能產(chǎn)品。大力推廣應(yīng)用以三電平為代表的各種完美正弦波大容量高壓變頻器。高壓電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制技術(shù)既解決了電機(jī)軟啟動(dòng)和實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、滿足生產(chǎn)工藝需要的問(wèn)題，又可以大幅節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。
(2)在各種交流低壓電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中變頻調(diào)速系統(tǒng)是性能較好、效率較高的，是目前一些機(jī)械調(diào)速方式難以達(dá)到的。一臺(tái)變頻器可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)同時(shí)調(diào)速運(yùn)行。“交-直-交”通用變頻器由于前級(jí)整流和濾波的隔離作用，電機(jī)的感性無(wú)功電流不會(huì)傳遞到電網(wǎng)中，因而間接起到了無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?，改善了功率因?shù)，但其自身整流器和逆變器產(chǎn)生的諧波，也不可忽視。
(3)由于感性負(fù)載產(chǎn)生的無(wú)功，采取無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。對(duì)于老的電機(jī)設(shè)備推廣應(yīng)用電動(dòng)機(jī)無(wú)功末端就地補(bǔ)償器，補(bǔ)償后，電流可以下降10%～20%、無(wú)功減少40%～80%、功率因數(shù)提高到92%～97%，平均節(jié)電在20%左右。該方式投資少見(jiàn)效快，綜合效益較多。
2.3電能監(jiān)測(cè)與管理層節(jié)電
2.3.1建立配電網(wǎng)調(diào)度中心建立配電網(wǎng)調(diào)度中心，在統(tǒng)一的支撐平臺(tái)上在線組態(tài)，根據(jù)用戶的實(shí)際需求，可以靈活實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化、饋線自動(dòng)化、電能量計(jì)費(fèi)、電網(wǎng)分析軟件、調(diào)度管理功能、地理信息系統(tǒng)、配網(wǎng)管理功能等眾多應(yīng)用功能，具有良好的系統(tǒng)應(yīng)用軟件和硬件的擴(kuò)充性，能夠很好滿足電力系統(tǒng)和大型工礦企業(yè)的調(diào)度需求。
2.3.2節(jié)電考核管理
(1)把國(guó)內(nèi)外同行業(yè)、同規(guī)模、同類型企業(yè)的最低電耗指標(biāo)作為參照體系。
(2)以細(xì)化分解能耗考核指標(biāo)為基礎(chǔ)，就每一項(xiàng)細(xì)化指標(biāo)，制訂出相應(yīng)的保證措施，對(duì)各項(xiàng)措施進(jìn)展情況分條建帳進(jìn)行動(dòng)態(tài)的跟蹤考核。
(3)實(shí)現(xiàn)全流程損失調(diào)查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，找到潛在的漏洞，從而更加準(zhǔn)確細(xì)致地掌握了全過(guò)程的電損耗情況。
(4)針對(duì)存在的突出問(wèn)題，提出了一系列整改措施，以項(xiàng)目承包的形式落實(shí)到各單位，明確了整改責(zé)任和整改時(shí)限，并將這些項(xiàng)目列入效能監(jiān)察范圍，加大了實(shí)施力度。
2.4綠色能源的利用
光伏技術(shù)的應(yīng)用，可以在廠區(qū)的景觀照明等地方優(yōu)先使用，在發(fā)展中進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。
3結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，技術(shù)和專業(yè)管理仍相對(duì)落后，就能源利用上來(lái)說(shuō)，節(jié)能節(jié)電潛力還很大，為了企業(yè)的生存和發(fā)展，鋼鐵企業(yè)必需把節(jié)能工作放在優(yōu)先地位，為建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)而貢獻(xiàn)一份力量。
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