顧昊晟 周 敏

1．上海海事大學商船學院

2．上海電力大學能源與機械工程學院

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，用電需求量也在不斷上升。目前，煤電仍占主導地位，太陽能、風能等新能源發(fā)電量所占比例較少。而煤價上漲導致用電成本不斷增加，同時環(huán)保也是人們普遍關注的熱點[1]，所以發(fā)展節(jié)能技術(shù)越顯重要。尤其是近年來，超低排放標準[2,3]的發(fā)布，要求燃煤發(fā)電廠粉塵、硫氧化物、氮氧化物的排放不超過5mg/Nm3、35mg/Nm3和50mg/Nm3[3]，給燃煤電廠和后續(xù)輸配電以及用電帶來了很大壓力，需要更加精細地實施節(jié)能技術(shù)。節(jié)能意味著燃煤量的減少、自然排放總量減少，更有利于環(huán)境與健康[4]。本文建議在發(fā)電、輸配電、用電各個環(huán)節(jié)進行節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化，以達到超低排放標準下電力系統(tǒng)的節(jié)能。

1 節(jié)能的現(xiàn)狀

我國目前的發(fā)電模式，火力發(fā)電占70%左右，且今后較長一段時間內(nèi)仍占60%以上。2010年以來，我國逐步建設了1 000MW燃煤發(fā)電機組，燃燒效率得到大幅提升，但仍有不少600MW和300MW以及裝機容量更小的機組。同時，由于近年來電廠投資過快，經(jīng)濟發(fā)展沒有相應跟上，存在著大馬拉小車、電廠負荷不足、運行小時數(shù)不足，致使大多數(shù)燃煤電廠燃料燃燒不充分。同時，低壓余熱蒸汽有效回收利用不充分、輔機運行效果欠佳，照明系統(tǒng)有待進一步優(yōu)化等問題，使電廠存在著較大的優(yōu)化節(jié)能空間[4,5]。

目前，我國電力企業(yè)在輸配電過程中仍然存在能耗較大、綜合經(jīng)濟效益不高的情況，所以，深入研究輸配電線路的節(jié)能降耗技術(shù)，具有重大的現(xiàn)實意義與實踐價值[6]。目前用戶側(cè)電力能效提升技術(shù)包括電氣設計優(yōu)化、經(jīng)濟運行、設備節(jié)能等傳統(tǒng)的節(jié)能方式。

2 發(fā)電環(huán)節(jié)的節(jié)能措施

發(fā)電側(cè)可以通過降低廠用電率達到節(jié)能。其中，火力發(fā)電廠的廠用電主要用電量發(fā)生在三個主要生產(chǎn)系統(tǒng)。

1)汽水系統(tǒng)

其主要任務是水吸熱后蒸發(fā)，形成有一定參數(shù)的過熱蒸汽。對鍋爐汽水系統(tǒng)的節(jié)能，主要包括汽包水位調(diào)節(jié)，要根據(jù)實際情況進行合理調(diào)節(jié)，不能過高也不能過低；過熱器的節(jié)能優(yōu)化主要是通過過熱器的布置、多級換熱結(jié)構(gòu)和采用逆向換熱器，使換熱效果更好；凝汽器的水垢處理，宜根據(jù)水質(zhì)情況選擇合適的清洗劑清洗凝汽器[7]。

2)制粉系統(tǒng)

（1)采用中間儲倉式制粉系統(tǒng)代替直吹式制粉系統(tǒng)。中間儲倉式制粉系統(tǒng)是將磨煤機磨出的煤粉儲存在煤粉倉，鍋爐燃燒用的煤粉通過給粉機從煤粉倉取用。與直吹式制粉系統(tǒng)相比較，中間儲倉式制粉系統(tǒng)增加了存儲煤粉的煤粉倉及相應的設備。直吹式的特點是煤粉現(xiàn)磨現(xiàn)用，磨煤機運行出力不能隨鍋爐負荷的變化而變化，因此，不能經(jīng)常處于經(jīng)濟出力下運行。對電網(wǎng)來說，夜晚是用電的低谷，因此增加夜間用電量是電網(wǎng)節(jié)能的措施。采用中間儲倉式制粉系統(tǒng)，將磨煤機制粉工作挪到夜間，白天直接通過給粉機取用。

（2)鋼球級配的優(yōu)化：球磨機內(nèi)物料粉磨方式是隨機非約束點接觸式粉碎，研磨體分布是無序的，會造成大球磨小物料、小球撞擊大顆?，F(xiàn)象。粉磨系統(tǒng)存在的物料過磨會導致效率下降。通過檢測入磨物料的可磨系數(shù)、破碎能耗、粒度分布特性及逐級破碎后的分散度變化，分析入磨物料與研磨體在磨機內(nèi)運動的規(guī)律，根據(jù)磨機結(jié)構(gòu)特性、出力、出口細度與均勻性指數(shù)要求，綜合考慮物料水分、大塊難磨物料的影響，對不同結(jié)構(gòu)類型及規(guī)格的球磨機，建立球磨機物料最佳粉碎模型，優(yōu)化磨機研磨體級配與裝載量，實現(xiàn)粉磨能量利用最大化。

3)引風機

引風機是火力發(fā)電廠重要的輔助設備。傳統(tǒng)的引風機采用調(diào)節(jié)擋板的開度調(diào)節(jié)風量，這種調(diào)節(jié)方式耗電量較大。目前以高壓變頻器為核心的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其效率高、應用范圍廣和節(jié)能效果顯著的特點在節(jié)能方面得到廣泛關注與應用[8]。

3 輸配電環(huán)節(jié)的節(jié)能措施

我國人民生活水平不斷提高，各種用電設備不斷增加，電網(wǎng)負荷持續(xù)增大，對電網(wǎng)要求越來越高。在發(fā)電、輸電和用電的過程中，電能要經(jīng)過各種配電線路和各種配電元器件。配電線路有一定的內(nèi)阻，電能經(jīng)過時會產(chǎn)生損耗，稱為線損。研究表明，我國城市配電網(wǎng)中線路損耗占電能傳輸損耗的大部分。因此做好輸配電線路的節(jié)能工作，提高電能利用效率，具有重要意義[9]。

3.1 合理鋪設電線

電網(wǎng)鋪設過程中，會出現(xiàn)電路彎曲、迂回等現(xiàn)象，從而導致電阻、電損加大，為此，鋪設施工過程中要減少導線總體長度，或改變低壓柜線路的輸出方式，盡量采取直線式代替回路式，以降低電能的損耗。

3.2 合理規(guī)劃電網(wǎng)

電網(wǎng)整體合理規(guī)劃對于優(yōu)化能耗、降低電能損耗非常關鍵。對電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化能有效提高供電效率，降低電能損耗。比如，城市配電網(wǎng)的規(guī)劃，需要合理預測負荷，因為配電網(wǎng)供電的質(zhì)量和可靠性會受到中壓配電站結(jié)構(gòu)的影響。因此，電網(wǎng)的規(guī)劃需要對接線模式進行合理的選擇，如采用環(huán)網(wǎng)等接線方式應對負荷的不斷增長。

在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方面，增加配電網(wǎng)線路之間的聯(lián)絡，使形成的骨干網(wǎng)架有清晰的結(jié)構(gòu)和明確的供電范圍。增加供電電源點，減小供電半徑，對負荷進行合理分配，同時，增大中壓配電網(wǎng)的導線截面，促使配電網(wǎng)的電能損耗有效降低。

3.3 完善無功配置

無功損耗在電能的傳輸過程中十分嚴重，完善無功配置對整個系統(tǒng)的優(yōu)化具有重要的意義。在完善無功配置過程中，應根據(jù)實際情況，選擇無功補償方式、補償容量及補償點，以達到最優(yōu)的配置。

3.4 及時更換輸配電線設備

及時更換電力輸配電線設備可降低損耗。應采用新型材料制作的線路設備。更換過程中，切斷金屬材料磁路可達到節(jié)能效果，成本也較低。電網(wǎng)線路運行過程中，變壓器是電能消耗的主體。因此，應對變壓器的能耗進行控制和管理以實現(xiàn)節(jié)能。同時，采用新型節(jié)能變壓器，科學設計變壓器容量是非常重要的措施。

3.5 發(fā)展高效輸電技術(shù)

特高壓指的是交流電為1 000kV及以上和直流為800kV以上的電壓等級。理論上，采用特高壓輸電可使現(xiàn)有的輸電損耗下降75%以上，大大減少由輸電導致的污染物排放。特高壓輸電能提高線路電能的輸送容量，在同等輸送容量下節(jié)省大量的建設資源。

4 用戶環(huán)節(jié)的節(jié)能措施

4.1 采用節(jié)能性照明電器與個性化光源布局

在用戶側(cè)，推廣高效節(jié)能光源。在公共場所采用電子調(diào)光器、延時開關、聲控開關、等具有監(jiān)測反饋功能的器件，可達到節(jié)能效果。同時，根據(jù)用戶特點，如建筑特點及布局，對光源進行合理布置，提供個性化的照明方式，或采用多種可供選擇的照明方式，以降低損耗。

4.2 用戶節(jié)能措施實例

4.2.1空調(diào)節(jié)能控制

應用紅外線控制技術(shù)和季節(jié)開關遙控管理實現(xiàn)空調(diào)節(jié)能。如，室內(nèi)無人時，空調(diào)自動關閉；室溫低于26℃不予支持開啟；室內(nèi)有人但制冷室溫已低于22℃以下時，自動關閉空調(diào)。

4.2.2教室照明節(jié)能

目前，在學校白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍存在開燈做作業(yè)的現(xiàn)象，或即使室內(nèi)無人或人很少時，也有長明燈現(xiàn)象。為此，可采取遠紅外智能開關控制的節(jié)電模式，實現(xiàn)白天室內(nèi)照度達標燈不開，室內(nèi)無人燈自滅；在教室照度不達標時，根據(jù)學生坐落的位置自動開啟相應的照明燈，以實現(xiàn)高校教室照明終端自動化控制，減少高校教室照明的浪費現(xiàn)象。

5 智能雙向互動

5.1 智能交互終端

用戶側(cè)方面，用戶可根據(jù)自身實際情況，實現(xiàn)靈活化的用電需求。在發(fā)電側(cè)瞬時統(tǒng)計用戶側(cè)的用電需求，將剩余的電能用于電網(wǎng)補充應急調(diào)配。在電網(wǎng)側(cè)，實時了解用電需求和負荷現(xiàn)狀，通過及時、靈敏的監(jiān)測和反饋有效地對電網(wǎng)的電力進行調(diào)配[10]，做到需要多少電就發(fā)多少電，以達到節(jié)能的效果。

5.2 分布式能源

分布式能源將是未來智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方向的重要方式。目前主要是集中式發(fā)電，存在嚴重的棄風棄光現(xiàn)象，最佳的方案是將太陽能、風能應用到用戶側(cè)，在負荷低谷時將電能儲存起來，用于高峰用電時段，有效平滑負荷曲線、降低系統(tǒng)峰谷差，以達到節(jié)能的效果[,11,12,13]。

6 結(jié)論

在分析超低排放要求下電力系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀的基礎上，本文提出了從發(fā)電、輸配電到用電各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化措施以到達節(jié)能。

1)發(fā)電側(cè)：改進汽水系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、優(yōu)化鋼球級配。

2)配電側(cè)：合理鋪設電線、合理規(guī)劃電網(wǎng)、完善無功配置、及時更換輸電設備。

3)用戶側(cè)：采用節(jié)能型照明電器及紅外感應、聲控開關等具有監(jiān)測反饋的系統(tǒng)。

4)智能雙向互動：包括智能交互終端和分布式能源，是最具前景的節(jié)能技術(shù)。