浅谈工业厂房电气节能设计

杜宇飞

摘要：随着工业的不断发展，节能已成为工业厂房电气设计的重要组成部分，电气节能有助于缓解能源供应的紧缺局面，实现工业建筑的可持续发展。本文遵循电气节能设计原则，重点从照明节能、新能源、变压器的选择上论述建筑电气节能技术如何应用，以达到节能的最终目标。

关键词：节能减排；工业厂房；新能源

1工业厂房电气节能设计的必要性

想要减轻能源供需不足的矛盾，解决能源短缺对我国社会经济发展带来的压力，实现工业生产的低成本持续发展，就必须采取有效的节能减排技术措施，改变工业生产现有的能源消耗模式，减少日常生产中对资源的浪费，有效提高有限能源资源的利用效率，充分发挥能源应有的应用价值。石油化工企业作为我国典型的能耗大户，如何在工业生产中推广节能减排设计，已成为工业厂房电气设计工程师研究的重点。在工业厂房的电气设计过程中，合理规划设计和采取有效的节能减排设计方案，可以在确保工业生产线上所有电气设备发挥较高性能的基础上，减少工业厂房生产过程中的用电量，降低单位产品的综合能耗，有效推动工业领域生产发展的节能减排效果，为工业企业又好又快可持续发展提供重要的技术支撑。

2工业厂房电气节能设计的主要内容

（1）配电系统节能设计（包括详细的负荷统计计算、无功动态补偿策略和谐波综合治理方案设计，以及变配电设备优化节能选型设计等）。

（2）照明系统节能设计（包括照明系统设计、照明灯具匹配节能设计、照明控制系统设计以及照明联动节能控制系统设计等）。

（3）电气设备节能设计（包括电机拖动系统、空调系统、给排水系统、升级电梯等电气设备的节能设计）。

（4）新能源综合利用节能设计（包括太阳能发电、风力发电、水源热泵、热电冷三联供系统等节能系统设计）。

3工业厂房电气节能设计技术要点

3.1配电系统节能设计

3 1.1优选高效的节能配电变压器

工业厂房配电系统中，配电变压器是重要的电能转换和分配设备，但其自身又是一个能源消耗设备，也就是配电变压器在实际运行过程中会吸收一部分能耗。因此，选择合理变压器的容量和型号是提高配电变压器电能转换效率、降低运行能耗的重要措施。在进行电气节能设计时，应根据实际负荷需求，按照略高于变压器的最佳负荷率来确定变压器容量，通常应设置负荷率在75%～85%较为经济合理。另外，配电变压器选型时，应优选空载、负载损耗相对较小的节能性配电变压器。例如对同为315kVA的配电变压器而言，S13与s7相比，其负载损耗由4795W降低到3650W，空载损耗由766W降低到340W。在电气节能设计中，优选高效节能型配电变压器代替常规高能耗配电变压器不仅可以有效提高电能转换效率、降低变压器运行能耗，同时还可以有效延长变压器的使用寿命。

3.1.2合理选择无功补偿策略

在对工业厂房进行电气设计时，对配电系统选择合理无功补偿策略可以有效提高配电系统的功率因数，降低系统线损，达到节能降耗的目的。随着化工企业生产速度和规模水平的进一步扩大，大功率高压电气设备、照明灯具在工业厂房中得到广泛采用，配电系统三相不平衡度大大增加。由于“单相分补”投资较大，通常要比“三相共补”增加投资约20%～30%，因此工业厂房电气节能设计过程中要根据厂房三相用电实际情况并从技术经济等方面进行综合考虑，合理设计“单相分补”或“单相、三相相互结合共补”的无功补偿方式。目前，“单相、三相相互结合共补”与谐波治理一体化无功补偿装置，在石油化工企业中应用的节能效果和经济效益较为优越，是节能设计中广泛推广使用的一种无功补偿模式。

3.1.3合理选择电缆经济截面

由上海现代建筑设计（集团）有限公司编制的《建筑节能设计统一技术措施（电气）》一书中，明确指出供配电线路在满足电压损失和短路热稳定的前提下，如果其年最大负荷运行时间Tmar≤4000h时，可以按照导体载流量选择导线截面；如果4000h≤Tmmx<7000h时，宜按电缆经济电流密度进行电缆截面选择如果Tmax≥7000h时，电缆截面应严格按照经济电流密度进行合理选择。在进行电缆型号的选择时，应优选电阻率较小的铜芯线，合理布设电缆走向，建设导线敷设长度。另外，在进行电气节能设计时，对长期处于载流工况的电缆截面应适当放大一级，以便于与保护装置配合和为工厂后期扩容扩建提供便捷有利的条件。

3.1.4配电线路的节能

由于线路上存在电阻，有电流流过时就会产生有功功率损耗。对电网来讲，可以采用提高电压等级的方法降低电流，但对于一般单体建筑，由城市电网供电的电源电压已经确定，线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。

选用电导率较小的材质做导线以铜芯最佳，铝芯次之。在改革开放初期，由于铜价较高，国家贯彻节約用铜、以铝代铜的原则。进入21世纪以后，国家从节能、环保的角度出发，开始提倡采用铜质导体，减小导线长度。首先，变配电室应尽量靠近负荷中心，以缩短供电半径，减少线路损耗；其次，线路尽可能走直线，少走弯路和回头路，减小导线长度；再次，对于环形供电方式，为降低线路的电阻值，宜将开环运行改为闭环运行，可明显降低线路损耗。

增大导线截面：首先，应按经济电流密度法合理选择导线截面，以减少损耗；其次，对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失等要求外，宜加大一级导线截面；再次，除消防等重要负荷或大容量负荷外，应优先采用母干线分支方式配电。当某些负荷不用时，使用同样大的干线截面传输较小的电流，能减小线路损耗。

3.2工业厂房照明系统节能设计

在进行工业厂房电气节能设计时，应优选高效、节能的照明光源，如优选T5显色性能好的新式节能荧光灯、紧凑型荧光灯（节能灯）、LED等，并配装电子镇流器或节能型电感镇流器。如某化工厂房选用T5（2*28W）的新型节能防爆荧光灯更换原设计配置的单极灯管防爆荧光灯（2*40W），投运3个月后，经过耗电数据统计分析，其节电效果超过30%。常规电感镇流器其耗电量大约在灯具功率的20%以上，且其功率因数仅为0.4～0.5。新型节能型电子镇流器不仅其自身运行能耗较低，以36W荧光管用节能型电子镇流器为例，其能耗仅为1～3W左右，而且其功率因数可高达0.9以上，照明灯具线损得到大大降低，同时灯具在运行过程中无功损耗较小，配电系统供电质量得到有效提高。另外，照明控制系统优化设计也是工业厂房电气节能设计研究的重点，采取智能节能照明控制系统，可以根据厂房的实际用电需求，灵活控制照明灯具组合方案，按照时控、光控、自，手控等多种组合方案实现灯具的合理调节控制，达到降压限压幅度，节能效果十分明显。

3.3电力系统节能设计

电机耗电大约占整个工业厂房耗电的90%以上，而且大多数电机其电能利用效率较低，存在很大的节能降耗潜力。200kW以下从经济角度来看应优选低压电机，355kW以上只有高压电机。而对200～355kW范围的电机，应从技术、经济、运行能耗等多个角度进行综合评估，以选取合适的电机功率。另外，随着电力电子元器件价格不断降低以及变频调速控制技术的日趋完善，应结合工业厂房电机拖动系统的实际情况，采用变频调速、软启动等先进的控制措施对电机拖动系统进行节能降耗技术升级改造，以实现节能降耗的目的。

4结语

综上所述，现阶段工业厂房的节能设计是能源可持续发展的重要策略。节能设计从环保角度出发，合理采取了节能技术对工业厂房电气设计进行优化，可以取得有效的节能降耗效果。这样不仅能给企业带来巨大的经济效益，同时还可以实现资源的高效利用，最大限度地减小对环境的影响，为企业实现生态、低成本可持续绿色发展提供重要的节能减排技术支撑。