电力节能的发展瓶颈与应对措施

文_王继昌 中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司

1 概述

电网扰频引发用户端设备瞬间脉冲叠加冲击, 造成用户端的安全问题。开发具有双向阻隔内外部电能污染的功能的节能(稳压)技术已迫在眉睫。由于阻隔来自内外部电能污染，开发类似享有双向防火墙之称的装置，即阻隔来自内外部的瞬流、浪涌、谐波等电能污染，又通过抑制（通低阻高）、滤除、吸收三种治理方式，降低内部电能污染对配电系统内的所有设备、仪器、仪表、线路和开关的危害,显得尤为重要。

2 电力节能的发展瓶颈

在《巴黎协议》自愿减排的国际责任下,为实现我国承诺的2030年二氧化碳排放目标,社会各界对已投产的电厂技术改造非常重视。但由于历史原因，造成了目前国内两种电压运行区域,即以西北地区(部分南方电网)为代表的110kV用户端电网，以及华北地区等为代表的220kV用户端电网。同一设备难以适合不同电压模式的供电系统的节能推广受到限制。

此外，还有行业发展的瓶颈。节能设备分为三类：限流(如LED/变频)无法提高能效、限耗(如高效电机)可以提高能效；技改升级(可以降耗)。用户配电系统的功率因数低于0.9时，就会受到供电部门的经济处罚；功率因数超过0.9时，就会获得供电部门的奖励。但从配电系统内特有的安全性考虑，既要防止出现滞磁现象，又要防止饱磁现象，因这两种情况都会导致电机等设备的发热发烫，引起电机等设备的运转失稳和耗能问题。

3 技术改进与措施

3.1 通过双向阻隔、抑制、滤除和吸收方法治理电网电能污染

开发具有双向阻隔内外部电能污染的功能的节能(稳压)，阻隔来自外部的雷达波、无线电波、闪电、雷击，以及邻近用电单位设备启停所产生的电压波动、电压闪烁等外部电能污染（10%～20%），同时阻隔来自用户配电系统内部的因线路和设备老化、三相不平衡、功率因数不足、设备启停频繁、谐波干扰、超载等原因引发的内部电能污染（80%～90%）。类似享有双向防火墙之称的装置，即阻隔来自内外部的瞬流、浪涌、谐波等电能污染，又通过抑制（通低阻高）、滤除、吸收三种治理方式，降低内部电能污染对配电系统内的所有设备、仪器、仪表、线路和开关的危害。

3.2 通过电磁移相原理实现功率因数提高

开发拥有多绕组环型交叉互感特殊制造技术，产生的“通低阻高”整体电抗特性，将大部分高次谐波各相电流相互抵消或吸收，并转化为磁能，再由补偿绕组同步将转化后的电流补偿给负载端，从而大幅度降低负载因涡流、谐波、分量的电能损耗。

一般情况，设备启动所消耗的电能比其正常运行的电能高得多，通过高能磁转原理，利用电磁移相技术，使三相电向量和磁通量相互影响，相位相互对立而抵消偏差磁势，实现电压与电位的相位差同步调整，从而提高功效。

3.3 利用电磁补偿促进三相平衡

用户配电系统的三相电流与电压的不平衡，形成中性点发生偏移，产生零线（序）电流三相之间的电位差，导致相间电流环流，引发额外电流损耗，使电机运转抖动，摩擦增加，做功不稳定，异常发热；整流设备三相谐波增加，浪涌电容加大，线路损耗增加，电能转为热损耗；精密设备运转不稳定，产品合格率降低等等危害。通过磁化主绕组、稳压绕组和补偿绕组等特殊制造工艺，采用高纯度特殊材料，巧妙的发挥磁通向量与电向量的互感作用，利用相互补偿的铁芯磁通量，促进各相之间的电流与电压平衡。

3.4 利用清洁电网降低电能耗损

据研究，瞬流、浪涌、谐波电能污染，会导致配电系统内的效率下降30%以上，并会对开关、接触元件、线路、电子元器件等产生较大冲击，用电设备效率下降，线路损耗增加。这就是建厂的时间越长，电费越大的原因之一。氧化层阻抗增加1Ω时，电动机效率下降13%，配电系统损耗增加约8%。

3.5 智能无功补偿防止“过补”与“欠补”

传统常规无功补偿，无论是集中补偿还是分散补偿方式，都易造成“过补”和“欠补”问题，并且电容无功补偿还会因温度、湿度和绝缘层材料因素而引发故障与使用寿命短的问题。智能(虚拟)无功补偿，是根据用户配电系统设备对无功的需求量进行的动态补偿，需要多少无功就实时补偿多少，从而有效防止无功补偿的“过补”和“欠补”现象。

3.6 利用三大原理的协同实现瞬间电磁储能

利用微磁场电工原理、电磁平衡原理、电感与电抗交互原理的协同作用，通过特有的电流补偿绕组与主磁化终端的相互作用，产生磁化主绕圈的电能不能突变的电抗功能，在瞬时储能的同时，将吸收的能耗转化为磁能，再由电流补偿绕组同步将电流补偿给用户配电系统的负载端，从而实现电流的二次利用。

3.7 利用抗冲击功能实现智能调压调流

针对用户配电系统内的负载停止时所产生的电压凸起（暂升）现象，而开启时所产生的电压凹陷（暂降）及电流突变脉冲现象，提高装置的抗冲击能力，不仅使用户配电系统设备、仪器、仪表的开启与停止时得到保护，而且防止电压电流长时间的过度偏离正常范围，从而实现设备的保护与节能。

3.8 利用电信级平台远程监测功能建立人机结合的管理模式

安装在用户电能入口端的中央节能保护设备与中央数据库在北京的电信级管理节能平台，通过移动网、固话网、短信网和互联网与之连接而成，将每日实时功率因数、每日实时电能消耗、每日实时电费累积金额、本月电费累积金额和每日三相实时电流、每日实时电压等数据，让用户单位的主管人员通过手机、座机、短信或互联网方式，全天候远程监测，建立起人机结合的用能节能管理模式。

3.9 利用“四量化”功能实现管理节能的可持续

可通过在不同分厂（车间、部门），另行安装用能监测的硬件，实现用能节能的量化核算、量化考核、量化追踪、量化奖惩，采用手机、座机、短信或互联网方式，建立全天候远程监测功能，再结合管理节能工作的PDCA循环，消除人离机不停，人离空调不闭，人离灯不关等人为浪费现象。

4 节能发展的紧迫性

合理利用能源,使有限的能源得到最合理充分的利用，这是我国国情的需要。对于消耗一次能源的大户—火力发电厂，合理地利用能源是设计、制造、运行中要解决的紧迫性课题。

5 应对措施

5.1 提高效能

节能保护装置——电效云端保护装置，是安装在用户配电系统电能入口端的中央节能保护设备，与中央数据库在北京的电信级管理节能平台，通过移动网、固话网、短信网和互联网连接而成的系统，可实现设备节能与管理节能叠加的智能高效节能节电产品。

电效云端保护装置采用微磁场电工原理、电磁平衡原理、电感与电抗交互作用，集治理电能污染、动态无功补偿、动态调节三相平衡、提高功率因数、清洁电网、电磁储能、动态调流调压和远程监测、管理节能技术于一体，通过提升整体配电系统的电力品质而实现的深层次的、全面性的整体节能节电产品。动态调整和平衡三相电压电流，扼制启动电流及短路电流，滤除、抑制和吸收谐波、瞬流和浪涌等电污染，净化电网，提高电能品质，保护配电系统中的所有负载设备、仪器、仪表、线路和开关等设备，延长使用寿命，降低其维修率，建立起人机结合的电能管控模式，节能减排、降损增效。

5.2 电厂建筑节能

为了保护耕地，节约国家耕地资源，我国已明令禁止使用粘土砖，为了替代粘土砖产生多种墙体材料。随着国家建筑节能标准的全面实施，各种新型节能墙体材料应运而生，由单一材料保温节能体系向着复合材料保温节能体系的方向发展。

目前，电厂建筑物常用的墙体材料主要有金属墙板和轻质砌体。金属墙板常用于主厂房建筑的外墙围护，寒冷地区常采用复合金属墙板。砌体主要采用蒸压加气混凝土砌块、非粘土多孔砖或空心砖、陶粒混凝土砌块、蒸压粉煤灰砌块、蒸压灰砂砖等砌筑,用于附属建筑的内墙和外墙围护。

热电厂通过优化设计背压、增加回热级数、采用排渣余热利用装置回收热量、合理选择辅助设备等措施，提高机组效率，从而达到节煤的目标。1978年以前, 工程发电设计标煤耗大于471g/kWh，经过各项优化后，2017年,工程发电设计标煤耗小于266g/kWh，优于世界平均指标。21世纪,全球人均耗电年增长1.1%,我国增长达7.3%以上。我国能源消耗强度是西方发达国家平均水平的1.55倍,是日本的4.9倍,改进和使用节能的能效提高的空间巨大。

6 结语

通过双向阻隔、抑制、滤除和吸收4种方法治理电网电能污染,可以节能增效。效能的提高为负载提供智能无功补偿，从而减少线路损耗，提高功效。此外，由单一材料保温节能体系向着复合材料保温节能体系的方向发展，也为电力行业节能减排工作开拓更广阔的领域。