工业企业供用电系统节能分析

郭 勇

（国网荆门供电公司营销运营中心， 湖北 荆门 448000）

1 工业电力使用现状

目前，我国电力资源综合利用率较低，且能源结构配置不合理。在能源消费构成中，2013—2023 年间，燃煤类产品的消耗占比约为55%～60%，石油类产品的消耗占比约为15%～20%，天然气类产品的消耗占比约为1.5%～2.58%，电能消耗比例在2022年达到49.6%，其余能源比例约为0.25%。2022 年，我国能源效率为36.8%，终端能源使用率仅为51.0%。其中，工业终端电能利用率约为51.1%左右[1]。

电能不仅干净、环保、无污染，还可大量生产和长途传输，也容易与其他能量进行转换，因此，被广泛应用在社会生产的各个方面。根据相关统计，2022 年，我国终端电量消费累计46 867 亿kW·h，而工业用电量高达35 337 亿kW·h，在总体用电中占据了较高比例，国家相关部门出具的我国终端用电各模块组成占比的情况如表1 所示。由表1 可知，工业用电占比最高，达75.6%。

表1 2022 年国家终端用电组成

从工业用电内部架构看，2013—2023 年，电力、热力生产及供给行业、有色金属制造行业和化工燃料及产品制造行业占比较高，且有连续上涨趋势，如表2 所示。

表2 2013—2023 年间国家工业行业电能使用情况

2 工业企业供用电存在的问题

2.1 供电设备的功率因素较小

工业企业供用电配电网存在较多低功率因数的工业生产设备，像动力设备电动机、整流设备晶闸管和动力抽油机等，造成无功负荷大量存在于配电网中。当无功功率失衡、功率因数降低情况发生时，无功功率在电网中流动，产生了线路损耗，线损增大，末端负荷电压下降[2]。最终导致相当部分的电力能源无输出功率，造成电力资源整体有效利用率较低，部分电力资源白白浪费，未能创造实际的经济效益和利用价值。因此，急需采取节能降耗措施，提高供电效率，改善供电环境。

2.2 工业供用电系统中非线性负载增多，配网谐波污染日益严重

工业供用电系统中非线性负载增多，势必会对配电网中原来的重合闸参数、继电保护值等相关量的设置造成一定程度的影响，导致配网设备灵敏度下降、保护失灵和误动作等异常情况发生。此外，工业企业供用电系统采用的交流逆变器在工作时，其内部的电子组成元件反复吸合，不可避免地产生谐波分量，进而对配电网带来谐波污染，加大了电能损耗，导致电力设备损耗和老化加剧，降低设备生命周期及运行可靠性。

2.3 自动化控制及监测水平较低

现阶段，工业企业供用电节能监测及管理手段相对滞后，很多工作过程中都是按照既定模式进行运转的，没有实时动态监测管理，自动化控制水平也比较低，限制了作业人员对工业设备运行状态的精准把控及有效管理，无法保证其工作过程中始终处于最佳的工作状态，不能充分利用电力能源，生产效率不高。工业企业用电系统底层单元自动化程度较低。监控、计量、节能和反馈控制等各流程所用设备间相互独立、不相兼容，功能冗余，各个设备间缺失有效信息交流及数据共享，底层供用电工作单元间没有统一的集成化制度，欠缺系统化节能与监控装置，难以实现各层级的用电设备相互连通，导致工业生产设备电力能源利用率不高，束缚了企业工业生产和节能管理的一体化管控，不能有效监控单位产品能耗。

3 工业企业供用电节能对策分析

3.1 提高供用电设备的功率因数

引入无功补偿技术可以明显减小配电网系统的无功输出，提高设备的功率因数，降低电能损失，增强电力能源的有效利用率。通过控制无功输出功率，来控制整个配网的电力总容量、操作规模等，充分利用现有供用电设备，保持提升有功电流的输出占比。利用无功补偿技术，可减小无功输出功率，减小电力能源损失，提高电力资源的的利用率。借助变速调节手段，可大大提升电力输出工作效率，结合配电网系统中的各个设备容量标准，科学合理调节各供用电设备功率，能够大幅度提升电能的利用率[3]。

事实证明，引入无功补偿技术后，设备的工作功率几乎与标称的工作功率一致，配电网中的各供用电设备工作良好，在无外界干扰的条件下，可以稳定在较大的输出功率，提高设备工作功率，降低无功输出，加大有功比重，从而提高工作效率，最大程度上降低电能损失。

3.2 整治工业供用电配电网电能质量

为进一步降低工业供用电配电网的线路电能及设备损耗，并将其控制在可操控的范围之内，需要对电网谐波污染进行治理。抑制配电网谐波电流通常采用两种方法，一是对谐波电流产生源头（用电负荷侧的电力设备本身）进行技术改造，将谐波电流扼杀在萌芽状态。同时，工业企业各单位要增强对入网客户设备选型的指导与监督，优先采购配置好、效率高的设备，从根本上控制谐波电流产生。二是加装谐波电流补偿设备，如新型滤波装置等，该装置能够产生与负荷谐波电流大小相同但方向相反的补偿电流，从而起到遏制谐波的作用，减小电能浪费的同时，提高设备运行质量。

3.3 推进智能化用电监控节能管理

为有效监控工厂用电设备，做好节能管理，引入了DCS 系统。DCS 系统又称分散控制系统，具有较高的自动化控制水平，其示意图如图1 所示。DCS 系统能够控制工业企业用电设备智能运行，最终实现企业的智能化运营。回路控制单元控制整个工厂生产工艺流程，通过1~n 个设备接口与显示屏、上级管理计算机和打印机进行通信连接，及时监测工厂设备的动态运行数据，实现工厂供用电运营信息综合管理，控制电力能源消耗量，推动电力资源的合理利用，最大程度减少电能耗损[4]。一旦发生设备故障，能够预警提示，通知检修人员第一时间到达现场进行处理，减少故障停机时间，提高了生产效率。

图1 DCS 系统

实际工作中，工业企业监控的用电设备数量多、密度大，因而增加了网络数据处理量。要想解决这种问题，需要增强DCS 系统处理器的配置，完善DCS 网络报警系统，时刻关注各个子系统运行数据及实时状态，并配备可靠性较好的电源切换设备。

3.4 应用变频技术

变频技术作为工业企业供用电节能减排中的新技术，是在自动化控制技术、计算机软件技术等基础上建立的，通过改变电机电源的频率来调节电机的速度，实现电能资源的合理利用。据实际调研[5]，2011年，我国电机总耗电量约为30 000 亿kW·h，在电力能源的消费中，工业企业电机系统用电量在全国总用电量中占比约为62%，占工业企业用电量的67%。而当前，我国高效率、低能耗的电机在市场中占比仅为10%左右，我国在用的各类电机数量约为10 亿台，因此，高效率、低能耗电机的市场潜力十分巨大。如今，企业采用变频技术充分降低了电机在生产过程中的能源损耗，也为电力系统无功补偿、功率因数和动态响应等环节提供了便利，在节约资源的同时，也为企业创造了经济效益。

此外，为做好工业企业供用电系统节能降损工作，一方面，要加强工业企业工作人员的教育和培训工作，派专业技术人员去发达国家供用电系统学习，参考其节能降损工作方式，在熟练掌握其节能技术的使用要点基础上，以“提高工作效率、节能降损”为问题导向，并结合自身工业企业供用电系统的实际情况，进行科学合理的改进设计，逐步完善企业的工作运行方式。另一方面，每月组织各方就企业近期节能降耗工作进行总结复盘，对当月的能耗工作进行分析讨论，找出不足，给出解决方案，为下一步的节能工作指明发展方向。

4 结语

通过提高供用电设备的功率因数、整治工业供用电配电网电能质量、推进智能化用电监控节能管理、采用变频技术以及加强人员培训等，多重保障工业企业供用电过程中的电力能源消耗，提高其工作效率及资源利用率，推动电力行业健康可持续发展，实现企业经济效益与节能降损双赢。