电厂电气节能技术的应用现状与发展前景

赖毅林

（福建华电邵武能源有限公司， 福建 南平 354000）

0 引言

在工业化与城市化建设进程持续推进的背景下，我国的能源瓶颈逐渐显现出来，加速建设资源型与环境友好型社会成为了一项长远战略方针。电能具有生产与转换形式较为简单、传输与分配便捷、使用与操控技术含量低等特点，在社会各行业发展中均得到了广泛应用。众所周知，电力行业是我国能源生产与消费的大户，应将节能理念渗透到发电、输电、变电、配电与用电整个过程，以使各个环节节电工作大有作为，帮助电厂更快速地实现节能目标。

1 电厂电气节能技术的应用意义

电能是一种高品质的二次能源，是国民经济、人民日常生活、工农业生产中不可或缺的能源类型，近些年我国电力资源处于供不应求的状态，全国30 个省份全社会用电总量实现了正增长，图1 是2016—2021 年全国发电量及全社会用电量统计。火电装机容量在我国的发电装机总量中占比始终较高。有资料记载[1]，2011 年时，6 000 kW 及以上电厂发电生产及供热消耗了19.87 亿t 原煤，为了响应及落实节能减排政策，近些年，火电装机的比重逐渐降低，2017 年时占发电装机总量的58%。结合国家统计局公开的数据，2022 年我国的发电量累计达到83 886.3 亿kW·h，和2021 年度相比较增长2.2%。其中火力发电量58 531.3 亿kW·h，火力发电装机量占比降到52%。

图1 2016—2021 年全国发电量及全社会用电量统计

电厂运营中加大电厂电气节能技术的应用，能进一步提高供配电的运行效率，使电能调节作用发挥到最大化，增加供配电效益。每个行业发展中均会消耗大量资源，这是自然资源储存空间逐渐减小的最直接原因，陆续滋生出各种问题。国家已经出台了节能与环保相关政策法律，大范围推广节能技术以应对以上状况。电厂电气设备老旧或工作人员技术应用不规范等，不利于资源的充分利用，增加了资源损耗量。电厂电气节能技术的应用能帮助电厂节省电能成本，增加经济效益，减少环境污染问题，促进电厂电气管理工作有序、高效化运作，在实现经济效益与社会效益双赢的基础上，增加生态效益。

2 电厂电气节能技术的应用现状

2.1 结合现实情况进行电力计量管理

首先，尽早完善电力计量管理体系。发电厂为了提升自身的现代化运营和管理能力，就一定要创建一套完整的管理制度，充分结合电厂计量管理的要求，以原有管理体系为基础，整合相应制度，精简管理体系规定，及时废止不满足发电厂运营要求的管理体系，循序渐进建立出更为完善的计量管理体系等。对电力计量管理工作实现全过程、动态化监管，通过这种方式确保电能计量管理过程公开、公正。

其次，增强电力统计工作的综合化管理能力。为了能大幅度增加电能计量工作及装置的准确度与安全性，一定要严格落实电能计量装置管理相关规定。定期组织职工参与培训活动，积极学习国际先进的管理知识和管理工作经验，并摸索全新的管理措施，以持续完善自身的职业素养，进而提升电能计量水平，使电能计量工作实现高效化、制度化与科学化。

最后，加强对创新型电能计量技术的应用，当前主要有两种[2]：一为远程抄表技术，远程抄表融合了现代通信、计算机技术的优势，通过计算机系统操控以自动采集、分析数据，增加工作效率，降低出错率：二是智能抄表技术，在智能科技持续发展的背景下，电力统计核查工作和智能科技之间深度融合，成功开发了智能电表。和传统电力计量方式相比较，其确保了电力数据采集的完整度与多样性，且能显著减少能源损耗，是电力行业贯彻节能降耗理念的一种可行办法。

2.2 建立节能型供配电系统

关于供配电系统的节能问题，可以将其理解成最大限度地减少电力输送、转换等过程中的能源损耗量。故而，电厂电气节能技术应用过程中要做好如下工作。

2.2.1 合理选用变压器

变压器的损耗主要体现在空载损耗、负载损耗两个方面，电力行业应着力减少空载损耗，空载损耗是变压器设备的一种固定损耗，是由变压器内的铁芯产生的损耗，所以也被叫做铁芯损耗，建议发电厂尽可能选用节能型的油浸或干式变压器，设计变压器时，要选用合理的磁路设计方案并优化内部结构，有助于减少磁通漏磁与铁芯损耗。此外，也要不断降低负载的损耗。流经变压器线圈的电流是负载损耗形成的最直接原因，变压器绕组的电阻与电流大小影响负载损耗多少。鉴于此，电厂为了实现节能目标，应选用阻值偏低的铜芯绕组变压器，以提升整个变压器的运行效率。结合实际情况调整变压器的运行参数，比如变压器容量、变比与匝数等，以实现空载损耗的最小化。当前，很多火电厂安装高压启动备用变压器作为备用启动电源，其容量普遍较大，空载运行时耗能大。以2×300 MW 电厂启/备变为例，设备容量、空载损耗分别为40 MW、46 kW，全年、年总耗电37 kW·h 左右。为了减少耗电量，可以将其设计成冷备用，有助于减少电能损耗及成本支出。对于其他类型的电气设备，例如低压厂用备用变、除尘变等，在实现用电可靠的基础上通过互为备用的方式接线，使两台变压器均承载一半的负荷量，在这样的工况下，单台变压器的负载损耗与之前相比至少降低75%，取得较理想的节能效果[3]。

2.2.2 科学合理地选择供电电压

火电厂选择供电电压时要综合分析电容量、用电负荷等各种因素。若火电厂运用的电气设备基本上都是6 kV 设备，容量较大，要考虑运用6 kV 电压等级。但对于6～10 kV 的配电电压，因为10 kV 的技术性、经济性指标均较好，有助于供电系统运行过程中实现节能降耗目标，故而10 kV 高压配电成为了大多数火电厂的首选。

2.2.3 持续提升供电系统的功率因数

功率因数是影响火电厂实际运行效率及效益的主要因素之一，增加功率因数有助于减少无功能耗。在电网内安装无功补偿装置能延缓无功功率的流动速度，进而减少线路损耗。现实中因为无功补偿直接是由电路提供的，故而易出现电路功率损耗的问题，所以建议把各种功率补偿控制装置安装在供电系统内，以提高系统功率补偿因数，自动补偿供电系统要消耗的功率，能取得良好的节能效果。

2.3 加大电厂设备的改造力度

火电厂是我国的重要电能消耗大户，火电厂内的辅机，比如引风机、一次风机、凝结水泵等都配备了大功率电机，其总耗电量约占厂总用电量的50%。这些电机通常在设计时会依照电厂真实状况留有较大的裕度，并且会因为电机定速运行，电能损失较多，以致电厂发电成本显著增加。其中，电动给水泵是火电厂内重要的一种辅机设备，被叫做发电机组“心脏”，电动给水泵的耗电量占全厂用电总量的20%～30%，是耗电量最大的辅机。现对一600 MW 火电机组配备的3 台50%额定容量电动给水泵组进行汽动给水泵的技术改造。

改造方案如下：保留1 台电动给水泵作备用，其余2 台拆除后另装2 台50%额定容量的汽动给水泵组。购置的设备较多，包括给水泵汽轮机、给水泵及相应的供汽和排汽管道及阀门等，前置泵利旧，以减少投资。给水泵汽轮机汽源由中低压连通管打孔抽汽提供，100%负荷时抽汽量需要80t/h 左右，改造期间要着重分析给水泵汽轮机抽汽后机组通流量是否达到机组满发需求。

结合给水泵汽轮机排汽的冷却方式，以上改造方案有可分成如下两种，具体见图2。

图2 不同给水泵汽轮机排汽方式

1）方案一。直接把给水泵汽轮机的排汽排进主机凝汽器，间接空冷塔来冷却主机与给水泵汽轮机协同完成排汽，以上这种排汽方式影响主机真空状态，给水泵汽轮机排汽压力偏高，有助于减少能耗、成本较低。

2）方案二。布设了单独的主机凝汽器、湿冷循环水系统、机力冷却塔、循环水泵、胶球清洗系统；给水泵汽轮机的排汽直接进到独立的凝汽器，开式循环水冷却处理后，凝结水流进主机的凝结水系统；这种排汽方式不会导致主机真空有变化，给水泵汽轮机排汽压力较小，对应能耗也偏少，但投资大，电厂水耗增加，且后期维护成本较多。

3 电厂电气节能技术的发展前景

3.1 新能源的使用

在电厂电气节能设计领域内，核能、地热能、风能、太阳能发电等技术均实现了广泛应用，欧美发达国家已经使用了可控热核、磁流体、高温岩体、生物质能等高端的节能技术。英国国际热核试验反应堆在试验中发现，可控热核发电能够在短时间内维持20 000 MW 的发电功率，反应堆在24 h 小时内出力能保持在10 000 MW 上下。现如今，世界上很多国家引进了以色列开发的地热、废热发电技术，不单纯是利用地热能进行发电，也存在着应用工业各种废弃载热体的作业模式，比如废气、热油、废热气等。

3.2 运用柔性交流输电（FACTS）与高压直流输电（HVDC）技术

火电厂运用大功率电力电子器件，和其他电力设备组装成FACTS 装置，其能快速、连续地调控电力系统的运行参数，通过这种方式显著增加了输电线路的运行能力，把输电损耗控制到最低水平，当前在国内部分国家电力行业获得应用。国内500 kV 输电线的输送功率一般为300～400 MW，最高能达到700 MW，明显低于北美水平。故而，未来火电厂要着重提升输电线路的输电能力，应用FACTS 技术是可行办法之一，FACTS 技术能在较大范围内有效控制潮流，能使线路的输送能力增加到接近导线的热极限，比如对于一条500 kV 线路，其安全送电极限1 000～2 000 MW，线路的热极限3 000 MW，应用FACTS 技术以后，能使输送能力至少提高50%；在这样的工况下，备用发电机组容量能从典型的18%降低到15%甚至更低；还能防控线路串级跳闸情况，规避电力事故范围扩大[5]。当前，国内很多地区建成了220 kV 的超高压可控串补示范项目，正积极建设静止同步补偿器、飞轮储能等FACTS 示范工程。HVDC 技术有线路造价低、运行电能损耗低、改善直流输电性能、远距离输电优势显著等特点，未来HVDC 将会有广袤的发展空间，有代替传统不间断供电电源的潜力。

4 结语

新的社会形势下，节能降耗已经成为国家的一项长远战略方针，是维护国家经济安全、改善环境、增强企业竞争力的一项重要举措。火电厂作为能源消耗大户，更应积极落实国家节能政策要求，从自身做起，站在可持续发展的视角，主动扭转经济发展模式，在电气节能技术、设备应用方面加大投入，研发出全新的节能策略，以最大限度地提升电厂节能水平，在运营过程中创造出更理想的效益，开辟出更广阔的发展空间。