火力发电厂电气节能降耗技术研究

孟肖楠

摘  要：現今全球能源需求增长、能源供应安全和环境可持续性等问题的日益突出，火力发电厂作为能源供应的重要组成部分，面临着较大压力和挑战。火力发电是一种重要的电力供应方式，但其能效较低、能耗较高，并且燃煤和燃气等燃料的燃烧会导致大量的温室气体排放和环境污染。并且电力市场的竞争日益激烈，电力价格的波动和成本压力也迫使火力发电厂寻求节能降耗的方法。为了提高火力发电厂的能源利用效率、降低能耗和减少环境污染，电气节能降耗技术成为了一个重要的研究方向。在实际中需要了解及分析火力发电厂电气节能降耗技术的类型，探讨其在提高能效和降低能耗方面的实际效果，使火力发电厂可以采取有效的节能降耗技术来提升运营效益。

关键词：火力发电厂  电气节能  降耗技术  电气系统

中图分类号：TM621

Research on Electrical Energy-Saving and Consumption-Reducing Technology in Thermal Power Plants

MENG Xiaonan （MENG-XIAO Nan请确认）

（SDIC Qinzhou Di Er Electric Power Co.， Ltd.， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 535000 China）

Abstract： Nowadays， issues such as global energy demand growth， energy supply security and environmental sustainability are increasingly prominent， and thermal power plants， as important components of energy supply， are facing great pressure and challenges. Thermal power generation is an important method of power supply， but it has low energy efficiency and high energy consumption， and the combustion of fuels such as coal and gas can lead to a large amount of greenhouse gas emissions and environmental pollution. Moreover， the electricity market is becoming increasingly competitive， and the fluctuation of electricity prices and cost pressures are forcing thermal power plants to seek ways to save energy and reduce consumption. In order to improve the energy utilization efficiency of thermal power plants， reduce energy consumption and reduce environmental pollution， electrical energy-saving and consumption-reducing technology has become an important research direction. In practice， it is necessary to understand and analyze the types of electrical energy-saving and consumption-reducing technology in thermal power plants， and explore their practical effects in improving energy efficiency and reducing energy consumption， so that thermal power plants can adopt effective energy-saving and consumption-reducing technology to improve operational efficiency.

Key Words： Thermal power plant; Electrical energy conservation; Consumption-reducing technology; Electrical system

随着能源资源的日益紧缺和环境保护意识的增强，节能降耗已成为全球范围内的重要课题。火力发电厂是重要的能源供应单位，但其电气系统在能源转化过程中存在能耗较高的问题。电气系统作为火力发电厂的核心组成部分，对于提高发电效率和降低能耗具有关键作用，通过研究电气节能降耗技术，可以有效减少火力发电过程中的能源损耗，提高发电效率，从而实现更可持续的能源利用。

1  火力发电厂的电气系统及电气能耗对火力发电厂的影响

1.1  火力发电厂的电气系统组成

火力发电厂的电气系统中发电机是核心设备之一，将燃烧产生的热能转化为电能，发电机通过旋转磁场与定子线圈的相互作用来产生电流。变压器则是用于将发电机产生的电能提升至输电线路所需的高电压水平，以减少输电过程中的电能损耗，变压器通常包括发电机变压器和主变压器两种类型。输电系统包括高压输电线路和输电塔等设施，用于将发电厂产生的高电压电能输送至不同地区的配电站，输电系统起到长距离电能输送和传输的作用。配电系统将输送至配电站的高电压电能转换为适用于工业、商业和居民用电的低电压电能，配电系统通常包括变电站、开关设备、配电变压器和配电线路等。控制与保护系统用于监控和控制火力发电厂的电气设备和电力系统运行状态，确保安全稳定的电力供应，控制与保护系统包括自动化控制系统、保护装置、监控仪表和安全设备等。电动机和驱动系统用来驱动火力发电厂各个设备和机械装置，例如给水泵、引风机、给煤机等，电动机通常采用交流电机和直流电机，其驱动系统包括电源、控制器和变频器等。

1.2  电气能耗对火力发电厂的影响

根据火力发电厂的电气系统组成情况，电气能耗对火力发电厂的影响主要集中在经济和环境这两个方面。电气能耗直接影响火力发电厂的经济效益，高能耗意味着更高的电力成本，因为电力是火力发电厂的主要生产成本之一，通过采用电气节能降耗技术，可以有效降低电力消耗，减少燃料和资源的使用，从而降低发电成本，提高经济效益。并且电气能耗也会对环境造成负面影响，火力发电厂是主要的温室气体排放源之一，而大部分温室气体排放与燃烧过程中的电力消耗密切相关，高电气能耗导致更多的燃料燃烧，进而释放出更多的二氧化碳和其他污染物，对气候变化和空气质量产生不利影响，在此情况下采用电气节能降耗技术，可以减少电力消耗，降低温室气体排放，减轻对环境的负荷，促进可持续发展[1]。

2  火力发电厂电气节能降耗技术研究

2.1  能效评估和监控系统

能效评估和监控系统通过对发电厂的电气设备和能源利用情况进行实时监测和评估，帮助发电厂管理人员全面了解能源消耗情况，识别潜在的能效改进机会，并制定相应的优化措施。在实际中，能效评估和监控系统提供了对电气设备能耗的实时监测，通过安装传感器和仪表设备，该系统可以收集并分析电气设备的能耗数据，实时监控各个设备的能效表现，这使得发电厂管理人员能够及时了解能耗情况，发现能源浪费和效率低下的问题，并迅速采取措施进行调整和改进。并且能效评估和监控系统通过数据分析和报告功能，为发电厂管理人员提供全面的能效评估 [2]。

以一座火力发电厂引入能效评估和监控系统用来监测和优化能源消耗为例，该火力发电厂在关键设备和系统中安装传感器和监测设备，实时采集能源消耗和设备运行数据，包括发电机、锅炉、涡轮机、变压器等。并使用能效评估和监控系统进行数据分析和能效评估，依据能效评估算法和模型对采集到的数据进行分析和处理，比较实际能耗和理论能耗，识别能效改进的潜力和问题区域，该火力发电厂调整了锅炉的燃烧控制参数、涡轮机的负载分配和变压器的电压设置，使得燃烧效率提高了10%，发电效率提高了8%，以实现最佳能效运行。

2.2  电动机优化和变频调速技术

在火力发电厂的电气节能降耗中，电动机优化技术的应用，可以选择和设计高效率的电动机，以替代老旧低效的电动机，高效电动机具有更高的转换效率和较低的能量损耗，从而降低了电动机本身的能耗，电动机优化还包括合理匹配电动机的容量和负载需求，避免过大或过小的电动机使用，减少不必要的能源浪费。而变频调速技术可以通过调节电动机的转速和输出功率来适应不同负载需求，避免电动机在部分负载或低负载时运行过程中的能耗浪费，传统的电动机通常采用固定转速运行，但实际工作负荷通常会变化，应用变频调速技术，可以根据实际需要精确控制电动机的转速和输出功率，使其始终在最佳工作点运行，从而提高能效并降低能耗 [3]。

例如：某火力发电厂决定应用变频调速技术进行电气节能降耗调整，以提高设备能效、降低能耗和优化运行效率。火力发电厂在关键设备中，选取一台负载较大的电动机进行优化，为选定的电动机安装变频器，并配置相应的控制系统，对经过技术改造与优化的电动机安装传感器和监测设备，实时采集电动机运行数据，主要为转速、电流和功率等，将数据传输到智能控制系统，进行数据分析和能效评估。根据数据反馈，采用变频调速技术的电动机能效提高了25%。能耗降低后，每年节省的能耗成本达到50万，且能够满足不同负载需求，提高了设备的運行效率和灵活性，投资回收期为2年。

2.3  输电和配电系统优化

输电和配电系统优化是火力发电厂电气系统中的重要组成部分，与电气能耗有着直接的联系。因此输电系统的优化，可以减少输电线路的电阻、电感和电容损耗，降低电能在输送过程中的能耗，这可以采用高导电材料、减少输电线路长度、提高输电线路的电压等方式实现。对配电系统的优化可以减少配电过程中的能耗损失，优化配电系统包括合理规划和设计配电网络，减少输电线路和配电线路的长度和阻抗，提高配电变压器的效率，优化负载分配和供电方式等，合理选择配电设备、优化配电线路和改善供电可靠性，可以降低电能在配电过程中的能耗损失，提高系统的能效[4]。

某火力发电厂为了降低能耗损失和提高电力传输效率，对输电和配电系统进行了优化。输电系统主要是针对火力发电厂的输电线路和变压器进行优化，通过合理规划线路布置和优化线路长度，减少电阻和电容损耗。提高输电线路的电压水平，减少输电线路上的能耗损失，采用高导电材料，减小输电线路的电阻，降低能耗。在配电系统优化中优化配电线路，减少配电线路的长度和阻抗，降低能耗损失。提高配电变压器效率，选用高效变压器和优化变压器的运行参数，并优化负载分配和供电方式，避免过载和能耗浪费。

2.4  能量回收技术

火力发电过程中产生的烟气余热和废水废热等能源资源，通过能量回收技术可以被有效利用，从而实现能耗的降低和能源的再利用。能量回收技术可以通过烟气余热回收来捕获并利用火力发电厂烟气中的热能，烟气中蕴含着大量的热能，如果不加以利用，将会被排放到大气中造成能源浪费。通过烟气余热回收系统，可以将烟气中的热能转化为热水、蒸汽或其他形式的热能，用于供暖、生产或其他用途，从而降低对其他能源的依赖。能量回收技术还可以利用火力發电厂的废水和废热进行能量回收，在火力发电过程中，产生的废水和废热可以通过换热器、热交换装置等设备进行回收利用 [5]。

例如：某火力发电厂为了有效利用烟气余热能源资源，采用能量回收技术进行能源资源的回收利用。在烟气余热回收中，该火力发电厂在烟气排放系统中安装余热回收设备，使用烟气热交换器或废热锅炉进行能量回收。安装烟气热交换器回收烟气中的余热，用于加热水源或产生蒸汽，其回收的热量达到每小时5 000 kW。而废热锅炉应用则是回收烟气中的余热，用于产生蒸汽或加热其他工艺介质，回收的热量达到每小时8 000 kW。能量回收技术使火力发电厂能够有效利用烟气余热和废水废热的能源资源，降低了能耗损失，提高了能源的利用效率。

2.5  智能控制和优化

在火力发电厂的电气节能降耗中，应用智能控制系统和优化算法，可以实现对火力发电厂的电气设备和工艺过程的精确监测、优化调节和自动化控制。智能控制和优化技术通过实时数据采集、分析和处理，能够对火力发电厂的电气设备和系统进行全面监测。并且智能控制和优化技术基于数据分析和模型建立，能够识别出火力发电厂电气系统中的优化空间和改进机会。通过算法优化和模型预测，可以提供最佳的设备运行参数和控制策略，以降低能耗、提高效率和优化电力系统的稳定性，智能控制系统可以根据实时需求和环境条件，自动调整设备运行参数，实现最佳性能[6]。

一座火力发电厂为了提升电气系统的智能化、自动化水平，选择采用智能控制技术进行电气系统的升级。首先是安装传感器和监测设备，实时采集关键设备和系统的运行数据，主要是在锅炉和汽轮机等设备中安装温度传感器，实时监测温度变化；在锅炉和蒸汽系统中安装压力传感器，实时监测压力变化。并在智能控制技术的应用下基于数据分析结果，应用智能控制算法进行电气系统的优化调节，根据温度传感器、压力传感器的实时数据，优化锅炉燃烧和供热系统的温度控制及调整蒸汽系统的压力，使锅炉的燃烧效率及蒸汽系统的能效得到有效提高。

3  结语

火力发电厂作为大型能耗单位，其能源消耗和排放对环境造成的影响不容忽视，在此情况下引入电气节能降耗技术，可以降低火力发电厂的能耗和温室气体排放，减轻对环境的压力，推动绿色低碳发展。通过对火力发电厂电气节能降耗技术的研究，智能控制和优化技术、电动机优化和变频调速技术、输电和配电系统优化以及能量回收技术等都是有效的电气节能降耗技术，能够显著提高火力发电厂的能效、降低能耗和优化系统性能。

参考文献

[1]张晓丽，张志伟.电厂电气节能技术的实际运用[J].电气技术与经济，2023（5）：166-168.

[2]刘彦杰.电厂电气节能技术的实际应用分析[J].应用能源技术，2022（11）：41-44.

[3]杨磊.电厂主要耗能设备的运行优化与节能降耗[J].化学工程与装备，2022（2）：183-184，105.

[4]陈肇南.平圩电厂高压电机调速技术的研究[D].淮南：安徽理工大学，2021.

[5]顾玉田.1000MW火电机组水泵节能策略[D].徐州：中国矿业大学，2021.

[6]张文超.电厂运行优化与节能降耗措施研究[J].中国石油和化工标准与质量，2021，41（10）：46-47.