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第五届陕西省重点用能企业节能政策培训会

节电技术简介

目录

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我国的能源利用与节能现状

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输配电系统及其节电技术

3

4343
电力需求侧节电技术案例介绍

1. 我国的能源利用与节能现状

能源的概念
能源是在一定条件下可以转换为人类利用的某种形式能量的自然资源，包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等。
能源的种类很多，按其形成条件分为一次能源和二次能源。
一次能源 二次能源

以天然形态存在于自然界中，可直接取得而不需改变 其基本形态的能源。如煤炭、石油、天然气等化石燃料以 及风能、核能等。
由一次能源经加工转换
而获得的另一种形态的能源。如电能、酒精、汽油、蒸汽、氢能等。其中电能是最重要 的二次能源。

我国的能源现状
目前我国能源消费现状呈现出节节攀升的趋势，其中煤炭的消费占70%左右 ,而且在未来相当长的时期内，我国仍将是以煤为主的能源结构.同时石油和天然气所占能源的消费比例也开始慢慢上升，出现了石油、天然气对外依存度逐步加大的情况。
从能源总量来看，我国是世界第二大能源生产国和第一大能源消费国。

国内节能发展
节约能源，是中国缓解资源约束的现实选择。推进能源节约，是中国经济社会发展长期而艰巨的战略任务。中国坚持政府为主导、市场为基础、企业为主体，在全社会共同参与下，全面推进能源节约。中国坚持以提高能源效率为核心，以转变经济发展方式、调整经济结构、加快技术进步为根本，构建能源资源节约型的产业结构、发展方式和消费模式。建立节能型的产业体系，落实节能目标责任制和评价考核体系。完善节能技术推广机制，鼓励节能技术和产品的研发。深化能源体制改革，完善能源价格形成机制，充分发挥财政税收等经济政策对节能的推动作用。

中国全面落实能源节约的措施是：

o 推进结构调整
o 加强工业节能
o 实施节能工程
o 加强管理节能
o 倡导社会节能

近年来中国的节能技术也取得了较大的进步。通过自主研发和引进国外的先进技术和设备，已使国内许多行业从中受益，并形成了良性发展的势头。总体来看，中国能源开发与节约工作取得了重大进展，能源效率有所提高。

但与发达国家相比，中国能源效率水平依然偏低。

2. 输配电系统及其节电技术

2.1 电力系统的组成
· 电力系统是由发电机、变压器、电力线路、用户等组成的系统。
· 对电力系统的要求：
（1） 保证发供电的可靠性
（2） 保证良好的电能质量
（3） 保证电力系统的经济性
（4） 最大限度的满足用户的用电需要
· 输电就是大容量、远距离传送电能。
· 配电就是将电能分配到用户。
· 工厂供电系统是指电力电源从进厂到用电设备的整个线路

电力系统的基本环节

升压变压器

发电站

用户 降压变压器
高压输电

发电站→升压变压器→高压输电线→降压变压器→用电单位

2.2 供配电系统的节能方法与措施

（一）减少输电线路的损耗

1、采用高压或超高压输电
2、减少变压级数
3、合理配置变压器
4、安装无功补偿设备

2.2 供配电系统的节能方法与措施

（二）减少输电线路运行中的损耗

1、调整电压
2、三相负载要平衡
3、处理好导线接头
4、实施经济调度

2.3 供配电系统的谐波抑制技术
（一）谐波的危害
1、增加了输、供和用电设备的附加损耗
2、影响电力测量的准确性
3、影响继电保护和自动装置的工作可靠性
4、造成通讯混乱、计算机数据处理产生错误
（二）谐波抑制技术
1、无源滤波器
2、有源电力滤波器（APF）
3、混合型电力滤波器

2.4 供配电系统节能发展趋势

（一）研发新型的输电导线，减少线路损耗
在铝制导线中加入其它微量元素，可以改变导线的性能。如耐热 铝合金导线长期工作温度为150℃，短期工作温度可达230 ℃。 碳纤维复合导线代替普通钢芯铝绞线。碳纤维导线具有重量轻、载
流量大、强度高、耐高温、线损低等优点，是今后最具发展潜力
的输电导线。
（二）推广应用节能型电力变压器
硅钢铁心变压器，自身损耗较大。
我国从1998年开始批量生产的非晶合金变压器，节能效果显著， 其空载损耗可下降50%～60%。

（三）普及先进的现代静止无功补偿装置
随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的广泛应用，无功补偿出现了现代静止无功补偿器
·静止无功补偿器（SVC）： 响应速度快，连续调节无功功率输出；不足之处是铜损和铁损都较大，高次谐波较多。
·静止同步补偿器（STATCOM）： 损耗小，响应时间短，产生谐波很少；不足之处是控制复杂，成本较高。
电力系统无功补偿装置发展的主流是SVC、STATCO M以及两者混合的装置

3. 电力需求侧节电技术

3. 电力需求侧节电技术
电力需求侧的节电主要有以下几种：
· 绿色照明
· 电机系统节能
· 无功补偿
· 余热余压发电
· 分布式光伏发电

3.1 绿色照明技术
o 绿色照明是指以提高照明效率、节约电力、保护环境为主要目的的照明设计、设备选型及控制方法。
o 高效节能光源有：
· 荧光灯：
· 气体放电灯：
· 半导体灯（LED灯）

荧光灯
Ø 原理：利用放电产生紫外线辐射激发荧光粉层而发光。
Ø 分类：
ü 组合方式：直管或异型管荧光灯，需要外配镇流器；紧凑型荧光灯，与镇流器合一。
ü 启动方式：普通电感镇流器，高频电子镇流器， 节能型电感镇流器。
ü 使用的荧光粉：普通荧光灯，三基色荧光灯

直管荧光灯 异型管荧光灯

紧凑型荧光灯：多用以替代普通白炽灯

无极荧光灯
Ø 光效较高、寿命较长，达6万h以上，无频闪，能瞬时启动，价格较高。
适用范围：维护费用高昂、更换光源困难，如桥梁、高塔等

气体放电灯
Ø 金属卤化物灯：金属卤化物蒸汽扩散，在电弧的作用下产生辐射光。

功率：50～2000W
寿命：8000～20000h

优点：光效高，显色性好，寿命长，色温范围大

适用场合：高顶工业建筑、商场、展示厅等

高压钠灯
Ø 钠蒸汽放电发出的共振辐射位于可见光区，且位于光谱光效率函数最大值的附近。
特点：光效高，可达140lm/W 寿命：20000h
显色性较差： R＝15～30
适用场合：一般道路、工厂（对光色要求不高）

LED灯
功率：1.5~5W 寿命：100000h
优点：省电、寿命长、工作电压低、免维护、光响应速度快、环保
缺点：价格高
适用范围：维护及换灯困难的场合以及需快速响应的场合，如交通信号灯、汽车尾灯、转向灯、夜景照明等。
耗电特性：仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4

如果我国的照明全部使用LED灯，一年节约的电量将相当于６座三峡电站的发电量。

3.2 电机系统节能技术
o 电机作为风机、水泵、空压机、机床、制冷等各种设备的动力，是一种将电能转换为机械能的转换装置。

o 据业内有关专家估算，我国电机的总装机容量已达5亿多kW，年耗电1万亿度电以上，占全国用电量的60%。各类电机中，0.55~200kW的中小型异步电动机约占80%。

电机系统存在的问题
o目前，我国电机系统运行中存在的问题有：
（1） 电动机及拖动设备效率低。
电机产品效率比国际先进水平低2%~5%，风机、泵类等产品效率比国际先进水平低2%~4%。
（2） 系统运行效率低
系统匹配不合理，系统运行效率比国际先进水平低10%
~20%。
因此，电机系统有着很大的节能潜力。

电机系统节能技术改造的途径
（一）加速更新淘汰落后设备，采用高效、节能电机。
我国高效电动机指能达到或超过GB18613-2 002《中小型三相异步电动机能效限定值及能效评价值》中的节能评价值的电动机。Y系列中的YX 派生系列高效电机通过节能回收投资差价，一般只要2年左右。而电机的使用寿命有10年多。

普通电机 YX3系列电机

高效电动机与普通电动机的性能比较
普通电机（以Y系列为例）高效电动机（以YX3系
列为例）
效率（%） 一般 比普通电机高1%~3%
功率因数（） 较好 好

运行特点 一般场合 可在运行时间长、负载率高的场合
制造成本 100% 115%~130%
经济效益 较好 很好（损耗降低
20%~30%）
节电 一般 很好

互换性 符合IEC标准和 42673
规定
符合IEC标准和 42673
规定

电机系统节能技术改造的途径
（二）改善电机拖动系统调节方式，推广变频调速等先进电机调速技术，合理匹配电机系统。
根据电机学理论，交流电机的同步转速为n=60f/p，
p为电动机定子绕组的磁极对数，f为电源频率。
异步电机的实际转速总是低于同步转速的，且随着同步转速的变化而变化。在电动机p固定的情况下，电动机的转速与电源频率f成正比。可以通过变频器向电动机提供频率可变的电源并控制电动机的转速。

变频器
o变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频）， 先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。它主要包括以下部分：
o整流器：把三相（单相）交流电源整流成直流电
o逆变器：作用与整流器相反，将直流电逆变成电压和频率可调的交流电，来实现变频调速。
o控制电路：这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。
此外，还有中间直流环节。

对于风机、泵类负载，如果采用调速改变其流量
，可达到显著地节能效果。根据不同情况节电率可达到20%~60%

电机系统节能技术改造的途径
（三）优化电机系统的运行和控制，推广软起动装置和无功补偿装置，通过过程控制， 合理配置能量，实现系统经济运行。
实现电机经济运行最基本的方法是合理选择和使用电机。 选用电动机时，应首先选择电动机的类型、功率及各种技 术参数，使它具备与被拖动的生产机械相适应的负载特性。一般异步电动机的额定效率和功率，按负荷系数在75%~100%的范围内设计。电动机额定输出功率应为选 择负荷功率的1.10~1.15倍较适合。

电机的启动性能问题
三相交流异步电机的缺点之一是启动性能差。在额定电压下直接启动，会带来许多问题：
（1） 启动电流很大，直接对电网产生冲击。 一般空载启动电流可达到额定负载电流的4~7倍， 若带载启动时可达8~10倍或更大。
（2） 直接启动会造成电机损耗增加，使电机绕组发热，加速绝缘老化，影响电机寿命；机械冲击过大会造成电机的损坏。
（3） 电动机直接启动会对拖动的机械系统造 成冲击。

软启动
原理：在三相电源与电机间串入三相反并联晶闸管（可控硅整流器），利用晶闸管移相控制原理，启动时电机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐上升
，电机转速逐渐增大，直至达到满足启动转矩的要求而结束启动过程，此时旁路接触器接通（避免电机在运行中对电网形成谐波污染，延长晶闸管寿命）。

软启动
软启动较传统自耦降压
、Y/△降压启动具有明
显的优点：
o1.无冲击电流
o2.恒流启动
o3.可根据负载特性调节启动过程的各种参数
o4.减小损耗，提高功率因数，节省了电能
o5.具有齐全的保护功能

3.3 无功补偿技术
用电设备正常运行时，不仅要从电网吸收有功功率用来作功，而且还要吸收无功功率建立磁场：无功电源同有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低，功率因数下降。因此，提高用电体系功率因数对电网的降损节电，安全可靠运行有着极为重要的意义。

o 功率因数低的实质，是无功功率太高。如果提高电力线路所输送负荷的功率因数， 必须设法减少由该电力线路输送的无功功率。通常采用的方法是人工补偿提高功率因数，即无功补偿。
o 采用无功补偿不仅可以提高设备利用率、减少设备容量、降低网损、节省电费开支
。还可以从功率因素调整电费中获益。

某地区电网功率因数调整办法

减少电费
实际功率因数

0.90

0.91

0.92

0.93

0.94
0.95-
1.00
月减少电费%

0.00

0.15

0.30

0.40

0.60

0.75

增加电费
实际功率因数

0.89

0.88

0.87

0.86

0.85
0.84-
0.70
月增加电费%

0.50

1.00

1.50

2.30

2.50
3.00-
10.00
实际功率

0.64以
因数
0.69
0.68
0.67
0.66
0.65
下每降低0.01
增加2%
月增加电费%

11.00

12.00

13.00

14.00

15.00

无功补偿容量的确定

从提高功率因数的需要来确定补偿容量。如果已知最大负载月的平均有功功率，补偿前的功率因数以及补偿后欲达到的功率因数
，则补偿容量为：

QC =
Par(
1
1
cos2 j
-1 -
1
2
cos2 j
-1)

无功补偿方式
传统上采用电容器补偿，其补偿方式分为三类：
（1） 个别补偿，即就地补偿。将电容器直接接在用电设备附近。
（2） 分组补偿。将电容器组分别安装在各个车间配电盘的母线上。
（3） 集中补偿。将电容器组接在配电所的高压或低压母线上。
除此之外，还有SVC、SVG等新型基于电力电子技术的无功补偿设备。

3.4 余热发电
余热余压发电是指工业企业利用生产过程中多余的热能和压差转换为电能的技术。
常见余热、余压发电项目有：高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种， 广泛存在于水泥厂，化工厂，冶金、煤矿，造纸厂，热电等工矿业生产过程中。
根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的1 7%~67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。

3.4 余热发电
余热余压发电项目符合国家节能降耗、保护生态环境的基本国策，属于国家大力支持的资源综合利用项目。

余热发电厂的主要设备
(一)余热锅炉组成部分
余热锅炉部分是由锅炉本体、过热器、省煤器、汽包等组成，它们的作用如下：
（1） 锅炉本体：吸收炉膛中的热量，产生饱和蒸汽。
（2） 过热器：将饱和蒸汽进一步加热，提高蒸汽温度为过热蒸汽。
（3） 省煤器：利用烟气的余热提高给水温度。降低排烟温度，提高锅炉热效率。
（4） 汽包：汽包是锅炉蒸发设备中的主要部件，是汇集炉水和饱和蒸汽的圆筒形容器。是加热、蒸发、过热三个过程的分界点。

余热发电厂的主要设备
（二）汽轮机部分
汽轮机是由汽轮机本体、调速系统、危急保安器及油系统组成，它们的作用如下：
（1） 汽轮机本体：由锅炉输出的高温高压蒸汽吹动叶轮转动，将热能变换为机械能。
（2） 调速系统：使汽轮机在负荷变化时，自动增大和减小蒸汽的进汽量，保持汽轮机在额定转速（3000r/min)下稳定运行。
（3） 危急保安器：当汽轮机调速系统失灵，转速超过3300r/min
，危急保安器动作，将主汽门关闭，防止汽轮机损坏。
（4） 油系统：它是供给汽轮机和发电机各处轴承的润滑油和调速系统用油。

余热发电厂的主要设备
（三）电气部分
电气部分由发电机、变压器、高低压配电装置、输电线路及厂用电和综合自动化系统系统组成，它们的作用如下：
（1） 发电机：将机械能转换为电能。
（2） 变压器：将发电机输送出的电能的电压升高或降低。余热发电不需要。厂用变压器供辅助设备用电。
（3） 高低压配电装置：它是按主接线的要求，由开关设备、保护测量电器、母线和必要的辅助建筑构成的总体，其作用是在正常时用来接受和分配电能，在系统故障时迅速切断故障部分,恢复正常运行。

余热发电厂的主要设备
（4） 输电线路：向用户输送电能与系统联络，以保证供电的可靠性。
（5） 厂用电系统：供给发电厂生产用电、照明、机修等自用电。
（6） 综合自动化系统: 由DCS自动化控制系统、二次仪表、综合保护装置、电气测量系统、电气计量系统、电站自动统计报表系统等组成。完成遥控、遥测、遥信、遥脉、综合保护功能
。

3.5 分布式光伏发电
o 传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。
o 分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量， 同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。

模型简介

电网

太阳
太阳能电池板

逆变器
交流电

负载

光伏电池原理
太阳能电池主要由半导体硅制成。在半导体上照射光后
，由于其吸收光能会激发出电子和空穴（正电荷），从而半导体中有电流流过，这可称为“光发电效应”或简称“ 光伏效应”。
掺有磷杂质的硅含有多余电子，称为N型半导体；掺有硼杂质的硅含有多余正电荷，称为P型半导体。若将两者结合，称为PN结，这就是半导体器件的最基本结构。在PN 结中，P型半导体的电子受到拉力，N型半导体的正电荷受到拉力，在结合处形成正负抵消的区域，形成阻挡层。此时，若有光照射，则激发电子自由运动流向N型半导体； 正电荷则集结于P型半导体，从而产生了电位势。

光伏发电系统构成

光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器构成。
光伏发电系 统可分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统：独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要蓄电池来存储能量，在民用范围内主要用于边远的乡村，如家庭系统、村级太阳能光伏电站；在工业范围内主要用于电讯
、卫星广播电视、太阳能水泵，在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统等。并网太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式，成为电网的补充。

4. 案例介绍

1. 绿色照明

某单位原采用40W白炽灯照明，现使用11W紧凑型荧光灯加以替换，假定每年工作时间2000h。

分析方法
定义每（klmh）的花费为单位照明成本U：
U＝（Cd + Cr）/L + PRL / F L
F ——灯的光通量，lm；
Cd ——灯的价格，元；
Cr ——每换一只灯的人工费，元； L——灯的寿命，小时；
P——每只灯的功率，W； R——电费，元/(kWh)；

40W白炽灯与11W的紧凑型荧光灯比较

40W白炽灯光通量F＝600lm；
价格Cd ＝2元；
人工费Cr ＝0.4/只； 寿命L＝1000h；
功率P＝40W；
电费R＝0.65元/kWh
单位照明成本U＝0.0473元/k lmh
11W荧光灯光通量F＝600lm；
价格Cd ＝12元； 人工费Cr ＝0.4/只； 寿命L＝6000h；
功率P＝11W；
电费R＝0.65元/kWh
单位照明成本U＝0.0125元/k lmh

初始投资和年运行费的比较

40W白炽灯
11W紧凑型荧光灯
初始投资（元）
—
12
年电力费（元）
52
14.3
年换灯次数（次）
2
0.33
年换灯费
4.8
4.1
年运行费
56.8
18.4

投资回收期
投资回收期＝12/（56.8－18.4）＝0.31年

2. 无功补偿
某硅铁厂的生产线功率因数0.8，投资64 6万元加装中压、低压无功补偿装置各两台
，将功率因素提高到0.92以上。投资效益（
1）提高日产量8吨左右，年增加利润132万
；（2）每年节约用电1045.44万度，按电价
0.42元/度计算，年节约电费439.81万元；
（3）功率因数提高到0.92，供电局考核有 罚到奖节约961.63万元/年。共计效益1533. 42万元/年。

3. 余热发电
水泥厂余热发电 水泥生产属高耗能产业，在我国水泥行业生产中，传统的湿法窑、立波尔窑和中空干法窑生产线普遍存在工艺落后、设备陈旧和管理水平低等问题，利用余热发电技术可提产节能，是企业培植的新的效益增长点。某水泥厂利用现有的1200t/d熟料生产线窑头熟料冷却机及窑尾预热器废气余热，建设一座1.5MW低温余热电站，设计年运行7200小时，平均发电功率1450k W，年发电量1044万kWh，每年节约电量720万kWh
，一年节约电费约300余万元。

4. 分布式光伏发电
我省某企业在其办公楼、厂房车间等建筑物的顶部安装2MWp屋顶用户侧分布式光伏发电系统。项目总投资2000多万元，年发电量230万kWh，按电费0.65元/kWh，节约电费149.5万元。同时国家对于分布式光伏发电，每发一度电补贴0.42元，可获得补贴96
.6万元/年。每年效益为246.1万元。

田东蒙/陕西省节能监察中心
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