宮博韜

河鋼大河能源環(huán)境科技有限公司承德分公司

摘要：在全球能源危機(jī)與“雙碳”目標(biāo)背景下，工業(yè)企業(yè)作為能耗大戶，其電氣設(shè)備節(jié)能改造至關(guān)重要。本文以工業(yè)企業(yè)為研究對(duì)象，系統(tǒng)闡述電氣設(shè)備糟魏改造方案設(shè)計(jì)流程，通過(guò)對(duì)供配電系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等關(guān)鍵電氣設(shè)備的節(jié)能潛力分析，針對(duì)性提出改港方案，并建立燚益評(píng)估體累、氣設(shè)落效器、環(huán)功效益和社會(huì)效益三方面進(jìn)行量化分析。研究表明，科學(xué)合理的電氣設(shè)備節(jié)能改造方案可顯著降低企業(yè)能耗成本，減少碳排放，提升金業(yè)公合競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域綠色低碳發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：工業(yè)企業(yè)；電氣設(shè)備；節(jié)能改造；效益分析；低碳發(fā)展

1    引言

1.1研究背景

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，能源需求持續(xù)增長(zhǎng)，能源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻。工業(yè)領(lǐng)域作為我國(guó)能源消耗的主要部門，其用電量占全社會(huì)用電量的比重長(zhǎng)期超過(guò)60%，其中電氣設(shè)備能耗在工業(yè)企業(yè)總能耗中占據(jù)較大比例。與此同時(shí)，我國(guó)提出“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，對(duì)工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排提出了更高要求。在此背景下，推進(jìn)工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備節(jié)能改造，成為實(shí)現(xiàn)能源高效利用、降低碳排放、促進(jìn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。

1.2研究意義

從企業(yè)層面來(lái)看，電氣設(shè)備節(jié)能改造有助于降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，提高能源利用效率，增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力;從社會(huì)層面而言，能夠有效緩解能源供需矛盾，減少環(huán)境污染，推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域綠色轉(zhuǎn)型，助力國(guó)家“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。因此，開(kāi)展工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)與效益分析研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略價(jià)值。

1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外在工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域起步較早，已形成較為完善的節(jié)能技術(shù)體系與政策支持體系。如美國(guó)通過(guò)實(shí)施能源之星計(jì)劃、工業(yè)節(jié)能貸款項(xiàng)目等，推動(dòng)企業(yè)開(kāi)展節(jié)能改造;德國(guó)在電機(jī)能效提升、智能電網(wǎng)建設(shè)等方面取得顯著成效。國(guó)內(nèi)近年來(lái)對(duì)工業(yè)節(jié)能的研究與實(shí)踐也不斷深入，眾多學(xué)者針對(duì)電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)、改造方案優(yōu)化等展開(kāi)研究，但在改造方案的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)以及效益綜合評(píng)估方面仍需進(jìn)一步完善，尤其是結(jié)合不同工業(yè)行業(yè)特點(diǎn)的個(gè)性化節(jié)能改造方案研究相對(duì)不足。

2    工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備能耗現(xiàn)狀與節(jié)能潛力分析

2.1工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備能耗構(gòu)成

工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備主要包括供配電系統(tǒng)(變壓器、開(kāi)關(guān)柜等)、電機(jī)系統(tǒng)(風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等動(dòng)力設(shè)備)、照明系統(tǒng)以及各類專用電氣設(shè)備。其中，電機(jī)系統(tǒng)能耗占比最高，約占工業(yè)企業(yè)總用電量的60%-70%;供配電系統(tǒng)由于設(shè)備老化、負(fù)載匹配不合理等原因，存在一定的線路損耗與變壓器損耗;照明系統(tǒng)因燈具效率低、控制方式落后等問(wèn)題，也造成了能源浪費(fèi)。

2.2 電氣設(shè)備能耗問(wèn)題分析

2.2.1.供配電系統(tǒng):部分工業(yè)企業(yè)變壓器容量選型過(guò)大或長(zhǎng)期輕載運(yùn)行，導(dǎo)致空載損耗增加;供配電線路布局不合理，線路過(guò)長(zhǎng)、線徑過(guò)小，造成線路電阻損耗偏高;無(wú)功補(bǔ)償不足，功率因數(shù)較低，增加了電網(wǎng)傳輸損耗。

2.2.2.電機(jī)系統(tǒng):大量使用低效電機(jī)，電機(jī)與負(fù)載匹配度差，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象;傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式缺乏調(diào)速功能，無(wú)法根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整轉(zhuǎn)速，造成能源浪費(fèi)。

2.2.3.照明系統(tǒng):仍在使用高能耗的白熾燈、熒光燈，發(fā)光效率低;照明控制方式單一，缺乏智能化控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)按需照明。

2.3 節(jié)能潛力分析

通過(guò)更換高效節(jié)能設(shè)備、優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式、采用智能控制技術(shù)等措施，工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備節(jié)能潛力巨大。研究表明，將低效變壓器更換為非晶合金變壓器，可降低空載損耗70%-80%;采用高效節(jié)能電機(jī)并結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能率可達(dá)20%-50%;更換LED燈具并采用智能照明控制系統(tǒng)，照明系統(tǒng)能耗可降低30%-60%。

3  工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)

3.1供配電系統(tǒng)節(jié)能改造方案

3.1.1變壓器節(jié)能改造:對(duì)負(fù)載率長(zhǎng)期低于30%的變壓器，更換為容量匹配的高效節(jié)能變壓器，如非晶合金變壓器或高過(guò)載能力變壓器;對(duì)于老舊變壓器，通過(guò)增容改造或更換，提高變壓器運(yùn)行效率。

3.1.2無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化:在配電室安裝智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，采用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)功功率，自動(dòng)投切補(bǔ)償電容，將功率因數(shù)提高至095以上，降低線路損耗。

3.1.3供配電線路優(yōu)化:對(duì)過(guò)長(zhǎng)或線徑過(guò)小的線路進(jìn)行改造，合理縮短線路長(zhǎng)度，增大導(dǎo)線截面，降低線路電阻;優(yōu)化供配電線路布局，減少迂回供電，提高供電可靠性與電能傳輸效率。

3.2電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造方案

3.2.1電機(jī)更換與選型優(yōu)化:淘汰Y系列等低效電機(jī)，更換為3及以上能效等級(jí)的高效電機(jī);根據(jù)負(fù)載特性和運(yùn)行工況，合理選型電機(jī)，確保電機(jī)運(yùn)行在高效區(qū)間，避免“大馬拉小車”現(xiàn)象。

3.2.2變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用:對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵等流體類負(fù)載，加裝變頻器.采用變頻調(diào)速控制方式，根據(jù)實(shí)際工況需求調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能行。以某水泥廠風(fēng)機(jī)改造為例，加裝變頻器后，年節(jié)電量可達(dá)200萬(wàn)kwh。

3.2.3電機(jī)系統(tǒng)智能化控制:引人電機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)(電流、電壓、溫度、振動(dòng)等)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警與能效優(yōu)化，提高電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與節(jié)能水平。

3.3照明系統(tǒng)節(jié)能改造方案

3.3.1燈具更換:將白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)燈具更換為L(zhǎng)ED燈具，LED燈具具有發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、顯色性好等優(yōu)點(diǎn)，可大幅降低照明能耗。

3.3.2智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用:采用智能照明控制系統(tǒng)，通過(guò)傳感器(如人體感應(yīng)、光線感應(yīng))自動(dòng)調(diào)節(jié)燈具亮度，實(shí)現(xiàn)人走燈滅、按需照明;結(jié)合樓宇自控系統(tǒng)，對(duì)照明區(qū)域進(jìn)行分區(qū)控制，提高照明管理智能化水平

3.4其他電氣設(shè)備節(jié)能改造對(duì)于工業(yè)企業(yè)中的加熱設(shè)備、制冷設(shè)備等專用電氣設(shè)備，可通過(guò)采用電磁感應(yīng)加熱技術(shù)、余熱回收利用技術(shù)、高效制冷壓縮機(jī)等節(jié)能技術(shù)與設(shè)備，降低設(shè)備能耗。同時(shí)，加強(qiáng)能源管理系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)電氣設(shè)備能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析與監(jiān)控，為節(jié)能決策提供數(shù)據(jù)支持。

4  工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備節(jié)能改造效益分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1.1節(jié)能收益計(jì)算:以某機(jī)械制造企業(yè)為例，實(shí)施電氣設(shè)備節(jié)能改造后，預(yù)計(jì)年節(jié)電量可達(dá)500萬(wàn)kWh。按照工業(yè)電價(jià)0.8元kWh計(jì)算，每年可節(jié)省電費(fèi)支出400萬(wàn)元。

4.1.2投資回收期分析:節(jié)能改造總投資約800萬(wàn)元，考慮到設(shè)備折舊、維護(hù)成本等因素，通過(guò)節(jié)能收益計(jì)算，投資回收期約為2-3年，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.2 環(huán)境效益分析根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，每節(jié)約1萬(wàn)kWh電量，可減少二氧化碳排放約8.0噸。上述企業(yè)年節(jié)電量500萬(wàn)kwh，相當(dāng)于每年減少二氧化碳排放4000噸，同時(shí)減少二氧化硫、氮氧化物等污染物排放，對(duì)改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量具有積極作用。

4.3 社會(huì)效益分析工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備節(jié)能改造有助于推動(dòng)行業(yè)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)節(jié)能設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展;同時(shí)，通過(guò)降低能源消耗，減少對(duì)化石能源的依賴，增強(qiáng)國(guó)家能源安全保障能力，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展具有重要的社會(huì)意義。

5  結(jié)論與展望

5.1研究結(jié)論本文通過(guò)對(duì)工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備能耗現(xiàn)狀分析，設(shè)計(jì)了涵蓋供配電系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等的節(jié)能改造方案，并從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)三方面進(jìn)行效益評(píng)估。研究表明，科學(xué)合理的電氣設(shè)備節(jié)能改造方案能夠有效降低企業(yè)能耗成本，減少碳排放，具有顯著的綜合效益，是工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要途徑。

5.2研究展望未來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)企業(yè)電氣設(shè)備節(jié)能改造將向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展。后續(xù)研究可進(jìn)一步探索基于智能算法的能源優(yōu)化管理策略，開(kāi)發(fā)更高效的節(jié)能技術(shù)與設(shè)備，為工業(yè)企業(yè)節(jié)能改造提供更精準(zhǔn)、更高效的解決方案，助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)。

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