2.火電機組近代化
我國發電量80%為火電,1994年全國平均供電煤耗為414克/度,比工業國家約多1/3,主要原因是我國火電設備落後,熱效率低。據初步計算,現有中低壓機組若以30萬千瓦亞臨界壓力機組代替,可節約原煤3000萬噸,這是很大的節能。
20世紀末,工農業產值翻兩番,電的需要量也翻兩番,2000年增加1.5億千瓦火電機組,按高壓、超高壓機組的耗煤水平,則需要增加3.4億噸標準煤。如發展30萬~80萬千瓦亞臨界及超臨界壓力大機組,使電廠效率接近38%~40%,則隻需增加2.2億噸標準煤。因此,我國火電建設一方麵需要更新中壓機組,淘汰小型低壓機組,更重要的是完善和發展30萬~80萬千瓦亞臨界及超臨界壓力機組,進一步提高經濟性和可靠性;興建一定數量的熱電站、熱電聯產,提高煤炭的利用效率。與此同時,應組織科研機構、高等學校及生產部門的科研力量,著手進行研究和發展百萬千瓦超臨界及超超臨界壓力大機組。
3.城市煤氣化
全國城鎮民用炊事用煤利用效率很低,隻有15%左右,若改燒煤氣其效率可提高到50%。加快煤氣化可先從人口集中的大城市做起。城市人口還會增加,但實現煤氣化後,民用炊事燒煤數量基本上不需要再增加。除了焦爐附產煤氣應充分利用以及適當利用液化石油氣外,必須研究煤炭氣化新技術。如固定床氣化魯奇爐比較成熟,但氣化效率屬中等;煤粉氣化德士古流程需用純氧,生產成本如何才合算,需要研究;流態化床氣化技術,特別是以各種載體作為氣化熱源的循環流化床技術,值得研究。
4.工業爐窯高效化
我國各類工業生產及工業爐窯的熱效率一般比國外先進水平低一半左右。國內先進與落後也有差距,好的爐窯燃燒效率可達50%,而差的隻有5%~10%。近期要求經過技術改造,使全國平均水平達到目前國內先進水平是可能的,這樣可以節約2000萬噸標準煤。新建爐窯時,應盡量選用先進爐型;進行現有工業爐和爐窯的技術改造時,還應提高自動化控製水平。
5.機車電氣化
蒸汽機車的熱效率很低,隻有6%~7%,電力機車效率可達到24%,如將機車用的煤炭改作電站燃料,就可以節約煤炭,增加運輸能力,並且有利於環境保護。2007年,鐵路裏程及運輸量均增加,而供機車電氣化的用煤並不比以前蒸汽機車用煤量增多。根據我國目前的情況,要在國內客運繁重的主要幹線、陡坡山區地帶以及一些新建鐵路,實現機車電氣化或采用內燃機車。
通過上述五個方麵的技術改造,“十一五”末,全國煤炭總消耗量當可得到有效控製,煤炭供需可以基本達到平衡。
第六節 節約用電
我國1980年發電約3000億度,2000年工農業總產值翻了兩番,電力需求也翻兩番,發電約12000億度。由於生活水平的不斷提高,城鎮居民及農民生活用電也大幅度上升,如按3口之家每戶一年用電300度,即人均每年為100度計算,則13億人口生活用電將達1300億度,占總發電量的10%,因此我國總的電力的供應與需求相差仍很大,要靠節電,靠科學技術進步,靠提高電能利用的效率來解決,節電包括輸電、配電以及一切用電設備的節約和效率的提高,範圍甚為廣闊,技術措施多種多樣,科學理論涉及麵寬。現將主要的節電途徑分述如下。
一、輸配電的節電
影響電網內部能量消耗的因素很多,如用電量增加而個別電力網係統中電網建設卻落後;係統之間的聯絡線和遠距離輸電部分增加;從電源至用電中心的平均輸電距離加大;無功功率補償率降低;電網電壓等級下降;在有負載下變壓器和電壓調節器沒有得到充分利用等。
為了降低輸配電電能的消耗,可以根據發展方案和查明的損耗源來改造電網係統,例如:
1.提高供電電網電壓。輸送同樣的負荷,功率損耗與運行電壓的平方成反比。若把10千伏的線路電壓升高到35千伏,線路和變壓器的電能損耗可降低91.8%。
2.增設聯絡線。改建電網,增設聯絡線,並適當加大電線電纜的截麵尺寸,從而降低線路的電能損耗。
3.調整變壓器。變壓器的電能損耗是恒定損耗,與有無負荷無關。變壓器的效率雖然很高,但即使效率是99%,當容量是1000千伏安時,1%的損耗就是10千瓦,是相當可觀的。因此,要把變壓器的容量調整到和用電相適應的規格。在必要時,可以把輕載的變壓器停用。
4.提高功率因數,減少無功電流的遠距離輸送。如果負載係統中總功率因數低,供電部分就要供應額外的無功電流部分,因而變壓器、開關設備和電纜等的損耗加大。為此,可以就地裝設電力電容器、調相器,在采用大功率電動機時,可考慮采用同步電動機。
二、電動機的節電
電動機的用途最廣,在全部發電量中,約有60%左右為電動機所用,因此電動機的節能問題影響極大。不僅要考慮提高電動機的設計效率,而且要對運行方式、輸出功率的選擇、負載側效率的提高等進行綜合考慮。
1.電動機容量要合理選擇。電動機的額定容量應根據負載的需要正確選擇。必須使電動機所帶負載經常或大部分時間內能接近電動機的額定功率,因為一般電動機在80%~100%負載時效率最高。
2.電動機不應在空載下運行。電動機旋轉時,除通風損耗摩擦損耗及電刷摩擦損耗外,還有電磁現象的磁滯和渦流造成的損耗,以及空載電流造成的損耗,所以電動機不帶機械負載而空轉時要造成電能的浪費。尤其是感應電動機,空載時功率因數很低。感應電動機空載時的電流很大,約為額定負載電流的20%~50%,而且是無功勵磁電流,所以功率因數也很低,造成損耗。因此,感應電動機不應在空載狀況下運轉。
當電動機帶動斷續運行的機械負載時,可以借助於時間繼電器、行程開關或電子設備,裝設自動停車裝置以降低損耗。
3.電動機輕載時的節電問題。如果感應電動機的負載沒有達到額定值的40%,而定子繞組是接成三角形的,可以把定子繞組換接成星形。這時相電壓降低到原來的1/3,電動機的功率就降為額定的1/3,而且空載電流幾乎也減小到原來的1/3,於是提高了電動機的功率因數,達到了節電的效果。
感應電動機定子繞組在輕載時從三角形換接成星形,可以借助於自動換接開關。並且還可以加裝負載檢測設備,自動檢測電動機的負載率,及時使自動開關動作,達到星形-三角形換接的目的,以節約電能。
4.相位補償法提高功率因數。如果受生產情況的限製,全部電氣設備處於低功率因數運行狀況,則可用相位補償法來達到提高功率因數的目的,通常是將電力電容器與電動機並聯接於電網以提高功率因數,也可用同步補償機與電動機並聯接於電網來提高功率因數。
另外,同步電動機具有功率因數等於1的優越性,而且可以調節到它從電網吸取有功功率轉換為機械功的同時,還能供給電網無功功率。如果采用同步電動機與感應電動機同時接於電網,將起到相位補償作用,從而提高功率因數。同步電動機一般用於拖動大型的壓縮機和水泵等。
三、熱處理電爐的節電
熱處理電爐是大量用電的設備之一。電爐的節電措施可以從提高電爐的生產率、降低熱力損耗及餘熱利用等多方麵來進行。
1.電爐反複升溫降溫將造成熱損失。電爐反複升溫降溫時,爐體的蓄熱將受到影響。應盡量做到集中開爐,連續作業。如果部件待料或操作人員休息時間較長,則應停爐。
2.電爐工作時,工作容量應全部被利用。電爐工作時,如果負載不足,將引起加熱產品單位質量的耗電量增加。在強迫通風的低溫電爐中,熱的傳遞主要是對流而不是輻射,應當考慮如何安放製品,以便熱空氣能夠自由地通過它。在這種爐內,增加製品的數量並不會延長加熱的時間,生產率可以提高。
3.減輕裝料盤箱或夾具的質量。裝料盤箱或夾具在製品加熱時,有時要一起入爐,其質量和尺寸必須盡可能減小。出料以後可以將裝料盤箱及夾具立刻放進絕熱室,保持溫度以利再用。
4.減少電爐中熱量的損失。熱量損失與電爐的絕熱情況有密切關係。爐襯必須用絕熱材料,不允許用爐渣、沙等來代替,以免大量損失熱量。電爐外表麵的溫度在任何情況下都不該高於60℃,否則爐子的熱損耗過大,又不利於工作人員的健康。電爐表麵應塗銀粉漆,這樣比磚牆或外包塗漆的金屬皮要降低熱損耗4%~6%。爐襯中隻要有一點裂縫或孔隙,就會大大增加熱損耗,因此應檢查電爐引入線是否緊接,以及熱電偶的埋藏孔是否妥善。在加料和出料時要注意爐門開口的麵積應恰好與進出零件的輪廓相配,並在進出口處安放石棉屏障,並適當控製打開爐門的時間,以減少熱損耗。
5.加熱製品餘熱的利用。按照工藝要求,加熱製品要慢慢冷下來,它的熱量應該加以利用,用來預熱下一批製品。在分批工作的罩式和豎式電爐中,可以有特製的箱或井,以便將需要冷卻和預熱的製品輪流放入這種井內,讓製品在進爐前得到預熱,達到節約電能的目的。
四、金屬弧焊機的節電
電焊過程中的損耗很大,這些損耗是由於電焊機本身、焊接電路或工藝過程不正確以及生產組織不善等原因造成的。
1.設備利用方麵。電焊變壓器在空載時電能的損耗極大。電焊機空載包括帶電對焊件劃線、移位以及換電焊條等。在此期間,應將電焊變壓器的電路切斷。可以安裝一個當電弧間斷時能自動斷開電路的開關。
減少阻抗線圈的匝數,可以提高電焊機的工作效率。檢查回路母線(工作接電線),注意從焊件到電焊機的接地線上的電壓降,一般不超過5%~8%(3~4V)。檢查所有次級回路中的接觸點,應保持良好狀況,勿使過熱。在接觸點上的電壓降不應過大(0.03~0.2V)。厚塗料的電焊條可以提高強度,同時又能減少燒損和飛濺的損失,也是節能的措施之一。
2.工藝方法方麵。工作之前應該熟悉焊接的工藝過程、焊縫尺寸和公差以及焊接規範。
為了達到節約用電的目的,應力求焊件在加熱較少的情況下,即能取得優良的焊縫。用回流母線或墊板裝置作移動接地點,借以消除電弧熄火現象。對接的焊件,在裝配時留出細小的焊縫(2~3mm),搭接的焊件裝配時應緊密貼合。在焊接各種不同的縫時,應使焊條有正確的傾斜度。
3.高生產率的電焊方法。為了提高電焊的生產率,可以采用與一般方法不同的其他方法,它們的特點應該是施焊方法極快。在加大電焊速度的情況下,焊條加熱所耗的電能和電網中所耗的電能當然減小。埋弧焊法就是其中的一種。在焊縫中另加填充金屬,可以加快施焊過程。還有一種方法是加大焊接規範,即提高焊接電流的電流量以提高生產率。
在可能的條件下,采用自動電焊是提高生產率的途徑。自動電焊是在粒狀焊劑層下進行工作的,電弧在裸焊條末端和有厚層熔融焊劑覆蓋著的焊件之間燃燒。焊劑保護了焊縫金屬免受氧化和氮化,同時也減少了各種主要元素的燒失。焊接區內電流很大,並且熱量高度集中,可以進行一次性施焊的高速焊接,即使金屬厚度較大時也是如此。
為了節約電能,需製定最適合於金屬厚度和接頭形式的焊接規範,調整電弧電壓以保證電弧的高效率,檢查接觸點上的電壓降,規定電極沿焊縫移動的正常速度和電焊絲送出速度,以及向焊縫坡口中填充輔助金屬等,從而在獲得高質量的焊縫的同時又節約了電能。
五、照明的節電
1.照明係統方麵的節電。當不需要照明時應隨手關燈,這是一種對照明節電的手動控製方法。當前還有其他節電控製法。
①日光控製,辦公室的窗戶都可以透進光,所以可以利用光傳感器檢測外來光線的狀況,以控製燈具的啟閉。②時間控製,根據預定程序來啟閉照明器具。例如辦公室在工作前、休息時間及下班後,自動熄燈或熄滅部分照明,以利節電,這就是時間程序控製。③照明調節器控製,照明器具往往由於燈具的作用特性、汙染等原因,使燈具的亮度隨時間而降低,因此在照明設計時,總把照度設計得比實際需要高一點,此過剩的亮度可由亮度調節器加以控製,以便保持適當的照度,從而達到節電的目的。
2.光源方麵的節電眾所周知,熒光燈的效率比白熾燈高4~5倍,壽命比白熾燈長3~4倍,這表明省能光源的研究是極其重要的。省能光源的特性應該是;①效率高;②燈電流、啟動電壓等電氣性能和燈頭最好與常用的品種相一致,使之容易標準化;③形狀、光色、顯色性等應能使人們獲得最優的視覺;④價格便宜。這樣就有利於省能光源的推廣使用。
就白熾燈來說,為了提高效率,有的在燈泡內表麵塗以提高光效的膜層,如白漆膜;有的在燈泡中充以氣體,如氪氣。就熒光燈來說,為了提高發光效率或改善光色,可以改變熒光物質的類別,可以在管內充以不同種類的氣體,可以增加管內的壓力,也可以改為冷陰極等,諸如三波長發光型顯色熒光燈、氪氬混合氣體熒光燈、高壓鈉燈、冷陰極熒光燈,等等,可根據需要采用,以節約電能。2007年中國緊湊型熒光燈銷售量增加了147%,達到了37,00萬個,占世界緊湊型熒光燈銷售量的1/10。
大力推廣綠色照明工程。我國照明用電占社會總用電量的13%,但高效節能燈使用量嚴重偏低,2003年約為3.56億隻,而普遍白熾燈的使用量高達30多億隻。據測算,用高效節能燈代替白熾燈可節電70%~80%,用電子鎮流器替代傳統電感鎮流器可節電20%~30%,交通信號燈由發光二極管替代白熾燈,可節電90%。據估計如果在全國範圍內推廣使用12億隻高效節能燈,其節電效果將非常巨大。
以化合物半導體材料為發光主體的半導體固態發光二極管(LED)是一種新型照明光源,正引發人類照明史上的一次革命。同樣亮度下,半導體燈電能消耗僅為白熾燈的1/8,而壽命則是白熾燈的100倍。半導體照明具有節能、長壽命、免維護、環保等特性。近年來,半導體固態照明技術有了長足的進展,光效最高水平均為白熾光的10倍,預計到2020年前後,固態照明可以實現大規模產業化,大大節約照明耗能。