超低排放标准下的电力系统节能关键技术

顾昊晟 周 敏

1．上海海事大学商船学院

2．上海电力大学能源与机械工程学院

0 引言

随着社会经济的不断发展，用电需求量也在不断上升。目前，煤电仍占主导地位，太阳能、风能等新能源发电量所占比例较少。而煤价上涨导致用电成本不断增加，同时环保也是人们普遍关注的热点[1]，所以发展节能技术越显重要。尤其是近年来，超低排放标准[2,3]的发布，要求燃煤发电厂粉尘、硫氧化物、氮氧化物的排放不超过5mg/Nm3、35mg/Nm3和50mg/Nm3[3]，给燃煤电厂和后续输配电以及用电带来了很大压力，需要更加精细地实施节能技术。节能意味着燃煤量的减少、自然排放总量减少，更有利于环境与健康[4]。本文建议在发电、输配电、用电各个环节进行节能技术的优化，以达到超低排放标准下电力系统的节能。

1 节能的现状

我国目前的发电模式，火力发电占70%左右，且今后较长一段时间内仍占60%以上。2010年以来，我国逐步建设了1 000MW燃煤发电机组，燃烧效率得到大幅提升，但仍有不少600MW和300MW以及装机容量更小的机组。同时，由于近年来电厂投资过快，经济发展没有相应跟上，存在着大马拉小车、电厂负荷不足、运行小时数不足，致使大多数燃煤电厂燃料燃烧不充分。同时，低压余热蒸汽有效回收利用不充分、辅机运行效果欠佳，照明系统有待进一步优化等问题，使电厂存在着较大的优化节能空间[4,5]。

目前，我国电力企业在输配电过程中仍然存在能耗较大、综合经济效益不高的情况，所以，深入研究输配电线路的节能降耗技术，具有重大的现实意义与实践价值[6]。目前用户侧电力能效提升技术包括电气设计优化、经济运行、设备节能等传统的节能方式。

2 发电环节的节能措施

发电侧可以通过降低厂用电率达到节能。其中，火力发电厂的厂用电主要用电量发生在三个主要生产系统。

1)汽水系统

其主要任务是水吸热后蒸发，形成有一定参数的过热蒸汽。对锅炉汽水系统的节能，主要包括汽包水位调节，要根据实际情况进行合理调节，不能过高也不能过低；过热器的节能优化主要是通过过热器的布置、多级换热结构和采用逆向换热器，使换热效果更好；凝汽器的水垢处理，宜根据水质情况选择合适的清洗剂清洗凝汽器[7]。

2)制粉系统

（1)采用中间储仓式制粉系统代替直吹式制粉系统。中间储仓式制粉系统是将磨煤机磨出的煤粉储存在煤粉仓，锅炉燃烧用的煤粉通过给粉机从煤粉仓取用。与直吹式制粉系统相比较，中间储仓式制粉系统增加了存储煤粉的煤粉仓及相应的设备。直吹式的特点是煤粉现磨现用，磨煤机运行出力不能随锅炉负荷的变化而变化，因此，不能经常处于经济出力下运行。对电网来说，夜晚是用电的低谷，因此增加夜间用电量是电网节能的措施。采用中间储仓式制粉系统，将磨煤机制粉工作挪到夜间，白天直接通过给粉机取用。

（2)钢球级配的优化：球磨机内物料粉磨方式是随机非约束点接触式粉碎，研磨体分布是无序的，会造成大球磨小物料、小球撞击大颗粒现象。粉磨系统存在的物料过磨会导致效率下降。通过检测入磨物料的可磨系数、破碎能耗、粒度分布特性及逐级破碎后的分散度变化，分析入磨物料与研磨体在磨机内运动的规律，根据磨机结构特性、出力、出口细度与均匀性指数要求，综合考虑物料水分、大块难磨物料的影响，对不同结构类型及规格的球磨机，建立球磨机物料最佳粉碎模型，优化磨机研磨体级配与裝载量，实现粉磨能量利用最大化。

3)引风机

引风机是火力发电厂重要的辅助设备。传统的引风机采用调节挡板的开度调节风量，这种调节方式耗电量较大。目前以高压变频器为核心的变频调速系统以其效率高、应用范围广和节能效果显著的特点在节能方面得到广泛关注与应用[8]。

3 输配电环节的节能措施

我国人民生活水平不断提高，各种用电设备不断增加，电网负荷持续增大，对电网要求越来越高。在发电、输电和用电的过程中，电能要经过各种配电线路和各种配电元器件。配电线路有一定的内阻，电能经过时会产生损耗，称为线损。研究表明，我国城市配电网中线路损耗占电能传输损耗的大部分。因此做好输配电线路的节能工作，提高电能利用效率，具有重要意义[9]。

3.1 合理铺设电线

电网铺设过程中，会出现电路弯曲、迂回等现象，从而导致电阻、电损加大，为此，铺设施工过程中要减少导线总体长度，或改变低压柜线路的输出方式，尽量采取直线式代替回路式，以降低电能的损耗。

3.2 合理规划电网

电网整体合理规划对于优化能耗、降低电能损耗非常关键。对电网各个环节进行优化能有效提高供电效率，降低电能损耗。比如，城市配电网的规划，需要合理预测负荷，因为配电网供电的质量和可靠性会受到中压配电站结构的影响。因此，电网的规划需要对接线模式进行合理的选择，如采用环网等接线方式应对负荷的不断增长。

在网架结构方面，增加配电网线路之间的联络，使形成的骨干网架有清晰的结构和明确的供电范围。增加供电电源点，减小供电半径，对负荷进行合理分配，同时，增大中压配电网的导线截面，促使配电网的电能损耗有效降低。

3.3 完善无功配置

无功损耗在电能的传输过程中十分严重，完善无功配置对整个系统的优化具有重要的意义。在完善无功配置过程中，应根据实际情况，选择无功补偿方式、补偿容量及补偿点，以达到最优的配置。

3.4 及时更换输配电线设备

及时更换电力输配电线设备可降低损耗。应采用新型材料制作的线路设备。更换过程中，切断金属材料磁路可达到节能效果，成本也较低。电网线路运行过程中，变压器是电能消耗的主体。因此，应对变压器的能耗进行控制和管理以实现节能。同时，采用新型节能变压器，科学设计变压器容量是非常重要的措施。

3.5 发展高效输电技术

特高压指的是交流电为1 000kV及以上和直流为800kV以上的电压等级。理论上，采用特高压输电可使现有的输电损耗下降75%以上，大大减少由输电导致的污染物排放。特高压输电能提高线路电能的输送容量，在同等输送容量下节省大量的建设资源。

4 用户环节的节能措施

4.1 采用节能性照明电器与个性化光源布局

在用户侧，推广高效节能光源。在公共场所采用电子调光器、延时开关、声控开关、等具有监测反馈功能的器件，可达到节能效果。同时，根据用户特点，如建筑特点及布局，对光源进行合理布置，提供个性化的照明方式，或采用多种可供选择的照明方式，以降低损耗。

4.2 用户节能措施实例

4.2.1空调节能控制

应用红外线控制技术和季节开关遥控管理实现空调节能。如，室内无人时，空调自动关闭；室温低于26℃不予支持开启；室内有人但制冷室温已低于22℃以下时，自动关闭空调。

4.2.2教室照明节能

目前，在学校白天室内照度很高的情况下，仍存在开灯做作业的现象，或即使室内无人或人很少时，也有长明灯现象。为此，可采取远红外智能开关控制的节电模式，实现白天室内照度达标灯不开，室内无人灯自灭；在教室照度不达标时，根据学生坐落的位置自动开启相应的照明灯，以实现高校教室照明终端自动化控制，减少高校教室照明的浪费现象。

5 智能双向互动

5.1 智能交互终端

用户侧方面，用户可根据自身实际情况，实现灵活化的用电需求。在发电侧瞬时统计用户侧的用电需求，将剩余的电能用于电网补充应急调配。在电网侧，实时了解用电需求和负荷现状，通过及时、灵敏的监测和反馈有效地对电网的电力进行调配[10]，做到需要多少电就发多少电，以达到节能的效果。

5.2 分布式能源

分布式能源将是未来智能电网的重要组成部分，也是转变能源发展方向的重要方式。目前主要是集中式发电，存在严重的弃风弃光现象，最佳的方案是将太阳能、风能应用到用户侧，在负荷低谷时将电能储存起来，用于高峰用电时段，有效平滑负荷曲线、降低系统峰谷差，以达到节能的效果[,11,12,13]。

6 结论

在分析超低排放要求下电力系统节能现状的基础上，本文提出了从发电、输配电到用电各个环节的优化措施以到达节能。

1)发电侧：改进汽水系统、制粉系统、优化钢球级配。

2)配电侧：合理铺设电线、合理规划电网、完善无功配置、及时更换输电设备。

3)用户侧：采用节能型照明电器及红外感应、声控开关等具有监测反馈的系统。

4)智能双向互动：包括智能交互终端和分布式能源，是最具前景的节能技术。