淺談節(jié)能設(shè)計(jì)問(wèn)題和對(duì)策

【摘 ?要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源的需求日益增加，隨著電氣自動(dòng)化設(shè)備和智能電器廣泛應(yīng)用，這與當(dāng)前電能供配的相對(duì)緊張，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展趨勢(shì)不協(xié)調(diào)。電力系統(tǒng)在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電過(guò)程中，由各種各樣因素造成電能損耗，電能損耗已經(jīng)成為限制工農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸，減少電能損耗迫在眉睫。因此，電氣節(jié)能設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，這符合我國(guó)提出的低碳環(huán)保、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展理念。本文就此展開(kāi)研究，通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)基本原則、電能損耗的原因和節(jié)能存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，進(jìn)一步探討應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)電氣節(jié)能上的對(duì)策措施，充分利用電能，產(chǎn)生更多的社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);電能損耗;電氣節(jié)能

引言

隨著經(jīng)濟(jì)、科技不斷進(jìn)步，人民生活水平不斷提高，智能自動(dòng)化設(shè)備的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)智能化需求越來(lái)越高，這也促使電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能化越來(lái)越好，由此電能的需求急劇上升，進(jìn)而滿(mǎn)足人們的生產(chǎn)生活需要。近年來(lái)，各式各樣的家用電器走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，用電量持續(xù)增加，為了進(jìn)一步保障居民用電量和用電安全，電氣節(jié)能設(shè)計(jì)要遵循安全、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。目前，能源問(wèn)題與人類(lèi)發(fā)展呈現(xiàn)出一種矛盾的狀態(tài)，而安全、節(jié)能、可持續(xù)的節(jié)能氣設(shè)計(jì)，不僅可以充分的滿(mǎn)足居民能源需求，還可以有效的緩解能源的緊張現(xiàn)狀，最大限度地降低能源損耗，這一電氣節(jié)能設(shè)計(jì)理念完全符合可持續(xù)發(fā)展的基本要求。

1.電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

首先，應(yīng)確保電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，自動(dòng)化電氣設(shè)備正常運(yùn)行，那么就需要電力系統(tǒng)源源不斷的供電，因此滿(mǎn)足電氣設(shè)備基本功能需求是電氣節(jié)能控制設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則。其次，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合電氣安全標(biāo)準(zhǔn)，確保電氣設(shè)備的有效安全運(yùn)行。最后，隨著節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電氣節(jié)能設(shè)計(jì)也應(yīng)遵循可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，有效降低電氣設(shè)備能源損耗，從而緩解我國(guó)能源的緊張局面。

1.1安全性原則

（1）供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全。供配電系統(tǒng)正常持續(xù)的供電，可以有效的保障用戶(hù)的生活和工作，一旦供電出現(xiàn)故障，不僅用戶(hù)的正常工作生活秩序受到影響，還可能導(dǎo)致意外事故發(fā)生，用戶(hù)生命財(cái)產(chǎn)的遭受損失。為了安全、優(yōu)質(zhì)、高效供電，電力供配電系統(tǒng)電源數(shù)量配置應(yīng)依據(jù)用電負(fù)荷總量確定，避免某個(gè)電源斷電導(dǎo)致全部停電的情況，同時(shí)還可以控制用電的安全性。另外，在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)增設(shè)發(fā)電機(jī)，當(dāng)電源斷電時(shí)還可切換至發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，確保供配電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行 ，從而將電能損耗降低。

（2）防雷和接地裝置設(shè)計(jì)安全。在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，防雷和接地裝置可以將雷電引入到大地，保護(hù)電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行，有效的保障用戶(hù)人身安全。為了滿(mǎn)足防雷和接地的設(shè)計(jì)要求，可以設(shè)置避雷針、消雷器和接地體等帶電氣設(shè)備保護(hù)裝置，然后將接地裝置、防雷接地設(shè)備和電氣設(shè)備相互連接，從而提高防雷接地裝置的安全性能。

1.2技術(shù)先進(jìn)原則

引進(jìn)先進(jìn)的電氣設(shè)備與工藝，淘汰高耗能、高污染設(shè)備和生產(chǎn)工藝。在人流量密集、面積寬闊的場(chǎng)所，如超市、大型商場(chǎng)、廣場(chǎng)、學(xué)校、車(chē)站等，對(duì)照明設(shè)備規(guī)格要求高，用電量也相對(duì)較大，普通的燈泡及燈具設(shè)備可能無(wú)法滿(mǎn)足正常使用。因此，創(chuàng)新與技術(shù)更新?lián)Q代，推廣使用電氣節(jié)能技術(shù)，節(jié)省更多的電能。

2.電氣節(jié)能設(shè)計(jì)存在問(wèn)題

在我國(guó)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)已經(jīng)得到廣泛關(guān)注和重視。在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中，常常出現(xiàn)的各種問(wèn)題和挑戰(zhàn)，造成了電能不必要的浪費(fèi)。實(shí)踐證明，目前我國(guó)在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題，有待解決。

2.1電氣節(jié)能設(shè)計(jì)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)和規(guī)章比較匱乏，缺乏統(tǒng)一可行的規(guī)范性文件，技術(shù)水平落后。因此，在進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致電氣節(jié)能設(shè)計(jì)質(zhì)量良莠不齊。電氣節(jié)能設(shè)計(jì)相關(guān)文件編寫(xiě)較少，有待完善。電氣節(jié)能設(shè)計(jì)關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)落后的，節(jié)能技術(shù)缺少有效的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析不全面，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的質(zhì)量難以滿(mǎn)足節(jié)能需求，效益不明顯。例如電氣設(shè)備線路走線不規(guī)范，過(guò)于迂回復(fù)雜，造成線路上的能源損失過(guò)多;諧波處理和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的安裝點(diǎn)設(shè)置不合理，導(dǎo)致多余損耗;在綜合分析變壓器成本時(shí)，沒(méi)有估算變壓器的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化成本等。

2.2電氣節(jié)能技術(shù)落后，能源利用率低

目前電氣節(jié)能技術(shù)落后，低產(chǎn)能設(shè)備未進(jìn)行淘汰，能源有效利用率低下，不符合國(guó)家新的電氣節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，這些設(shè)備國(guó)家已經(jīng)明令禁止使用，但在實(shí)際生產(chǎn)中仍使用，無(wú)形中增加電氣設(shè)備的成本。隨著電氣設(shè)備使用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，設(shè)備卻沒(méi)有得到及時(shí)更新和升級(jí)，仍基本使用大功率、高耗能的電氣設(shè)備為主，使用時(shí)間長(zhǎng)，其電氣節(jié)能技術(shù)和型號(hào)相對(duì)落后，甚至使用國(guó)家明令禁止使用的淘汰設(shè)備，且十分普遍。大量灰塵和顆粒物的吸附，使設(shè)備的散熱性能大大降低，絕緣性能變差，不僅造成了能源大量消耗，也帶來(lái)了安全隱患。此外，電氣設(shè)備中運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算不準(zhǔn)確，設(shè)備型號(hào)選用不符合實(shí)際要求等問(wèn)題，導(dǎo)致了設(shè)備的利用率低下。

3.電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的對(duì)策措施

目前我國(guó)在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)方面有著很大的優(yōu)化空間，在對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行深入分析和了解的基礎(chǔ)上，找出電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的措施與對(duì)策，從而在設(shè)計(jì)過(guò)程中利用各種有效手段減少各種能量消耗，可達(dá)到全面節(jié)能的目的，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。照明系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)電能使用量多的三大系統(tǒng)，我們根據(jù)這三大系統(tǒng)的各自特點(diǎn)分別提出電氣節(jié)能在設(shè)計(jì)對(duì)策，具體可從以下幾方面著手：

3.1照明系統(tǒng)的節(jié)能措施

（1）選用高效光源。高效光源即顯色指數(shù)高、調(diào)光性能好、使用壽命長(zhǎng)且便于啟動(dòng)的高性?xún)r(jià)比光源。根據(jù)照明設(shè)計(jì)的參考標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制各個(gè)不同場(chǎng)所照明的亮度、功率、光色等?？刂坪谜彰鞴に嚇?biāo)準(zhǔn)，即在單位面積上限制好燈具設(shè)備的功率消耗。保持照明質(zhì)量不變，盡可能選擇高效發(fā)光或緊湊型的熒光燈進(jìn)行照明，這類(lèi)燈具的節(jié)能效果比普通白熾燈具更好。

（2）優(yōu)化照明控制方式。根據(jù)光的分布設(shè)計(jì)優(yōu)化照明控制方式，適當(dāng)增加照明控制開(kāi)關(guān)，降低全光照明的頻率，通過(guò)照明開(kāi)關(guān)方便的控制點(diǎn)對(duì)點(diǎn)燈光照明，減少照明設(shè)備同時(shí)使用的數(shù)量和頻率，減少電能的無(wú)端浪費(fèi)。

（3）積極推廣使用新型光源。發(fā)光二極管（LED）被稱(chēng)為“綠色光源”，白光LED理論發(fā)光光效可達(dá)200lm/W，目前實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)達(dá)到100lm/W，50lm/W的產(chǎn)品已投入使用，其較同等亮度的白熾燈耗電減少約80%，節(jié)能潛力巨大;隨著LED照明技術(shù)的迅速發(fā)展，新型光源現(xiàn)已在廣泛使用。

3.2動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能措施

工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都離不開(kāi)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的電能消耗較高，如果能在電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)上節(jié)約電能，則可以更好節(jié)能降耗。降低電動(dòng)機(jī)的能耗，需要從提高其工作效率上著手，采取各種可行的措施，降低電動(dòng)機(jī)的各部件損耗（主要為負(fù)載損耗及空載損耗），提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)。動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能可以考慮采用以下幾種方法：

（1）選擇高效率的電動(dòng)機(jī)。在工業(yè)上，異步電動(dòng)機(jī)是電力系統(tǒng)常用的電動(dòng)機(jī)，工作效率和功率因數(shù)是衡量電動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。在電機(jī)系統(tǒng)中，盡可能地減少電動(dòng)機(jī)的空載和負(fù)載損耗，提高工作效率。采用高效率電機(jī)（Y、Y2系列）減少的耗電量與普通標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)相比，其總損耗減少20%～30%，效率可以提高3%～6%。

（2）改進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式，提高其在運(yùn)行過(guò)程中的效率。對(duì)需要根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)的設(shè)備采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速分為變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三種調(diào)速方式，節(jié)約電能效果以變頻器調(diào)速最為顯著。比如交流電動(dòng)機(jī)可以選用變頻調(diào)速的方式，或者是在壓縮機(jī)、電梯等機(jī)械設(shè)備上使用變頻器調(diào)速。泵類(lèi)、風(fēng)機(jī)的流（風(fēng)）量與轉(zhuǎn)速成比例，而功率與流（風(fēng)）量的3次方成比例。當(dāng)流（風(fēng)）量減少時(shí)，所需功率近似按流（風(fēng)）量的3次方大幅度下降，這是節(jié)約電能的有效途徑。

3.3供配電系統(tǒng)的節(jié)能措施

電力供配電系統(tǒng)要操作安全、可靠、便捷，電力供配電系統(tǒng)整體規(guī)劃設(shè)計(jì)要綜合考慮電網(wǎng)分布、供電距離、負(fù)荷容量與設(shè)備特點(diǎn)等因素，電力變配電所應(yīng)盡可能設(shè)置電網(wǎng)中心，可以縮短配電線路的距離，降低線路損耗。供配電系統(tǒng)應(yīng)采取提高系統(tǒng)的運(yùn)行電壓和功率因數(shù)，降低無(wú)功功率及導(dǎo)線中的電阻，降低供配電系統(tǒng)線路損耗等措施。一般在電能傳輸、轉(zhuǎn)換等過(guò)程中進(jìn)行節(jié)能。供配電系統(tǒng)節(jié)能主要有以下途徑：

（1）合理選用供配電電壓等級(jí)。在相同的供電情況下，電壓越高，電能的損失越少。電力供配電系統(tǒng)要降耗節(jié)能，在電壓供電范圍內(nèi)可以采用提高電壓的方法來(lái)傳輸，但也提高了電力系統(tǒng)的成本投入。通過(guò)計(jì)算可知，當(dāng)電壓提高10%，線損可降低17.4%，可見(jiàn)提高電壓傳輸電能是可以大幅降低線路損耗;線路損耗與電力設(shè)備的功率因數(shù)的2次方成反比，故提高功率因數(shù)也是節(jié)能降損的有效手段。在實(shí)際操作中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的供配電方案。

（2）變配電變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化。電力變壓器是高耗能設(shè)備，因此，對(duì)變其進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。電力傳輸中廣泛使用變壓器轉(zhuǎn)換電壓。合理選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)，選擇變壓器容量與電力負(fù)荷相匹配，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行合理配置，選用高效節(jié)能的變壓器，可有效節(jié)約能源。根據(jù)季節(jié)性負(fù)荷，及時(shí)調(diào)整變壓器容量和臺(tái)數(shù)，降低無(wú)端的電能損耗。加強(qiáng)供配電系統(tǒng)運(yùn)行管理，變電所之間宜敷設(shè)聯(lián)絡(luò)線，根據(jù)負(fù)荷情況，及時(shí)投入或移除部分變壓器，防止變壓器輕載和空載運(yùn)行， 減少損耗。

（3）用電峰谷調(diào)節(jié)。合理避峰用電可有效節(jié)約電能，充分發(fā)揮電能的綜合效益。錯(cuò)峰用電也是一種有效間接的節(jié)能降耗途徑。根據(jù)不同時(shí)段的用電負(fù)荷情況合理設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)，使變壓器在最佳負(fù)載時(shí)運(yùn)行，有利于節(jié)能。如今全國(guó)供電部門(mén)普遍推行峰谷用電，在電氣設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用峰谷分時(shí)段收費(fèi)電能表，鼓勵(lì)用戶(hù)避峰用電，達(dá)到節(jié)能的目的。

（4）減少配電線路中的電能損耗。在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中，減少配電線路中的能源消耗，可提高能源利用率。配電線路電能損耗取決于線路的阻抗和電流，其公式為ΔP=3I^2*R*10^（-3）。顯然，降低線路電阻，即選擇合適的導(dǎo)線材料可減小電能消耗。一般的電氣線路以銅線為主，但其造價(jià)高，線損大，因此可以改造為銅鋁復(fù)合線，以降低線路電能消耗。另一方面，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)合理配線長(zhǎng)度，采取直線型布線，減少因線路過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生的大量能耗。線路能耗的降低，不但可以提高能源的有效利用率，還可以進(jìn)一步加強(qiáng)線路的安全性，降低安全事故發(fā)生率。最后，要增大導(dǎo)線截面積，在長(zhǎng)距離線路輸送中，在選導(dǎo)線截面時(shí)加大一個(gè)級(jí)別，這樣雖然增加了線路成本，但由于節(jié)約能耗而減少了總體綜合運(yùn)行成本，綜合考慮是劃算的。

4.結(jié)語(yǔ)

能源供求矛盾日益突出，充分利用電氣節(jié)能巨大潛力，選擇高效率的節(jié)能設(shè)備，按照節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)應(yīng)在電氣設(shè)計(jì)中比較方案，從安全、經(jīng)濟(jì)、高效等進(jìn)行綜合考量，選用節(jié)能的電氣控制設(shè)備，選擇合理的供配電方案等，減少中間環(huán)節(jié)的電能損耗，提供高效、安全、經(jīng)濟(jì)的電能，以達(dá)到真正節(jié)能的目的，為提高經(jīng)濟(jì)效益作貢獻(xiàn)，使之符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。節(jié)能降耗不但可以減少成本，而且對(duì)國(guó)家利用能源、環(huán)境保護(hù)、優(yōu)化資源配置有著深遠(yuǎn)的意義。

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作者簡(jiǎn)介：樊桂觀（1989.2-），男，壯族，廣西忻城人，二級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，工學(xué)學(xué)士，研究方向?yàn)楣I(yè)機(jī)器人、服務(wù)型機(jī)器人，電子技術(shù)應(yīng)用、單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用。