李寶山

（黃河鑫業(yè)有限公司，青海 西寧 810000）

我國改革開放后的工業(yè)發(fā)展迅猛，擔負著經濟發(fā)展及滿足人民生活物質需求的重任。工業(yè)的快速發(fā)展離不開電力資源的支撐，隨著工業(yè)體量的增大，我國的工業(yè)用電量需求擴張。然而電力作為二次能源，其資源的利用是建立在對石油、煤炭等不可再生資源的消耗上。我國是電資源消耗大國，所面臨的能源危機更加緊迫。若不能夠采取有效措施提高能源利用率、開發(fā)使用清潔能源，能源枯竭的發(fā)生則不再遙遠。同時電力生產所產生的廢氣、廢水若不經過處理，將對周圍環(huán)境產生不可逆的污染，不僅影響生態(tài)環(huán)境，甚至將導致居民身體疾病。因此改革工業(yè)電氣設計使其更加節(jié)能環(huán)保，是順應時代發(fā)展的應然之意。我國也已設立相關設計團隊，開始著手解決工業(yè)電氣中的節(jié)能問題。并期望通過不斷地技術革新，最終使我國不再面臨能源枯竭的窘境。

1 工業(yè)電氣設計應遵守的節(jié)能原則

工業(yè)電氣設計向節(jié)能化改革是大勢所趨，行業(yè)中涌現出許多電氣節(jié)能方面的創(chuàng)新。然而由于缺乏原則性的指引，整體呈現出雜亂無章的狀態(tài)，各節(jié)能操作之間銜接性差，甚至相互沖突。因此在設計電氣節(jié)能方案時，應以統一的原則作為指引，使工業(yè)電氣設計發(fā)揮出最大的節(jié)能效果。在提高設計方案可行性的同時還要兼顧電氣設計的經濟效益，同時平衡節(jié)能效果最大化與電氣設施高效率運行之間的矛盾。筆者從設計整體出發(fā)，以全局視角提出以下四個原則。

1.1 不損害設備原有功能

工業(yè)電氣設備的核心功能為高效率地生產工業(yè)用電。而目前許多節(jié)能設計在實際應用中會嚴重影響工業(yè)電氣設備的原有功能。這無疑是對節(jié)能改造的理解存在偏差，為了節(jié)能效果犧牲生產效率屬于嚴重的本末倒置。因此在節(jié)能設計時，應遵守不損害設備原有功能原則，在二者發(fā)生沖突時以保障生產效率為先。電氣節(jié)能研發(fā)部門應避免急功近利的心態(tài)，在增大節(jié)能效果的同時應重點關注設備的生產效率的減損情況。

1.2 確保節(jié)能方案的可操作性

節(jié)能方案在設計完成后不能夠僅停留在理論階段，更重要的是在工業(yè)電氣生產中發(fā)揮理想的效果。有些節(jié)能方案雖然在理論設計上看似合理，但對實際生產場景的預設不足，無法將設計應用到實際。這對于節(jié)能設計的時間成本及經濟成本都是極大的浪費，為避免紙上談兵的情況發(fā)生，方案設計時應考慮以下三方面：首先了解方案中所涉及的設備在行業(yè)中的普及性，避免出現無設備可用的情況。其次明確方案中涉及的技術是否成熟，是否具備足夠的穩(wěn)定性及可操作性。最后需要判斷節(jié)能方案是否具備足夠的經濟效益，是否在投入資金后能夠獲得足夠的收益。節(jié)能設計方案只有在滿足以上條件時才有投入工業(yè)電氣生產實踐中的必要性。

1.3 保障節(jié)能方案的真實效果

節(jié)能效果是衡量節(jié)能方案有效性的核心指標，應確保方案實施后具備滿足預期的節(jié)能水平。避免復雜的設計方案落地后發(fā)現不具有節(jié)能效果的情況發(fā)生。因此在節(jié)能方案設計時，應以節(jié)能效果為重要衡量標準。在確保節(jié)能方案的可操作性的基礎上，保證方案能夠達到減少能源浪費、減少污染排放的實際效果?？蓪⒖沙掷m(xù)能源作為方案設計的突破口，為工業(yè)電氣的節(jié)能設計提供有效、覆蓋性強的解決路徑。

2 工業(yè)電氣設計中節(jié)能方案的具體措施

筆者通過長期實踐經驗，總結歸納出以下幾方面切實可行的節(jié)能方案具體措施。包含了電氣設備組合優(yōu)化、配電系統模式調整和照明系統的設計等具有實踐價值的方面。下文將對三類具體措施進行詳細闡述，以期為節(jié)能方案的設計提供思路參考。

2.1 注重電氣設備的組合優(yōu)化

工業(yè)電氣設備紛繁復雜，需要各設備相互連接共同構成工業(yè)電氣生產系統。統計數據表明，電氣設備型號的選擇、設備間的連接方式、設備連接順序的不同均會對能源消耗產生不同的影響。因此在設計電氣設備間的組合時，設計人員應仔細計算不同組合的能源利用率高低，選擇其中節(jié)能效果最佳的組合方式。減少能源浪費，使無用功率降到最低，同時提高電氣生產流程的機械效率。在注重節(jié)能效果的基礎上確保電氣生產效率達到最大化。

2.2 優(yōu)化配電系統

工業(yè)電氣設備的配電系統關涉到電氣設備整體生產效率以及能源配置，因此是電氣節(jié)能設計中的重點部分。首先要注意工業(yè)用電系統與家庭用電系統的差異，前者在電氣設備的種類、數量、復雜性上與后者具有極大的差異。而配電系統在復雜環(huán)境中能夠發(fā)揮更為重要的作用，工業(yè)電氣體系的配電系統在節(jié)能方面具有更強的可操作性。其次，為了達到更好的節(jié)能效果，應通過配電系統對電氣設備系統進行最大的簡化，避免消耗無用功率。最后，應將電氣設備自身運行所需的電壓調整至最低狀態(tài)，減少設備運行中的耗電量。從生產設備自身消耗入手，降低設備生產時的能耗。同時需注意配電系統調整方案的可操作性，避免違反上文所提到的三原則。

2.3 選擇變壓器注重節(jié)能高效

變壓器是工業(yè)電氣體系中的核心設備，其存在對工業(yè)電氣生產不可或缺，是重要的設備組成部分。在電氣生產過程中，電壓器需要持續(xù)保持運行。因此電壓器的耗電量是工業(yè)電氣生產體系總體耗電中的重要部分。通過減少電壓器的消耗，可以提高生產體系的節(jié)能效率。因此可以從變壓器的型號入手，對不同型號的電力消耗、生產效率進行準確的計算評估，從而選擇節(jié)能性最好、運行消耗最少的型號進行推廣安裝。然而要注意通過理論計算出的數值與實際應用間的不同，應避免不同的生產設備對變壓器能耗的影響所帶來的計算誤差?？梢栽诔Ｒ?guī)工業(yè)電氣生產中注意記錄變壓器耗電量的數值，實際生產中所產生的數據對型號判定具有重要的意義。通過高效率的變壓器選擇，一方面可以減少生產中變壓器本身所導致的用電浪費，另一方面可以同時提高電力生產效率，多角度協同發(fā)揮出最佳節(jié)能效果。

2.4 利用智能系統控制照明設備

在工業(yè)電氣生產環(huán)節(jié)中，必不可少的能源消耗就是照明所需要的電力。電氣生產場景對照明環(huán)境要求很高，在高亮度的基礎上還需要更大的照明范圍。在以往的照明體系設計中，無法做到對照明設備的精細控制，為了確保電氣生產高效性，所有照明設備均長期保持最大功率運行。然而生產人員具有流動性，在沒有人員參與的生產領域則不需要進行照明，部分區(qū)域不需要過高的照明亮度。通過對照明設備安裝智能系統，將信息技術與建筑照明相結合，達到精細操控的效果。結合實際照明使用情況，對生產車間不同區(qū)域的亮度進行差異化調節(jié)，根據常規(guī)使用時間控制照明設備的自動開關，智能化計算自然光源與人工光源的互補模式。通過精準調配照明設備，將照明設備的能源浪費降到最低。不僅節(jié)約了電氣生產的能源消耗，同時還降低了人工成本，不再需要人工對照明設備進行管理和調試。因此智能照明系統的建立對節(jié)能方案的有效實施具有重要意義。

2.5 合理調配照明系統

第一，注重自然光源的利用。這需要在生產建筑建設前就進行規(guī)劃，通過建筑玻璃位置及大小、建筑朝向、建筑層高等方面的設計，確保自然光照射時間最長。這樣能夠盡量減少照明設備的運行時間以節(jié)約用電。在生產建筑完成后，可以通過調整窗戶的大小、高度、數量等來增加光照時間。第二，合理設計照明設備的控制方案?？梢栽跓艟咧屑尤牍饷粼瑱z測自然光的強弱后調整電力照明的強弱。此外在各燈具中加入用電檢測配件，及時檢測用電數據并在短時間內發(fā)現高能耗照明設備產生的原因并提出針對性的節(jié)約方案。通過為照明設備配置多種類的監(jiān)控元件，增強對照明系統能源消耗的數據統計，從而增強對整體資源的控制能力。第三，使用更新節(jié)能技術的照明設備。隨著時代的發(fā)展，各行業(yè)均不斷發(fā)生技術突破，照明設備也不例外。相比于老舊的照明設備，目前的照明技術已成功研發(fā)出亮度更高、能耗更小、價格更低的燈具。電氣生產應了解照明設備的技術更新，選擇更為節(jié)能環(huán)保的照明設備，及時對落后的高能耗燈具進行替換。第四，合理布置照明設備。應充分考慮工業(yè)生產的立體空間，避免各位置不加區(qū)分的設置燈具。根據不同生產流程場所位置的不同，設計出科學合理的燈具位置布局。避免出現在照度需求高的區(qū)域出現背光或照度要求低的區(qū)域亮度過高的情形。對具有特殊需求的部分區(qū)域單獨設置照明設備，差異化照明布局以提高照明能源的利用率。第四，提高空間采光面積。充分利用室內白色墻面等受光面的反射性，增加光照反射效率。對人員停留時間短暫、使用頻率低的區(qū)域，設置聲控或光敏感應開關以避免能源浪費。

2.6 節(jié)能設計中變壓器的選擇原理

變壓器在節(jié)能設計中的地位十分重要，在選擇時應將材質、電阻、負載率等方面作為是否高效節(jié)能的判斷標準。電阻率小的變壓器對電能的浪費更小。在采制方面應選擇銅制變壓器，對電能的利用率更高。變壓器的負載率應在75%～85%之間。多方面條件共同匹配，可以高效的選擇出節(jié)能效果最優(yōu)的變壓器。但仍需注意挑選變壓器的方案應具有實際操作性[1]。

2.7 有效抑制諧波

諧波問題在工業(yè)電氣生產中不容忽視。工業(yè)設備及電子設備之間的相互影響導致諧波電流的產生，會對工業(yè)電氣生產造成極大的不利影響。除會降低電動機4%～6%的生產效率外，還會加速線路損耗1.5到2.5倍。對變壓器產生過熱的不利影響，并大幅增加鐵損和銅損。諧波還會誤導繼電器，提高錯誤動作的發(fā)生概率。使電氣儀表的數值不準確，產生2%～20%的誤差。因此諧波的存在對工業(yè)電氣生產危害巨大，不僅造成電氣資源的浪費，還對電氣的生產安全造成威脅。解決諧波問題是節(jié)能設計中的重點問題，應從多角度予以著手。一方面可以通過設備解決諧波問題。通常的操作是在變壓器等特殊的用電設備上安裝濾波器。濾波器分為無源和有源兩種類型，二者混用將發(fā)揮最大的節(jié)能效果。通過濾波器能夠有效過濾相線和中性線中的諧波電流。減少電路損耗，增強能源利用的同時不會產生負面效果，對設備的長期運行提供了有效的保障。另一方面，還可以與通信技術相結合，設計出專門的智能電氣控制系統。在各設備及設備中的重要零件上安裝電子元件，實時監(jiān)控設備的用電狀態(tài)。若發(fā)生用電狀態(tài)異常可及時予以警報，并對常見故障進行智能化分析，提供可能的解決方案。提高工作人員的故障排查效率，避免逐一排查所導致的時間浪費。同時可設置預警狀態(tài)，對長期偏離或大幅度偏離標準值的數據予以警報提醒，幫助工作人員提前發(fā)現可能的故障風險并予以預防[2]。

2.8 降低電力運輸中的能源損耗

電力在運輸中一定會產生損耗，運輸路徑越長所產生的損耗越多。線路損耗不可能完全消除，但可以通過多種方式予以降低。首先，合理設計線路布局，在確保各項用電需求的基礎上，盡量縮短線路長度，避免重復、無用線路的發(fā)生，提高電力運輸效率。其次，選擇最合適的導線截面積。截面積越大的導線產生的電流損耗越小，選擇最合理的導線粗度，有效平衡生產所需電壓與電流損耗之間的關系以達到資源最優(yōu)配置。

2.9 減少空調系統的能源消耗

為滿足不同的生產需求，應采取不同的節(jié)能措施。若生產規(guī)模較大且對溫度控制需求較高，應選擇多臺空調協同工作。更方便于自動化設計，通過信息技術實現智能化控制以達到電力配置最優(yōu)方案。同時還可以避免大功率電氣同時啟用所導致的超負荷故障，能夠有良好的節(jié)能效果。若生產規(guī)模不大或對溫度控制需求較低，空調使用非常態(tài)化的情況下，可以選擇大功率的空調電氣，這類空調具有變頻調節(jié)功能，對冷水機組能夠自動檢測或手動設置在低頻模式上，能夠有效的減少整體空調的能源消耗[3]。

3 結語

工業(yè)電氣是我國工業(yè)發(fā)展的重要能源保障，是我國經濟發(fā)展的重要支撐力量。然而目前電氣資源緊張問題已愈發(fā)凸顯，加快工業(yè)電氣生產中的節(jié)能設計勢在必行。行業(yè)人員應提高認知，充分認識到節(jié)約資源的緊迫性，加大對節(jié)能設計的探索。在保障現有的工業(yè)電力需求的同時，投入足夠的人力物力研發(fā)可持續(xù)發(fā)展的新路徑。為相關專業(yè)科研人員提供更好的發(fā)揮空間，通過物質獎勵激發(fā)其自我提升。全行業(yè)多角度共同發(fā)力，組成電氣節(jié)能設計的良好閉環(huán)。為我國解決能源危機問題提出行之有效的方案，促進我國經濟長期、穩(wěn)定的發(fā)展。