1  引言
        能源-或稱熱力之源，是人類賴以生存和活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，在現(xiàn)代化工廠企業(yè)，最主要的體現(xiàn)形式是動力，而電力應(yīng)用又首當(dāng)其沖。
        進入新世紀以來，能源已成為世界問題的焦點之一，它直接關(guān)系到經(jīng)濟社會和民生甚至能源供求的國際關(guān)系，目前國內(nèi)企業(yè)和居民生活最直接的影響就是煤、電、汽油和生產(chǎn)資料的漲價，如今除居民用電外，工業(yè)和農(nóng)業(yè)電價已逐年有所上調(diào)。
        在生產(chǎn)的粗放型時代，問題還不很突出，有些企業(yè)總是把注意力放在擴大再生產(chǎn)上，只要產(chǎn)量上去了，就會有市場，而目前的現(xiàn)實，呼吁企業(yè)的經(jīng)濟決策人以新的思考，節(jié)約能源，生產(chǎn)為獲取利潤，注重經(jīng)濟和社會效益。當(dāng)前企業(yè)管理的流行語是“節(jié)能任重于天，細節(jié)決定成敗”。
        言歸議題，目前企業(yè)的能源使用和用電狀況如何，怎樣節(jié)電，有什么有效的技術(shù)措施？這是企業(yè)面臨的實際問題，而本文更側(cè)重于后者的探討。
        2  企業(yè)的用電狀況
        以冶金工廠為例。說到鋼鐵企業(yè)，就想像到高爐聳立，鐵水奔流，鋼花怒放，軋機轟鳴，拿一個年產(chǎn)百萬噸以下鋼鐵產(chǎn)品的中型企業(yè)來說，通常就有礦山、原料場、高爐、煉鋼、軋鋼、鑄造…，及其他配套設(shè)施，通常需要約MVA以上的電力負荷，每天就要消耗數(shù)十萬度的電能。這些廠礦所裝備的典型設(shè)備和電氣系統(tǒng)，如原料廠的燒結(jié)機長距輸送帶的運行;煉鐵高爐裝料卷揚機的電力拖動，熱風(fēng)爐的大型鼓風(fēng)機電動機啟動;煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐的頂吹氧、傾爐裝置、風(fēng)機的轉(zhuǎn)動和調(diào)速;軋鋼機的大型初軋高壓同步或繞線異步電機、直流調(diào)速連軋機的控制;鑄造熔煉電爐的供電，以及相應(yīng)的通用附屬設(shè)備如工業(yè)鍋爐、大型水泵、空壓機和遍布的軌梁起重機，等等。
        應(yīng)看到，隨著企業(yè)技術(shù)進步和發(fā)展，工廠的許多電氣設(shè)備幾經(jīng)換代，技術(shù)水平和效率已有很大提高。如電氣開關(guān)已一再升級，像80年代以前的高壓油開關(guān)已徹底淘汰，代之以新型真空開關(guān)、空氣開關(guān);電力變壓器已由各種老型號改型到銅芯S7型并向S９型過渡;普通交流異步電動機已由過去的J系列升級為Y系列;直流電機調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)由水銀整流器、交直流發(fā)電機－電動機組，更新為晶閘管直流調(diào)速機組;當(dāng)今交流變頻調(diào)速技術(shù)，解決了交流電機的無級變速問題，且效率更高，不一而言。可以說，當(dāng)前我國在行業(yè)整頓，優(yōu)化組合，企業(yè)競存，優(yōu)勝劣汰中，保存及新興成長的國有大中型、民營企業(yè)，技術(shù)裝備和自動化程度已有相當(dāng)水準，初具現(xiàn)代化規(guī)模，供電系統(tǒng)電力效能都有較大提高。當(dāng)然，也應(yīng)看到，許多傳統(tǒng)老工業(yè)企業(yè)及一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)模較小、技術(shù)較弱的工廠，有許多老舊設(shè)備還在運行，電力設(shè)備節(jié)電性能較差，節(jié)能降耗技術(shù)改造任務(wù)還很繁重。
        那么，在目前情況下，企業(yè)的節(jié)能降耗包括節(jié)電，還有無潛力可挖，存在什么問題特別是技術(shù)方面的原因，如何解決？這是我們技術(shù)討論的著眼點。
        3  影響設(shè)備電耗的技術(shù)因素
        電氣設(shè)備是為生產(chǎn)工藝服務(wù)的，工藝是否先進合理，自身節(jié)省能耗，自不待言，這里主要分析電氣設(shè)備本身的能耗原理。電力作為電能由其它能源轉(zhuǎn)換產(chǎn)生，作用于電氣設(shè)備以電壓電流的表現(xiàn)形式作功，其單位消耗的電功率為Pn=W/T(kWh)，并以轉(zhuǎn)化為機械能、光能、化學(xué)能的形態(tài)，產(chǎn)生機械動力、光照、電解或充電等。然而電器設(shè)備在對負載進行有效作功(Pf)的同時，也有一部分無效作功損耗，二者之和才是總的有功功率(Pn)，這就是電器設(shè)備的效率，η=Pf/Pn，這是其 一。另外，由于大多數(shù)電氣設(shè)備為感性負載，如電動機線圈除電阻外還含有電感，從電工學(xué)的原理，將產(chǎn)生電壓電流的不同相，從相關(guān)電壓、電流或功率矢量三角形看起來，實際有功率Pn要小于裝置總的功率，叫作視在功率Ps，還有一部分為無功功率PL(電感上的功率)，因此，有一個稱為功率因數(shù)Pf的重要電氣參數(shù)，專門表征這一電能的數(shù)量關(guān)系，Pf=Pn/Ps。容性負載情況類似，但常常用來補償感性無功功率。此外，廣義上的功率因數(shù)PF還包括波形崎變造成的附加電能，后面還要談到。
        可以看出，要想減少無謂的電能損耗，應(yīng)從幾方面入手，一是提高電器設(shè)備(包括負載裝置)的效率，二是提高電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)，進而消除無功電流，同時要合理供電，減少線路損耗。以下，擬結(jié)合目前企業(yè)主要電氣裝備情況，分類討論。
        4  電氣設(shè)備能耗、節(jié)電措施及發(fā)展方向
        參照國家發(fā)改委節(jié)能中長期計劃，和國內(nèi)電力需求側(cè)管理試點所關(guān)注的方面，結(jié)合生產(chǎn)應(yīng)用，僅就電力節(jié)能部分項目，初步綜合匯集了一些有價值的技術(shù)建議，以期共同探討，廣為關(guān)注。
        (1) 電力變壓器:
        電力配電變壓器是換能效能較高的設(shè)備，盡管如此，由于存在空載損耗、負載損耗和熱損耗，在廠礦用量很大，且不少老舊產(chǎn)品，使用不盡合理,因而節(jié)電挖潛空間很大。
        據(jù)專家分析建議，如能以S9及以上系列產(chǎn)品更替舊產(chǎn)品，節(jié)電回收年限為2~3年，特別是SC11型卷鐵芯變壓器，D10型單相配電變壓器，非晶合金配電變壓器等，空載損耗下降非?？捎^，有可能成為今后發(fā)展方向。
        此外，合理的配電經(jīng)濟運行方式，更是發(fā)揮管理的能動作用，優(yōu)化運營，避免浪費的有效措施。
        (2) 電力線路:
        供電線路線損是電力損耗的重要原因，低壓線路尤甚。治理工作要重視日常供電管理，包括減少無效運行、常明燈、提高功率因數(shù)等，知微而見著，同時要著重改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
        在改進電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，抅建安全經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)電網(wǎng)方面，應(yīng)走出一個長期的習(xí)慣誤區(qū)，即以最大負載選取變壓器，按安全電流密度選取導(dǎo)線截面和條數(shù)，而忽略了經(jīng)濟運行，按照最新電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論研究結(jié)果，與常規(guī)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相比，選取變壓器容量要加大，臺數(shù)要增多，線路截面要加大，條數(shù)增多，并治理電網(wǎng)低功率因數(shù)和諧波，這樣，電網(wǎng)的容載比顯著增大，條數(shù)增多，負載調(diào)整功能增強，促使電網(wǎng)運行中供電設(shè)備過載減少，從而減少線路電壓損耗，提高供電質(zhì)量和安全可靠性。
        目前，我國部分農(nóng)村供電正試行單、三相變壓器混合線路供電，這種供電結(jié)構(gòu)國外已廣泛采用，其原則是，單相變壓器直接到戶，最大限度減少低壓線路壓降，因而西方國家配電線損一般在４％以下。不過，西方國家配電系統(tǒng)采用中性點直接接地或小電阻接地方式，單相變壓器僅用１只套管，比較經(jīng)濟。我國蘇州地區(qū)采用單相卷鐵芯變壓器雙套管方式，結(jié)果基本相同，對于已采取三相四線制供電的部位，則采取以三相卷鐵芯變壓器改造的方式，這應(yīng)是一種創(chuàng)新，值得參考推廣。借鑒這個經(jīng)驗，建議廠礦也可因地制宜，靈活性地采用類似方法，在新建或改造供電系統(tǒng)時應(yīng)用，如在使用整流或隔離變壓器時，可盡量采用高壓變壓器，對孤遠大電流低壓線路，可采取高壓供電、就地降壓的方式，許多料場供電、遠程照明也可仿此辦理。
        (3) 電動機及其控制
        電動機作為方便高效的動力機械，是電力能源最重要的應(yīng)用，通常人們把直流電機、交流異步電機和交流同步電機作為傳統(tǒng)電機的三大機種，如在冶金大型軋鋼機電力拖動、交通電力機車中直流機組等，此外還有大小各種類型各種用途的電動機
        ，但以往在各行業(yè)應(yīng)用中，三相交流異步電動機和直流電機最為普遍。
        電動機及其控制技術(shù)發(fā)展很快,如直流電機調(diào)速系統(tǒng)，目前已采用模塊化整流器件及數(shù)字式調(diào)速產(chǎn)品;隨著微電腦和電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速真正解決了交流電機的調(diào)速問題并得到了廣泛應(yīng)用，永磁伺服電機、開關(guān)磁阻電機等新型機電一體化控制技術(shù)和設(shè)備涌現(xiàn)并迅速成熟，這些技術(shù)，很多都與節(jié)電有關(guān)，使電機的能效特性有了很大的提高。
        那么，今后電動機及控制技術(shù)還有什么發(fā)展，是否還有節(jié)電空間？結(jié)論是肯定的，社會發(fā)展和技術(shù)進步總是向前進的，為了提高電動機的控制特性和節(jié)能水平，技術(shù)界一直在孜孜不倦不遺余力地研究改進產(chǎn)品。就拿變頻器來說，雖然低壓“交-直-交”通用變頻器已廣泛使用，尤其在水泵風(fēng)機類負載得到普及，取得顯著節(jié)電效果，而大容量高壓變頻器的試制推廣方始熱行，國產(chǎn)高壓變頻產(chǎn)品已趨成熟，占有了市場一席之地。為了改進普通型變頻器的含５次以上諧波的非標準正弦缺陷，一方面，推出以三電平多電平為代表的各種完美正弦波方案，改進一般帶濾波橋式整流器波形崎變的電路，一方面對需要場合采用“交-交”矢量變頻控制，這種矩陣式電力變換器(ＭＣ)，是一種綠色環(huán)保型變頻器新概念，波形好，效率功率因數(shù)高，可四象限運行，是一種極有發(fā)展前途的新技術(shù)。不少專題論著中還建議我國供電電壓標準應(yīng)在交流380V與6000V之間，增加若干電壓標準，以適應(yīng)現(xiàn)有電力電子器件參數(shù)，便于推廣變頻器、軟起動開關(guān)等新型節(jié)電產(chǎn)品的應(yīng)用。
        就是電動機自身的改進和換代，也有發(fā)展余地，如我國2002年頒布了電機國標(GB18613-2002)《中小型三相異步電動機能效限定值及節(jié)能評價值》，按照新的效率標準，結(jié)合落實淘汰熱軋硅鋼片、推廣冷軋硅鋼片的產(chǎn)業(yè)政策，上海市經(jīng)委立項開展了新型三相電機的研究，新的樣機已于浙江完成，效率完全達到國標新要求和國外同類產(chǎn)品指標，關(guān)鍵技術(shù)包括冷軋硅鋼片的使用、可消除主要諧波“△-Y”正弦繞組等;其他如石化企業(yè)推廣的Ｙ×2高效電機，變頻器專用電機等，也在其內(nèi)。測算說明，采用新型節(jié)能電機所投入的資金，完全可由節(jié)電所得早期補償。
        永磁伺服電動機(也分為交直流)，以往主要用于高精度數(shù)控專用機床，由于以永久磁性材料作為磁極，節(jié)省了勵磁能源，故超出一般的電效率。家電行業(yè)已率先大面積應(yīng)用，如直流變頻空調(diào)、永磁同步電機、無刷直流電機等。我國是矽土資源豐富的國家，發(fā)展永磁電機有著有利條件，據(jù)介紹，國內(nèi)已開發(fā)出較大功率的伺服電機，用于工控拖動，綜合電控系統(tǒng)，造價已逼近變頻設(shè)備，預(yù)計長遠將有越來越多的替代應(yīng)用。在新技術(shù)推廣產(chǎn)品換代過程中，往往孕含著巨大的市場和商機。
        (4) 電氣設(shè)備的功率因數(shù)和諧波治理
        設(shè)備的低功率因數(shù)和諧波，會造成設(shè)備自身和電網(wǎng)相當(dāng)大的附加無功電流，增加電網(wǎng)輸變電以至發(fā)電設(shè)備的負擔(dān)，影響設(shè)備運行及壽命。目前，世界各國都在嚴格限制低功率因數(shù)電氣產(chǎn)品，制定輸入諧波的標準。
        根據(jù)電工學(xué)定義:
        式中，Vs、Isi分別為電路電壓電流;
             Is為按付立葉級數(shù)展開的基波均方根值;
             Φ為Vs與Isi夾角。
        由式可知，有兩種情況可導(dǎo)致功率因數(shù)下降，一是Vs與Vsi有相位差，使COSΦ＜1，二是Isi含有諧波，使Isi與Is比值＜1。對不同情況的功率因數(shù)校正(PFC)，應(yīng)針對具體對象和特點，采取不同的方法和策略，通常又分為無源或有源校正。像第一種情況，即主要因感性負載產(chǎn)生的無功，基本方法是采取無源校正的一種，并聯(lián)電容補償，或同步機調(diào)節(jié)。在電容無功補償使用中，根據(jù)經(jīng)驗，應(yīng)注意不宜采用功率因數(shù)控制型控制器，而應(yīng)優(yōu)先采用無功功率型、無功電流型控制器，以避免“切投震蕩”。 要同時兼顧諧波治理，則可采取無源校正的另一方式，接入LC濾波器，如針對變頻器產(chǎn)生的奇次諧波，專門設(shè)計了各型專用濾波器，或采用有源濾波器動態(tài)補償。無源濾波的優(yōu)點是簡單、成本低、故障少，但體積重量較大，只適于靜態(tài)和較單一諧波的補償，且不易快速動態(tài)補償，而有源功率因數(shù)校正(APFC)，可在網(wǎng)絡(luò)和負載變化時，全面快速動態(tài)進行補償，節(jié)電及保證電網(wǎng)質(zhì)量，預(yù)計今后將會有越來越多的應(yīng)用。通常集中補償或就地補償，要測試電網(wǎng)參數(shù)，設(shè)計專用濾波裝置，這方面，北京冶金自動化院進行了許多研究工作，有專利產(chǎn)品優(yōu)勢。而專項治理，則針對產(chǎn)生諧波的電力電子裝置，主動地徹底消除干擾源，科研工作正采取各種方法、電路，以解決這一課題，通常有在整流器和逆變器之間接入AC-DC開關(guān)電路，一般有三種基本方法，即電流峰值控制、電流滯環(huán)控制及平均電流控制，根據(jù)諧波源的性質(zhì)，又分為適合電壓型的串聯(lián)型濾波器，和適合電流型的并聯(lián)型濾波器，以及其它高功率因數(shù)整流器的研究。在此值得提起，“交-直-交”通用變頻器廣泛用于工控調(diào)速，由于前級整流和濾波的隔離作用，電機的感性無功電流不會傳遞到電網(wǎng)中去，因而間接起到無功補償作用，已作為改善功率因數(shù)的方法之一，但自身整流器和逆變器產(chǎn)生的諧波卻不容忽視，應(yīng)盡量濾除以減低其不利影響。
        作為諧波污染的一類，一個不可忽略的問題是，各種瞬流尖峰脈沖、散雜浪涌波形對供變電系統(tǒng)的不良影響，目前不少產(chǎn)品、器件致力于這方面的治理，大部分產(chǎn)品是基于吸能型壓敏、瞬態(tài)干擾抑制原理，這方面作為專用節(jié)電器，美國英福特公司的“節(jié)電王”產(chǎn)品是個新技術(shù)代表，該產(chǎn)品不等同于一般過壓吸收元件，它提出了一個“允通電壓”的概念，即設(shè)定實際浪涌不允通過的最大寬度，它的半導(dǎo)體瞬流控制作用，響應(yīng)時間約85PS，通過在單位時間大量濾除電壓瞬峰，可有效清潔電網(wǎng)噪波，更好節(jié)省電能。然而我們認為，一個好的產(chǎn)品還要合理使用，一個企業(yè)的節(jié)電技措，應(yīng)全面衡量電網(wǎng)情況，測試分析，糾其根源，根椐情況有主次分層次制定措施，首先從工藝技術(shù)、設(shè)備選用(包括電氣)精選改進做起，電網(wǎng)整理、基礎(chǔ)層無功諧波消除或補償，多種方法相輔，最后才是綜合補償，以達到系統(tǒng)優(yōu)化、電網(wǎng)改善、降低電耗的目的，不能簡單把希望只依托于一二種好產(chǎn)品或單一措施上，而未能最合理恰當(dāng)?shù)挠弥磷罴选?br />         (5) 照明
        電力照明耗電較大，也是節(jié)電重點。長期以來企業(yè)一直在節(jié)能政策指導(dǎo)下，加強管理，提高技術(shù)、采用節(jié)電產(chǎn)品，并運行于市場規(guī)律和環(huán)境之中。如目前配電盤柜的信號指示燈都已換成節(jié)能類型，各種照明節(jié)電新產(chǎn)品出現(xiàn)較多，高管壓光效高的節(jié)能熒光管、稀土三基色節(jié)能熒光燈;電子式鎮(zhèn)流器曾在節(jié)電方面起過一些好作用，但最近有一些技術(shù)回歸，主要是新型感容式熒光燈鎮(zhèn)流器的研制成功，據(jù)說節(jié)電效果較好，壽命延長，可予關(guān)心;日本等國在半導(dǎo)體節(jié)電照明、太陽能發(fā)電蓄電等方面的研究進展，值得關(guān)注。
        (6) 綠色電力
        “綠電”是指由風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能等可再生能源生產(chǎn)的電力，由于發(fā)電 成本較高，目前“綠電”電價高出將近一倍。最近，上海市制定了《上海市綠色電力認購營銷試行辦法》，許多企業(yè)深明大義，年內(nèi)已有寶鋼等15家企業(yè)認購，并可使用綠色電力標識，以提升企業(yè)形象。
        在電力管理、能源管理方面，政府和電業(yè)部門制定和出臺了一系列相關(guān)管理法規(guī)政策和鼓勵措施，改進管理及借鑒國外好的管理模式，電力行業(yè)和市場也出現(xiàn)了一些新生事物，如電力需求側(cè)管理(DSM)、合同能源管理(EMC)等。
        5  結(jié)束語
        以上重點討論了節(jié)約電力的技術(shù)分析和措施，然而方案的貫徹和實施，離不開企業(yè)的決策和技術(shù)管理，根本問題是提高企業(yè)和職工對節(jié)能工作的認識和自覺性。
        我國是最大的發(fā)展中國家，盡管目前已取得了巨大發(fā)展，然而與發(fā)達國家相比，技術(shù)和專業(yè)管理仍相對落后。就以能源利用來說，我國的單位GDP能耗和其它統(tǒng)計 能耗，比之還相差較大，節(jié)能節(jié)電潛力很大。節(jié)能與節(jié)電，不只是單純技術(shù)和經(jīng)濟問題，它對于轉(zhuǎn)變國民經(jīng)濟發(fā)展方式，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，起著重大作用。按照國家發(fā)改委中長期專項規(guī)劃，專門對節(jié)能節(jié)電工作作出安排，“十五”規(guī)劃中重點發(fā)展的節(jié)能技術(shù)，其中就把節(jié)電作為重點，并把電機調(diào)速、綠色照明列為兩項節(jié)能示范工程。
        為了企業(yè)的生存和發(fā)展，我們必需把節(jié)能工作放在優(yōu)先地位，從我國經(jīng)濟社會發(fā)展的長遠大計出發(fā)，開拓前進，學(xué)習(xí) 和借鑒國內(nèi)外先進經(jīng)驗，建設(shè)節(jié)能性社會，化解能源對經(jīng)濟發(fā)展的制約，這是一項重大而緊廹的任務(wù)。我鍆要肩負起企業(yè)和員工的責(zé)任，立足本職工作，搞好生產(chǎn)，節(jié)約每一部分能源，為建設(shè)祖國美好的未來貢獻一份力量。