于航
中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司 长春 130021
摘要：节能降耗是国家发展的长远方针。“十一五”期间我国单位国内生产总值能耗要降低20%左右，这是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会战略思想的重大举措，也是加快建设资源节约型、环境友好型社会的迫切需要。我国电力工业的能源利用效率同国际先进水平比较，差距较大，且近年来火力发电厂的厂用电率还有上升的趋势。本文将分析火力发电厂用电率居高不下的原因，并从设计角度浅析优化厂用电率的核心思路以及相应的技术措施。
关键词：火力发电厂；电气设计；节能降耗；
引言
火力发电厂的厂用电耗是火力发电厂电力生产过程中所必需的自用电所产生的能耗，包括电力生产过程中电动机、照明、采暖通风以及其它控制、保护装置等所耗用的电能，一般用消耗的电能（kWh）或厂用电率来表征。厂用电能耗（厂用电率）是电厂主要技术经济指标之一，控制和减少消耗在电厂内部的能量，就增加了电厂输出的能量，直接影响电厂长期运行的经济效益。
降低厂用电消耗是个系统工程，涉及面广，从设计角度而言，电厂的布置方案，各系统的构成方案、主要设备的选型和主要参数的确定对厂用电率会产生重大影响。
1采用节电措施的意义
近年来，火力发电厂的厂用电率居高不下，甚至还有上升的趋势，这首先是因为随着锅炉设备的改进与完善和电厂管理水平的提高，漏风、漏水率明显降低，使风机、水泵出现了明显的功率裕量过大问题，使原有的“大马拉小车”现象更为突出。其次，随着装机容量的增加，有些电网供电容量出现富裕，部分机组长期处于低负荷运行状态，进一步恶化了电厂辅机的运行经济性。由于电网负荷结构的变化，负荷的峰谷差拉大，大型火电机组也要参与调峰和深调峰运行，将来甚至可能两班制运行，原有的辅机流量调节方式不能完全适应调峰要求，也会出现电能浪费和调节特性变差的情况。因此对如何降低火力发电厂厂用电能耗进行研究，不但可以为国家节省能源，同时也对电厂在今后降低运行成本，创造更多的经济效益具有重要的意义。
2火力发电厂电气节能降耗遇到的问题
2.1 电厂布局不合理
火力发电厂可根据作用不同划分为很多区块，如汽机-锅炉区，除尘-脱硫区，化学水区，输煤区，配电装置去、以及办公区等。而电厂建设布局时受到征地红线的限制，有部分区块距离厂用中压段距离较远；也有部分扩建电厂煤、水区域的负荷较为分散，这些布置方式将会导致供电半径增大，增加了中、低压输电电缆的损耗。
2.2 系统调节能力差
目前我国发电厂的厂用电负荷运行存在三个特点：一是磨煤机、风机、水泵、灰浆泵等主要用电设备存在较大的富裕量，致使大马拉小车现象比较普遍；二是电力市场供暂时大于求，大多数发电厂不能满负荷运行，机组负荷率偏低；三是机组单机容量越来越大，参加调峰运转的机组容量也越来越大，随着季节、昼夜的变化参加调峰运转的机组必须随时调整其发电能力。上述原因造成我国整个火力发电企业能耗较高。由于发电厂的水、风、煤的耗量必然随着发电负荷的变化而变化，所以就有必要根据电网负荷需求而随时对机组水泵、风机等需要调节的负载进行调节。
2.3照明损耗过多
结合作者自身工作经验来看，火力发电厂内的照明装置都存在使用寿命短的问题，而频繁地更换火力发电厂内部的照明装置，会影响到供电系统的稳定性，进而导致系统出现故障，影响设备正常运行。同时，由于大部分火力发电厂均未推广使用节能灯，且大多数人片面的认为火力发电厂内“不缺电”，没有必要开发照明节能技术，使得一些照明节能设备、节能技术不能及时地应用于火力发电厂。此外，由于火电厂的接线问题，火力发电厂中的照明线路与其内部的功率负载电路一般使用的均为一个电路，但是值得注意的是，在实践中，功率负载电路的电压要高于照明电路的电压，这就导致照明电路中所使用的电路电压高于其实际需求，不仅会产生照明系统运行的隐患，还会导致电力资源的浪费，影响火力发电厂的可持续发展。
2.4核心的铁磁性部件发热损耗问题严重
电磁效应的原理是电、磁现象之间的相互联系和转化，在电与磁转化过程中产生热量，造成发热消耗，在交变磁场环境中一些铁质部件会产生有磁滞损耗、涡流损耗。实际应用是用磁场产生电场，用电场产生磁场，如发电厂中的发电机、永磁电动机，交流电动机、电磁铁等。电磁转换过程中产生的热量，除了消耗电能同时，也降低了电磁转换的效率，严重的影响了设备的性能，增加了设备的损耗，降低了设备的寿命。利用惰性材料、非导磁性材料、电阻率较低的材料均能够有效降低电磁效应的影响，提高设备效率，降低设备发热量，实现节能降耗的目的。
3火力发电厂电气节能降技术优化措施
3.1合理优化发电厂布局
在设计阶段，国内发电厂因征地红线的限制，在总平面布置上需要结合场地条件，尽量压缩场地面积，优化工艺流程和系统布置，既能满足规范要求，同时适合运行、便于管理，且经济合理的目的。最大限度的发回设备的功能，减少工艺设备的额外损耗，已达到降低用电负荷的目的。
（1）合理安排送引风机及其它风机的烟风道的位置、距离、通径、转弯半径等，降低烟风道系统阻力。三大风机作为大功率用电负荷，提高风系统效率，降低挡板等损耗对降低厂用电率作用明显。（2）优化燃料输送及存储方案，合理布置卸煤、贮煤、输煤系统，简化输煤工艺流程，对输煤设备的输送距离、倾角、输送能力做出优化，缩短输煤栈桥长度，使得皮带电机耗电量较低，可以相应减少输煤系统电耗。（3）减少管道阻力，对于空气系统、气力输灰系统、冷却水系统，较长的管道意味着空气/水压力的增加，也即泵组/空气压缩机功率的增加，减小管道长度，更重要的是减小管道转弯数量，将大大减小泵组/空气压缩机的功率，降低能耗。（4）对于空调系统的布置优化，充分考虑减少输送距离，以减少冷、热能的输送损耗。（5）优化母线布置，并对全厂的电缆路径的走向、长度等进行了多方案比较，根据缆流情况优化电缆路由的布置，对主厂房的体积进行适度压缩后，电缆长度也较以往工程有所缩短，减少了母线和电缆的线路损耗。
3.2 优化工艺系统调节能力
为提高效率，降低能耗，主要辅机选型工况点尽量设在高效区，杜绝偏离高效区，设计选型杜绝大马拉小车的现象。对于以上情况，电厂的风机和泵组不能针对实际情况调整功率输出，而是通过调整风门/水阀的方式增大阻力，造成了厂用电的巨大浪费。
对于需要调节的辅机，比起以往只重视工艺要求，因而采用耗能型工艺生产方式，近年来变频调速技术由于其节能效果明显，设备可靠性较高而在发电厂中得到日益广泛的应用，已成为节能方面的一项关键技术。变频调速装置比较适用于调节频繁的负荷，由于变频调速装置特别是高压变频调速装置价格较高，因此哪些负荷适用变频调速装置应经过技术经济比较确定。其应用应从机组运行的系统化角度考虑，将机组节能与运行优化相结合，以利用变频调速技术实现发电机组各工艺系统辅机设备的节能和机组整体运行工艺优化。通过变频节能系统的优化应用与系统整合，实现厂用电率、运行煤耗、水耗等生产指标的整体下降，达到机组运行的全面节能。
3.3减少铁磁性损耗
铁磁损耗是指钢材在交变磁场作用下引起的磁滞损耗和涡流损耗的总称。实际上，为了有效地降低铁磁损耗，通常通过改善载流导体空间和钢材之间的关系，防止两者之间形成闭环，增加屏蔽，并减少在交变磁场中使用钢材以减少铁磁性损耗。因此，在选择火力发电厂的节能减排措施的过程中，有必要注意减少输电过程中的铁磁损耗。首先，应尽可能地使用非磁性材料制成的金属零件，并使用更高级的设计作为导体硬件，这样可以减少损耗，并延长硬件的使用寿命。其次，在高交流开放导体、电抗器等周围具有强交流磁场的空间中设计钢结构时，应尽量避免使用导体支撑胶合板。最后，可以适当增加母线与钢结构之间的距离。通常要求，钢结构中心至母线中心距离要大于母线电流的0.7倍，同时，要注意合理选择母线和钢结构，以免产生感应电势，并确保火力发电厂的节能状态良好。另外，火力发电厂可以在与母线相关的钢结构上使用低电阻的非渗透性材料，并注意使用屏蔽环以减少母线钢结构的铁磁损耗。
3.4降低照明耗损
发电厂中照明耗损的降低可以从两个方面进行分析。第一，灯具的选择。随着科技的进步，节能灯具在市场上非常常见，虽然它的价格比普通灯具贵一点，但是在使用过程中，它的耗电量比普通灯具低，使用时的稳定性也更高。发电厂如果要在照明上节能降耗，就应该从源头上降低电量的损耗，选择节能型灯具。第二，照明电压的选择。照明灯具与大型的电气设备不同，其在使用过程中并不需要非常高的电源电压，如果照明线路也用设备线路，会造成大量的电源损耗，所以要合理的选择低压供电，让车间可以持续更长的工作时间，同时也可以达到节能降耗的目的。
结语
火力发电厂即是电能的生产单位，同时在生产过程中也需要消耗大量的电能，任何一项微小的节能措施，即使相对效果并不显著，但如折合到民用标准，其绝对数量也会变得比较可观。发电厂的节电措施是一项系统工程，牵涉面广，涉及专业众多。在设计阶段对厂用电率进行合理的优化，乃是最为有效且高效的优化方式。在此过程中，需要各个专业共同配合，对于各种设计方案进行谨慎求证、大胆创新、精心比选。找出最优方案，即达到节能的目的又能满足运行的经济性要求。
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