黃麒
摘 要:現(xiàn)代科技的發(fā)展越來越依賴于電能,電能作為目前世界上使用最多、應(yīng)用最廣的能源,受到人們廣泛的關(guān)注。為滿足人們的需求,各種新型工藝、設(shè)備等被開發(fā)并投入使用,使得工業(yè)生產(chǎn)對電能的需求不斷地增加,對電力拖動的使用更加依賴。文章通過對電力拖動特性的研究,仔細(xì)分析了電力拖動節(jié)能技術(shù)在實際中的應(yīng)用,并闡述了該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞:電力拖動節(jié)能技術(shù) 經(jīng)濟(jì)效益 評價
中圖分類號:F407.22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)03(c)-0081-02
進(jìn)入21世紀(jì)以來,科技帶動工業(yè)飛速迅猛發(fā)展,為滿足生產(chǎn)需要,涌現(xiàn)出了各式各樣的新型電氣設(shè)備,不斷消耗著電力能源。而電能作為二次能源,目前它主要是通過消耗煤炭等不可再生資源而產(chǎn)生的。為此國家正承受著愈演愈烈的能源危機(jī),要求企業(yè)做好節(jié)能工作,節(jié)約用電。為響應(yīng)號召,企業(yè)的技術(shù)人員與管理人員需要依據(jù)生產(chǎn)的實際情況,采取相應(yīng)的節(jié)能措施,堅持可持續(xù)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)效益最大化,例如在工業(yè)生產(chǎn)中采用電力拖動節(jié)能技術(shù),盡可能減少電機(jī)的容量,降低其負(fù)載,實現(xiàn)節(jié)能的目的,推動企業(yè)和社會的健康發(fā)展。
1 電力拖動與電力拖動節(jié)能技術(shù)
節(jié)能技術(shù)的提出與使用是促進(jìn)企業(yè)發(fā)展以及提高能源利用率的有效措施,企業(yè)經(jīng)營發(fā)展過程中,電力的拖動占據(jù)了電能消耗的大部分,尤其是機(jī)械設(shè)備,如風(fēng)機(jī)、泵等。所以企業(yè)要想控制生產(chǎn)、經(jīng)營成本,必須慎重選擇設(shè)備的電力拖動方式,選擇不當(dāng)將直接造成電力資源的浪費(fèi)。
1.1 電力拖動概述
在電氣設(shè)備使用過程中,以電動機(jī)作為原動機(jī),拖動機(jī)械設(shè)備運(yùn)動的拖動方式,叫做電力拖動,也稱電機(jī)傳動。電力拖動是在電動機(jī)的發(fā)展與改革下形成的,科技發(fā)展帶動了機(jī)械設(shè)備的不斷創(chuàng)新與改善,新型電氣設(shè)備對拖動方式有著更高的要求,如要求具備較高的調(diào)速精度、較寬的速度調(diào)節(jié)范圍,對于張力、轉(zhuǎn)矩、加速度可以有效控制等。傳統(tǒng)的拖動方式是以蒸汽機(jī)、柴油機(jī)等作為原動機(jī)的,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代工藝的生產(chǎn)要求。而電力拖動則能夠有效滿足以上技術(shù)要求,不僅如此,電動機(jī)設(shè)備的體積還遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他動力裝置,同時還相對環(huán)保,便于控制,運(yùn)行性能好,傳動效率高,可以有效的節(jié)約能源。因此,在冶金、石油、交通、機(jī)械、輕工、國防等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,成為當(dāng)前社會生產(chǎn)中一種不可或缺的傳動方式,奠定了其在社會發(fā)展中的重要地位。
1.2 電力拖動節(jié)能技術(shù)
電力拖動系統(tǒng)不可避免地存在著電能損耗,首先電機(jī)本身在運(yùn)行時就有電能損耗,該損耗與電機(jī)容量和電機(jī)負(fù)載密切相關(guān)。其次是電機(jī)在拖動時的負(fù)荷能耗,以及由電機(jī)工作時產(chǎn)生的電流在傳輸中造成的損耗。為此,企業(yè)相關(guān)部門的技術(shù)人員應(yīng)積極探索并運(yùn)用電力拖動節(jié)能技術(shù),降低電能消耗,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。下面分別闡述幾種技術(shù)類型的利弊。
1.2.1 直流電力拖動節(jié)能技術(shù)
在生產(chǎn)中只有從實際出發(fā),根據(jù)企業(yè)自身經(jīng)營與發(fā)展的特點(diǎn)來選擇合適的電力拖動方式,才能達(dá)到節(jié)能的目的。直流電力拖動是最早應(yīng)用于生產(chǎn)中的技術(shù),它能實現(xiàn)良好的啟、制動,可以在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速,在企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。電力控制系統(tǒng)是電力拖動系統(tǒng)中一個很重要的組成部分,它負(fù)責(zé)確保設(shè)備正常的拖動和管理,所以也要慎重選擇。電力電子技術(shù)的使用讓直流電力拖動系統(tǒng)能隨意調(diào)節(jié)電樞的電壓,并且直流電的拖動方式在一定的條件下能實現(xiàn)逆變控制。直流電力拖動方式雖然在理論與實踐上已都相對成熟,但其結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜,不方便維護(hù)。除勵磁外,直流電動機(jī)的全部功率都通過換向器流入電樞,造成電機(jī)效率低。而且直流電機(jī)散熱性不佳,會造成較高的冷卻費(fèi)用,不利于節(jié)能。
1.2.2 交流電力拖動節(jié)能技術(shù)
相同容量的交流電力拖動性能優(yōu)于直流電力拖動,其結(jié)構(gòu)相對簡單,便于維修,且堅固耐用,無論從經(jīng)濟(jì)性還是環(huán)境適應(yīng)性角度,效果都相對突出,并且交流異步電動機(jī)能突破直流電動機(jī)的功率限制,提供更大的動力,減小電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量。由于交流異步電力拖動具有高精度和高性能,企業(yè)常用于風(fēng)機(jī)、泵等機(jī)械設(shè)備,便于調(diào)速,從而實現(xiàn)有效節(jié)能。
1.2.3 高壓電力拖動節(jié)能方式
通常電機(jī)的損毀率與電流大小成正比,要延長設(shè)備壽命必須控制電流。根據(jù)公式我們知道,當(dāng)負(fù)載功率保持恒定時,只有加大定子電壓值,才能使電流保持較弱的狀態(tài)。因此,中、大功率且不必調(diào)速的電力拖動系統(tǒng)能選擇高壓電動機(jī)的盡量選擇高壓電力拖動,這樣可以有效的實現(xiàn)能源節(jié)約。企業(yè)在選擇供電電壓時應(yīng)遵循以下原則:一般情況,如果電動機(jī)的負(fù)載功率超過75kW則在選擇供電源時,應(yīng)盡量選擇高電壓,以便較快實現(xiàn)投資回報,并達(dá)到節(jié)能的目的。
2 電力拖動節(jié)能技術(shù)的原理
在實際生產(chǎn)中,想要真正把節(jié)能技術(shù)運(yùn)用到電力拖動設(shè)備中,需要從電動機(jī)和生產(chǎn)設(shè)備兩個方面來進(jìn)行分析。
2.1 對于電動機(jī)而言
根據(jù)生產(chǎn)的實際情況,選擇適宜的電動機(jī)是關(guān)鍵。企業(yè)管理人員或技術(shù)人員在給設(shè)備匹配電動機(jī)時常常由于疏忽或不重視導(dǎo)致“大馬拉小車”的情況,也就是配備了功率過高的電動機(jī),以至于在設(shè)備運(yùn)行時,電動機(jī)的負(fù)載率一直處在規(guī)范要求以下的百分點(diǎn)上,造成了嚴(yán)重能源浪費(fèi),同時對機(jī)體本身也會造成損害。所以,首先我們要確定電動機(jī)的類型,從轉(zhuǎn)子效率角度考慮,鼠籠式電動機(jī)優(yōu)于繞線式電動機(jī);當(dāng)考慮功率因數(shù)時,使用高速電動機(jī)比低速電動機(jī)效果好;從電壓等級方面考慮,如果生產(chǎn)負(fù)載較大,則使用高壓電動機(jī)比低壓電動機(jī)更合適。另外,企業(yè)在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下,應(yīng)盡可能地選擇節(jié)能電動機(jī),雖然其價格成本比普通電動機(jī)高,但從長期運(yùn)行和節(jié)能效果方面考慮,節(jié)能電動機(jī)的總體效益要高于普通電動機(jī)。
泵類設(shè)備和風(fēng)機(jī)類設(shè)備耗電量十分巨大,而且其運(yùn)行速度的大小直接影響著電能的消耗,一旦設(shè)備的運(yùn)行速度高出額定值,其耗電量就會劇增。
2.2 對于生產(chǎn)設(shè)備而言
一般來說,電力拖動節(jié)能技術(shù)在風(fēng)機(jī)與泵類等生產(chǎn)設(shè)備上應(yīng)用得最為頻繁。以下主要針對油田和石化企業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的抽油機(jī)進(jìn)行分析。在抽油機(jī)拖動系統(tǒng)中采用的節(jié)能方法有以下4種。
2.2.1 減少抽油機(jī)的沖次
通常油井在開發(fā)過程中,其產(chǎn)液量與地層能量會隨著開發(fā)進(jìn)度的深入而逐漸降低,尤其到了中后期,該現(xiàn)象越發(fā)明顯。這會使得抽油機(jī)在工作時的有效功率降低,此時需要及時減少抽油機(jī)沖次,否則就會有一部分輸出功率被浪費(fèi)掉。要想降低電機(jī)的負(fù)載,避免電能浪費(fèi),必須減少抽油機(jī)的沖次。通??梢圆捎靡韵聝煞N方法:一種是將皮帶輪更換為小尺寸的進(jìn)行作業(yè);另一種是使用多級電機(jī)替換原來的普通電機(jī),這樣電機(jī)轉(zhuǎn)速降低了,抽油機(jī)的沖次也就減少了。
2.2.2 改變電動機(jī)的啟動與運(yùn)行方式
一般在電動機(jī)啟動時,會伴隨著電能的損耗,而且啟動時的力矩越大,電損越明顯。例如,當(dāng)抽油機(jī)以3~9kW的負(fù)荷正常運(yùn)行時,其匹配電機(jī)的選擇功率通常在15~30kW,這會使得電動機(jī)在啟動時會擁有很大的力矩,也就伴隨著很大的電損。介于這種情況,可以通過控制線路的方法,使用電機(jī)三角形啟動和星形運(yùn)行代替原先的三角形啟動運(yùn)行,利用三角形接法的高壓效果,產(chǎn)生較大扭矩和功率,滿足啟動要求;而在運(yùn)行時,為了實現(xiàn)節(jié)能降耗采用星形接法,利用其工作電壓低,使能耗減少。
2.2.3 使用軟啟動
機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中需要調(diào)節(jié)電源電壓和輸出功率,有時會使用到軟啟動器。軟啟動的特點(diǎn)是直接通過內(nèi)部線路來調(diào)節(jié),通常電機(jī)載荷在設(shè)備運(yùn)行時是呈規(guī)則曲線變化的,而電機(jī)輸出功率也同樣呈規(guī)則曲線變化,軟啟動器能夠感應(yīng)并檢測到電機(jī)的這種變化,讓控制線路及時得到反饋,對輸入電壓及時進(jìn)行調(diào)節(jié),從而達(dá)到最佳節(jié)能效果。
2.2.4 應(yīng)用變頻調(diào)速器
在實際生產(chǎn)中,抽油機(jī)以及其他泵類設(shè)備可能會出現(xiàn)實際排量小于泵排量的現(xiàn)象,造成電能的損耗。而變頻調(diào)速器的工作原理,就是當(dāng)檢測到以上情況時,利用壓力信號,向變頻系統(tǒng)進(jìn)行反饋,由系統(tǒng)降低頻率,進(jìn)而減少電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和泵排量,實現(xiàn)節(jié)能的效果。
3 電力拖動節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益評價
對照第2大點(diǎn)對節(jié)能技術(shù)原理的分析,下面依次從改進(jìn)后的設(shè)備上來分析證明節(jié)能應(yīng)用的實際效益。
3.1 抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行方式改變后的效益
在對測試的3臺抽油機(jī)改造前后的參數(shù)性能進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn),將三角形運(yùn)行改為星形運(yùn)行,平均每臺設(shè)備減少了1.18kW的有用輸出功率,而且功率因數(shù)有了很大的提高,線路損耗大大減少,結(jié)合設(shè)備的各項技術(shù)參數(shù)以及工作時間,每一年每臺設(shè)備都可以減少約120881.8kW時的電能損耗,而改造資金只需要1500元左右,兩個月就可以收回成本,具有十分顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。
3.2 變頻調(diào)速器應(yīng)用后的效益
選擇3臺泵類設(shè)備,對使用變頻調(diào)速器和不使用變頻調(diào)速器的情況進(jìn)行對比分析,對比參數(shù)包括實際排量、電機(jī)輸出功率、功率因數(shù)等。以其中一臺注水泵為例,沒有使用變頻調(diào)速器的情況下,其實際排量為13.2m3/h,電機(jī)輸出功率為33.23kW,功率因數(shù)為0.758;使用變頻調(diào)速器后,實際排量為11.7m3/h,電機(jī)輸出功率為25.7kW,功率因數(shù)為0.979??梢钥闯?,在額定排量不變的情況下,使用變頻調(diào)速器后,電機(jī)的輸出功率有所減少,帶動了能耗的降低。相比之下,3臺變頻器及相應(yīng)附件的投資成本較高,達(dá)到19萬元,但是在一年之內(nèi)也可以收回,而且變頻器的使用壽命較長,投入與產(chǎn)出比可以達(dá)到1∶4.2,節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)效益均十分明顯。
3.3 軟啟動節(jié)能器應(yīng)用后的效益
對一臺安裝了軟啟動器的抽油機(jī)進(jìn)行測試,測試結(jié)果表明,電機(jī)的輸出功率有所下降,有一定的節(jié)能效果,但是并不十分明顯,其經(jīng)濟(jì)效益也不夠突出。造成這種情況的原因,主要是該方法尚處于實驗階段,不成熟,需要相關(guān)技術(shù)人員的努力研發(fā)和改進(jìn)。
4 結(jié)語
隨著電力拖動節(jié)能技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用,對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高與國家節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。但仍有些技術(shù),有待改進(jìn)與完善。國家應(yīng)對能正真產(chǎn)生節(jié)能效果并且投資不太高的電力拖動節(jié)能技術(shù)大力推廣,使企業(yè)提高設(shè)備管理水平的同時,實現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益??偠灾?,在當(dāng)前的社會背景下,電力拖動技術(shù)在多個領(lǐng)域都得到了十分廣泛的應(yīng)用,對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。因此,做好電力拖動節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,實現(xiàn)節(jié)能降耗,無論對于企業(yè)自身還是對社會的可持續(xù)發(fā)展而言都是十分重要的,應(yīng)該引起相關(guān)部門以及管理技術(shù)人員的充分重視,采取合理有效的節(jié)能措施,減少生產(chǎn)過程中的能源消耗。
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