趙佳悅 宋曉皎 梁?jiǎn)㈧?劉志剛
(山西能源學(xué)院能源與動(dòng)力工程系 山西晉中 030600)
在能源轉(zhuǎn)換過程中,必然會(huì)產(chǎn)生一定的能量損耗,因此,在能源利用的研究領(lǐng)域中,能源高效利用一直是主流發(fā)展趨勢(shì),通過節(jié)能技術(shù)可以提高能源的利用率[1]。節(jié)能技術(shù)主要是通過分析能量的具體消耗情況,從中找出不必要的能耗,再運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)達(dá)到節(jié)約能源的目的。節(jié)能技術(shù)具有十分廣泛的應(yīng)用范圍,包括:工業(yè)建筑、交通運(yùn)輸以及家用電器等,并且均取得了良好的應(yīng)用效果。在我國(guó),節(jié)能技術(shù)在能源領(lǐng)域中的應(yīng)用正在逐步普及,可以減少某些電能使用過程中不必要的能耗。但在實(shí)際應(yīng)用過程中,基本都未考慮到節(jié)能前提下對(duì)電力設(shè)備的功率補(bǔ)償,導(dǎo)致其并未取得良好的應(yīng)用效果。且在我國(guó),針對(duì)電力系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用的研究仍需進(jìn)一步深化和拓展。為了更加良好地掌握節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,本文將探討電力領(lǐng)域中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究,致力于最大限度降低該領(lǐng)域的設(shè)備能耗。
在電力系統(tǒng)中,要想應(yīng)用節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約,必須通過計(jì)算的方式確定系統(tǒng)中的功率因數(shù),如果無功功率過小,則會(huì)造成設(shè)備容量增加,供電質(zhì)量下降,甚至造成整個(gè)供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定和供電成本增加。設(shè)電力系統(tǒng)中的功率因數(shù)為φ,可得公式(1):
式中:P 指的是電力系統(tǒng)中的有功功率,Var;Q 指的是電力系統(tǒng)中的無功功率,Var。
通過式(1)可以求出電能利用時(shí)的無功功率。并通過節(jié)能技術(shù)將靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置應(yīng)用在能源與動(dòng)力工程中。通過無功補(bǔ)償,可以起到對(duì)無功損耗進(jìn)行大大降低的作用。
基于節(jié)能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用,為了降低供電系統(tǒng)的損耗,可以采用補(bǔ)償電容器。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控供電過程中產(chǎn)生的電壓、電流、電阻、無功損耗等電能信息的相關(guān)數(shù)據(jù),利用計(jì)算分析的方式,從而平衡系統(tǒng)中的運(yùn)行電壓[2]。以電容器的容量為基本參數(shù),根據(jù)節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用方法,按照0.9 倍的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置空載平衡系統(tǒng)運(yùn)行電壓。設(shè)此過程的功率計(jì)算表達(dá)式為N,具體如公式(2):
式中:U 指的是電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)電容器的額定電壓,kV;I 指的是靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的空載電流,A。
通過公式(2)可以起到平衡系統(tǒng)運(yùn)行電壓的作用,進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行中的節(jié)能效果。在電力系統(tǒng)中增加一定的輔助設(shè)備,根據(jù)電容器實(shí)際作業(yè)過程中的控制難易程度進(jìn)行判定,利用節(jié)能技術(shù)完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行電壓的監(jiān)視和操作。
在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中,不僅要平衡系統(tǒng)電壓,同時(shí)還要利用節(jié)能技術(shù)補(bǔ)償系統(tǒng)中的功率因數(shù)[3]。設(shè)應(yīng)用節(jié)能技術(shù)投、切電容組的計(jì)算表達(dá)式為,則有公式(3):
式中:m 指的電力系統(tǒng)中電源基波的角頻率;ω 指的是系統(tǒng)電源固有振蕩角頻率;h 指的是運(yùn)行時(shí)的電流,A;e 指的是調(diào)控響應(yīng)時(shí)間,s;a 指的是使用節(jié)能技術(shù)補(bǔ)償時(shí)的衰減系數(shù)。
利用節(jié)能技術(shù)可以補(bǔ)償功率因數(shù),從而提高電力系統(tǒng)的節(jié)能效果。在此過程中,需要注意的是使用節(jié)能技術(shù)投、切電容組時(shí),必然會(huì)對(duì)電力設(shè)備造成一定的干擾,加速絕緣介質(zhì)的老化速度,導(dǎo)致設(shè)備損耗程度增加[4]。為保證電力輸送與使用過程中不損壞設(shè)備,運(yùn)用節(jié)能技術(shù)時(shí)要選用交流—直流變頻的方式投、切電容組,控制投、切頻率,從而避免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的干擾。在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的同時(shí),還要額外增加1 臺(tái)靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置,方便對(duì)電容組的及時(shí)切換,保證電流能夠源源不斷地運(yùn)輸?shù)诫娙萁M中[5]。此節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠保證在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行安全的投、切切換。當(dāng)電力設(shè)備運(yùn)行時(shí),靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置會(huì)第一時(shí)間啟動(dòng),快速進(jìn)入到工作狀態(tài)當(dāng)中,確保系統(tǒng)自動(dòng)化節(jié)能。
通過應(yīng)用節(jié)能技術(shù),設(shè)置靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置,能夠起到降低電能消耗的應(yīng)用效果[6]。電力系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用后節(jié)約的能耗可通過計(jì)算的方式加以體現(xiàn),設(shè)其計(jì)算表達(dá)式為,則有公式(4):
式中:I0和R 分別指的是變壓器的負(fù)荷電流和阻值。
通過公式(4)可知,系統(tǒng)中變壓器的負(fù)荷電流越小,節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果越好。因此,可以通過進(jìn)行無功補(bǔ)償,降低變壓器的負(fù)荷電流。為了使系統(tǒng)能夠在節(jié)能的同時(shí)正常運(yùn)行,必須精確測(cè)得變壓器的負(fù)荷電流,保證節(jié)能技術(shù)正常應(yīng)用不受干擾。
為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的節(jié)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用效果,構(gòu)建實(shí)例分析,實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取某電力系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)施包括:型號(hào)為TYR3583589 的上位機(jī)。此次實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置的具體內(nèi)容及參數(shù),如表1 所示。
表1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置
結(jié)合表1 所示,本次實(shí)驗(yàn)將系統(tǒng)運(yùn)行中能源消耗量作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo),能源消耗量越低證明該節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果越好。首先,通過MODBUS 軟件測(cè)得其能源消耗量,設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組;再通過MODBUS 軟件測(cè)得未應(yīng)用此節(jié)能技術(shù)的情況下,系統(tǒng)的能源消耗量,設(shè)置為對(duì)照組。在此次的實(shí)驗(yàn)中,設(shè)置實(shí)驗(yàn)次數(shù)為5 次,記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
收集5 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),將能源消耗量繪制成折線圖,如圖1所示。
圖1 能源消耗量對(duì)比
通過圖1 可知,應(yīng)用節(jié)能技術(shù)后的系統(tǒng)能源消耗量相比于對(duì)照組更低,能夠起到節(jié)能的應(yīng)用效果,具有實(shí)際推廣價(jià)值。
通過探討電力系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究,能夠取得一定的研究成果,解決傳統(tǒng)供電過程中不必要能源消耗大的問題。由此可見,將節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中是十分必要的,能夠在很大程度上促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。截至目前,在探討電力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究中仍然有不足之處,還需要進(jìn)一步對(duì)節(jié)約電能的優(yōu)化設(shè)計(jì)深入研究,為提高電能的高效利用提供專業(yè)性建議。