北京國(guó)科軍友工程咨詢(xún)有限公司 周 震

1 電氣自動(dòng)化中的節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀

在全球變暖背景下，國(guó)家“雙碳”政策逐步延伸到生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。國(guó)家致力于加快調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)，不斷加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，倡導(dǎo)綠色低碳的生產(chǎn)生活方式，不斷探索節(jié)能減排在方方面面的落地途徑。因此，對(duì)標(biāo)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前電氣化發(fā)展的必然要求。當(dāng)前，電氣自動(dòng)化行業(yè)在積極研究和探索節(jié)能技術(shù)的綜合應(yīng)用。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)高水平的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出伴隨著高能耗和高排放，新形勢(shì)下的可持續(xù)發(fā)展要求倒逼經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展，節(jié)約能源、降低排放的強(qiáng)烈需求使其節(jié)能技術(shù)得到快速發(fā)展，并積極著陸。這些地區(qū)的節(jié)能技術(shù)發(fā)展水平較高，電氣自動(dòng)化中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)有了一定基礎(chǔ)。

節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化體系中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在節(jié)電技術(shù)上，涉及配供電節(jié)能、電氣系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能、照明系統(tǒng)節(jié)能和變頻啟動(dòng)。具體實(shí)施上，首先，在實(shí)際的供電過(guò)程中，應(yīng)該注意科學(xué)優(yōu)化電力傳輸通道，減少由輸電線(xiàn)路的材料、長(zhǎng)度和橫截面積等介質(zhì)因素造成的電能損耗；其次，在具體的使用過(guò)程中，應(yīng)該注意定時(shí)巡查所需工作設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)量，及時(shí)檢測(cè)與更新節(jié)能設(shè)備；再次，在電能的使用過(guò)程中，應(yīng)采用科學(xué)的方式合理使用電氣設(shè)備，要注重宣傳節(jié)能，培養(yǎng)節(jié)電意識(shí)，加強(qiáng)培訓(xùn)，不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)節(jié)電方式。

電氣自動(dòng)化的技能技術(shù)本質(zhì)上是為了提高用電的效率，減少能源的浪費(fèi)，減少不必要的碳排放。在多種電氣設(shè)備中，變壓器是一種核心設(shè)備，這個(gè)設(shè)備的工作過(guò)程中有嚴(yán)重的浪費(fèi)能源現(xiàn)象。變壓器在制造過(guò)程中，首先就要考慮用電阻相對(duì)小的材料作為設(shè)計(jì)材料，在設(shè)計(jì)工藝上做好把關(guān)，生產(chǎn)的過(guò)程中嚴(yán)格按照工藝步驟去制造，提升設(shè)備本身的質(zhì)量，在正常工作的過(guò)程中到達(dá)預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。在實(shí)際的生產(chǎn)中，工廠也要對(duì)正在運(yùn)行的用電設(shè)備的使用情況做好嚴(yán)格的控制，記錄和積累好歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化生產(chǎn)和使用計(jì)劃，利用好的方法從設(shè)備的運(yùn)行效率入手，減少不必要的能源損耗[1]。

電氣自動(dòng)化中的節(jié)能技術(shù)的使用，就是為了提高了用電的效率。電能在生產(chǎn)過(guò)程與運(yùn)輸過(guò)程中的損耗，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)水平，這種情況實(shí)無(wú)法避免的。我們能做的是利用現(xiàn)有的科學(xué)知識(shí)和成熟技術(shù)去改善這種情況，盡量去減少這種非必要的電能浪費(fèi)。電能在使用的過(guò)程中更應(yīng)該注重使用效率，使用人員不能只是使用而不做好管理，應(yīng)該采用有效的管理手段和成熟的技術(shù)方法去盡可能的提高用電設(shè)備的電能利用率。節(jié)能技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的運(yùn)用，其目的就是為了盡可能的減少電能在生產(chǎn)過(guò)程與運(yùn)輸過(guò)程中的損耗，努力提高電能在使用的過(guò)程中的使用效率，把資源的利用率提高，減少了碳排放，響應(yīng)國(guó)家“碳達(dá)峰，碳中和”的政策。

2 電氣自動(dòng)化中節(jié)能技術(shù)的具體使用

2.1 在輸電過(guò)程中的節(jié)能技術(shù)的具體使用

電能在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，存在著電能的損耗現(xiàn)象，這種情況是因?yàn)檩旊娋€(xiàn)路本身的電阻造成，而且是無(wú)法避免的。要改善這種能源損耗就要從輸電線(xiàn)路的材料、長(zhǎng)度、溫度和橫截面積這四個(gè)因素去入手解決。

這四個(gè)影響因素中，溫度屬于不可控制的因素，不能作為節(jié)能技術(shù)的控制改變因素。需要從輸電線(xiàn)路的材料、長(zhǎng)度和橫截面積去考慮研究。在相關(guān)部門(mén)選定供電線(xiàn)路的過(guò)程中，應(yīng)該在規(guī)劃階段進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和考察工作，盡可能的把輸電線(xiàn)路選取為直線(xiàn)，努力減少線(xiàn)路中的彎路，結(jié)合實(shí)際的地形和項(xiàng)目建設(shè)情況把輸電的線(xiàn)路控制到最短，以減少電能在運(yùn)輸過(guò)程中的損耗。當(dāng)輸電的線(xiàn)路為最短時(shí)，就要增加材料的橫截面積，在合適的資金預(yù)算范圍內(nèi)把供電線(xiàn)路的橫截面積增大，達(dá)到減少運(yùn)輸過(guò)程中的電能損耗。在相同的溫度下，電阻小的材料能大大減少不必要的損耗，但是由于一些電阻小的材料價(jià)格高，不適應(yīng)于實(shí)際的工程建設(shè)，所以需要結(jié)合項(xiàng)目的資金預(yù)算與實(shí)際情況選擇電阻相對(duì)較小的材料來(lái)降低電能在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中的損耗[2]。

2.2 在電氣設(shè)備使用方式上節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

在電能的生產(chǎn)過(guò)程中，雖然各類(lèi)電氣設(shè)備之間有著緊密的配合，但并不是所有參與生產(chǎn)的設(shè)備都必須在相同的時(shí)間段內(nèi)一同進(jìn)行工作，這些電氣設(shè)備也是按照各自的具體分工參與生產(chǎn)的過(guò)程。按照電能生產(chǎn)的實(shí)際過(guò)程，相關(guān)管理生產(chǎn)的人員應(yīng)該制定合理的嚴(yán)密的生產(chǎn)計(jì)劃，把不必要的部分設(shè)備關(guān)閉，盡可能的減少這種非必要的電能損耗，真正響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的要求，把節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中。

管理人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，努力減少生產(chǎn)過(guò)程中的非必要電能損耗，一方面可以按照實(shí)際情況控制電能生產(chǎn)過(guò)程中的電氣設(shè)備的數(shù)量，另一方面還可以選擇合適的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備來(lái)提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備可以提供必要的無(wú)功功率，提高了電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù)。合理的無(wú)功補(bǔ)償可以降低供電變壓器以及輸送線(xiàn)路中的電能損耗，但是如果選擇不當(dāng)就可能會(huì)造成供電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)、諧波增大等問(wèn)題，因此需要參照供配電設(shè)備的電壓、目標(biāo)功率、電阻、實(shí)際負(fù)荷等參數(shù)選擇電容器的電容值。為了提高無(wú)功補(bǔ)償?shù)男?，需要使用?yīng)用廣泛、定位準(zhǔn)確、節(jié)點(diǎn)平滑的一體模糊投切的方式進(jìn)行，并且還要使用無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備采用就地安裝的方式就地補(bǔ)償。選擇合適的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備來(lái)減少電能的消耗，采用合理的生產(chǎn)管理計(jì)劃優(yōu)化電氣設(shè)備的使用時(shí)間，讓節(jié)能技術(shù)在實(shí)際的電能生產(chǎn)過(guò)程與運(yùn)輸過(guò)程當(dāng)中能真正地落實(shí)[3]。

2.3 在用電過(guò)程中節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

在日常的生產(chǎn)和生活中，用電過(guò)程中的電能損耗也是十分巨大的。為了在實(shí)際使用過(guò)程中減少這種不必要的電能損耗，就應(yīng)該從用電設(shè)備的數(shù)量和時(shí)間入手。目前我國(guó)已經(jīng)研制出了一些專(zhuān)業(yè)的節(jié)能燈。辦公樓、學(xué)校、工廠的走廊燈，經(jīng)常在沒(méi)有人經(jīng)過(guò)的時(shí)候也在照明，這種情況是一種典型的電能浪費(fèi)現(xiàn)象，我們可以把走廊都安裝成節(jié)能LED燈，采用智能的控制方式控制它的照明時(shí)間。

目前走廊燈最簡(jiǎn)單的智能控制方式主要分為兩種：第一種方式是聲光紅外控制的方式，聲光控的優(yōu)勢(shì)是在造價(jià)成本上價(jià)格相對(duì)要便宜一些，但感應(yīng)距離的距離上相對(duì)近一些、角度也要按照要求的角度才能感應(yīng)到物體，這些問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際的工作過(guò)程中有時(shí)會(huì)體現(xiàn)出靈敏度不高的現(xiàn)象。第二種是采購(gòu)微波控制的方法。微波控制的方法的相對(duì)成本偏高一些，但優(yōu)勢(shì)為感應(yīng)到物體的距離較遠(yuǎn)，靈敏度在實(shí)際的工作過(guò)程中也相對(duì)較高。以一條走廊為例，燈廊采用的微波控制方式，加大廳共計(jì)15盞面板燈，采用600cm×600cm面板節(jié)能LED燈作為照明燈，這些燈的功率正常工作功率為30W左右。在無(wú)人在走廊里走動(dòng)時(shí)，這些燈具進(jìn)入休眠模式，整體的休眠功率約6W左右，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)，燈具全亮，延時(shí)時(shí)間為1分鐘，如果1分鐘后，微波沒(méi)有感應(yīng)到有人在走廊走動(dòng)，這些節(jié)能LED燈又會(huì)進(jìn)入休眠模式。這種情況就能高效的利用電能，提高了電能的利用效率，減少了不必要的能源浪費(fèi)。

在日常的辦公與生產(chǎn)中，夏天是用電高峰，其原因就是炎熱的天氣下，人們?yōu)榱擞邢鄬?duì)舒適的環(huán)境去工作和生活，都要選擇用空調(diào)去降低室內(nèi)的溫度。夏季的電力使用量大，多在空調(diào)用電。其中一般制造業(yè)的廠房高度高，保溫效果差，而且人們對(duì)于這部分用電的節(jié)約意識(shí)查，空調(diào)基本上是全天開(kāi)啟。夜間幾個(gè)人加班或者值班的情況下，空調(diào)也是一樣狀態(tài)的工作。這樣的電能浪費(fèi)也十分普遍。管理者應(yīng)該在各個(gè)車(chē)間增加的溫濕度傳感器讓現(xiàn)場(chǎng)使用者直觀看到目前的環(huán)境、溫濕度判斷是否需要開(kāi)啟或者關(guān)閉部分空調(diào)，在各個(gè)車(chē)間設(shè)置顯示大屏顯示各個(gè)區(qū)域的環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)及各空調(diào)的運(yùn)行情況，為整個(gè)車(chē)間合理使用空調(diào)提供直觀的數(shù)據(jù)參照。以科學(xué)的數(shù)據(jù)作為參照去進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的工作管理，而且根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)一段時(shí)間的空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析反過(guò)來(lái)調(diào)整各個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)判斷車(chē)間的分體空調(diào)放在什么位置最合適，設(shè)置溫度在什么區(qū)間最合適、最節(jié)能。這樣的管理方式和手段才能高效的利用電能，減少不必要的電能浪費(fèi)，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召與“碳達(dá)峰，碳中和”的政策。

2.4 變頻啟動(dòng)

在一些大型生產(chǎn)工廠中，工廠車(chē)間冷暖空調(diào)的壓縮機(jī)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)等負(fù)載都屬于感性負(fù)載，這些設(shè)備在啟動(dòng)的過(guò)程中，需要克服靜摩擦力和電機(jī)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈的沖擊。在負(fù)載啟動(dòng)的瞬間，電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)幾乎為零，沒(méi)有發(fā)生切割磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，因此不會(huì)在電路中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)供電電壓不變時(shí)，忽略設(shè)備內(nèi)部的線(xiàn)圈自感作用，所有的輸出電壓都加在了設(shè)備自身的電路的電阻上，因此啟動(dòng)電流會(huì)很大，其數(shù)值為正常運(yùn)行電流的7到8倍。這種情況下，在設(shè)備啟停過(guò)程中就會(huì)造成大量的電能浪費(fèi)，同時(shí)也對(duì)設(shè)備本身的使用壽命造成一定的影響。

在用設(shè)備之間串聯(lián)一個(gè)工頻變壓器，當(dāng)感性負(fù)載啟動(dòng)產(chǎn)生超大啟動(dòng)電流時(shí)，工頻變壓器會(huì)使輸出電壓下降，但是輸出頻率保持不變。雖然在相對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓下的超大啟動(dòng)電流會(huì)有減小，但并未改變電機(jī)性負(fù)載的轉(zhuǎn)速，因而超大啟動(dòng)電流仍然較大。這種通過(guò)緩啟動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)限制超大啟動(dòng)電流的現(xiàn)象，使輸出滿(mǎn)足負(fù)載啟動(dòng)要求的同時(shí)，可以達(dá)到有效限制負(fù)載電動(dòng)機(jī)的超大啟動(dòng)電流的目的。利用變頻啟動(dòng)方法和裝置可以使控制逆變系統(tǒng)所帶負(fù)載電流緩慢、小幅上升，直至達(dá)到負(fù)載平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的額定電壓和額定頻率，將啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載電流增幅限制在安全范圍內(nèi)，保護(hù)電路中的功率器件。變頻啟動(dòng)保證了控制逆變系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，減少了啟動(dòng)時(shí)的電能損耗，這樣不僅對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)也是良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)在一定的程度上極大減少了電能的浪費(fèi)，減少了碳的排放[4]。

2.5 建立電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過(guò)給用電大戶(hù)的生產(chǎn)制造企業(yè)建立電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新高效的電氣管理模式，為生產(chǎn)制造企業(yè)的科研和生產(chǎn)提供高品質(zhì)、高可靠的電力保障。建設(shè)一個(gè)“集中管理、分散控制”的電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和電力設(shè)備設(shè)施的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)的電氣系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析預(yù)測(cè)、電氣設(shè)備設(shè)施的管理調(diào)度等，為實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)的節(jié)能減排，降本增效等目標(biāo)創(chuàng)造條件。

工廠的運(yùn)維人員可以通過(guò)電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)供配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)、電能潮流、電能平衡的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)進(jìn)行全面監(jiān)視，快速獲得企業(yè)各車(chē)間設(shè)備的用電情況和故障信息，能夠有效地通知監(jiān)控人員及時(shí)進(jìn)行處理。電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)全廠的電氣化現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集存儲(chǔ)并實(shí)時(shí)顯示，使運(yùn)維人員可以及時(shí)了解生產(chǎn)用電情況，幫助調(diào)度人員進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)度，根據(jù)電力調(diào)度和優(yōu)化需求，補(bǔ)充完善電力供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)施及管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，綜合提升電力監(jiān)控的管理水平，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和管理，真實(shí)了解電氣設(shè)備的耗能情況，為節(jié)能降耗提供真實(shí)的數(shù)據(jù)和依據(jù)，通過(guò)分析積累的歷史數(shù)據(jù)，分析出哪些設(shè)備是大的耗能設(shè)備，哪些時(shí)段是用電的高峰時(shí)段，哪些地方還能提高生產(chǎn)效率，節(jié)省電量的空間，從而通過(guò)相應(yīng)的管理、技術(shù)手段來(lái)達(dá)到提高設(shè)備效率和電能利用率，真正把企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中使用的電能漏洞堵住，為企業(yè)未來(lái)的健康發(fā)展提高競(jìng)爭(zhēng)力，真實(shí)的響應(yīng)國(guó)家“碳達(dá)峰，碳中和”的政策[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前電氣自動(dòng)化系統(tǒng)節(jié)能的節(jié)電技術(shù)，通過(guò)研究電氣自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)電力的控制、傳輸、優(yōu)化，使節(jié)電減排初見(jiàn)成效，但在新的資源環(huán)境形勢(shì)和“碳中和”政策背景下，針對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的節(jié)能減排技術(shù)如何推陳出新、廣泛落地亟需破題。未來(lái)，電氣自動(dòng)化體系中的節(jié)能問(wèn)題仍需通過(guò)出臺(tái)優(yōu)惠政策、探索技術(shù)革新、培育優(yōu)質(zhì)技術(shù)、拓寬應(yīng)用渠道、加強(qiáng)有效宣傳與優(yōu)質(zhì)培訓(xùn)等措施，持續(xù)提高節(jié)能減排水平，致力于“碳中和”與可持續(xù)發(fā)展。