工業(yè)電氣設計中節(jié)能技術探究
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【摘要】近年來，隨著我國智能化進程的不斷推進，國家日益重視工業(yè)電氣的發(fā)展，同時也取得了巨大進展，但全球可供工業(yè)生產的能源十分有限。可持續(xù)發(fā)展是我國大力提倡的一種發(fā)展方式，因此，在工業(yè)生產中如何減少能源消耗成為每個企業(yè)不得不去考慮的問題。本文分析電氣節(jié)能設計的必要性、原則，列舉工業(yè)電氣設計的具體節(jié)能措施。
【關鍵詞】
工業(yè)電氣；節(jié)能技術；研究面對工業(yè)技術的成熟加之人們日益擴大的需求，我國工業(yè)發(fā)展一直呈穩(wěn)步上升狀態(tài)。然而，我們在享受其帶來的經濟效益的同時，不能忽視其引起的環(huán)境變化。工業(yè)生產意味著或多或少會造成環(huán)境的污染以及能源的消耗。眾多研究調查顯示，目前我國部分工業(yè)生產發(fā)展以環(huán)境的破壞作為代價，得不償失。因此，我們應當將節(jié)能設計融入到工業(yè)電氣設計中去。
1工業(yè)電氣設計中使用節(jié)能技術的必要性
據相關調查顯示，如今我們的能源使用狀況不容樂觀。我國一直是人口大國，用電需求可想而知，加之近年來企業(yè)的增多，能源消耗過多。從某種程度上來講，工業(yè)發(fā)展意味著能源消耗，而能源消耗又會導致環(huán)境的污染。環(huán)境污染問題也是二十一世紀大家持續(xù)關注的焦點，環(huán)境污染帶來的最直接的影響就是人們的健康狀況受到威脅，由于環(huán)境遭到破壞而染上疾病的人數在不斷增多，我們不能無動于衷。既然能源的總量是無法改變的，我們可以做到的就是技術創(chuàng)新，在工業(yè)電氣設計中應用節(jié)能設計便可以有效地緩解地球上的能源壓力。國內企業(yè)的不斷崛起意味著我們的節(jié)能潛力巨大，實現效益增長和環(huán)境保護共贏迫在眉睫，這就要求相關產業(yè)要采取科學合理的措施實現電氣節(jié)能。
2電氣節(jié)能設計的原則
2.1功能保證原則
功能保證原則是電氣節(jié)能設計的基礎，簡單來說，引進任何創(chuàng)新技術的同時都應該保證原本功能的不受損，這是工業(yè)生產的基本要求。許多企業(yè)之前就出現過因為濫用先進技術而導致原有功能受損的情況，為了避免因小失大，這就要求工業(yè)電氣在進行節(jié)能設計之前，首先應對技術人員做好充足的培訓工作，使其充分了解設備的運行特點以及可能會出現的故障之后再進行節(jié)能設計，對于影響原固有功能的節(jié)能方案應直接否定。只有在保證功能的前提下融入節(jié)能技術，才能真正優(yōu)化整個電力系統(tǒng)，否則得不償失[1]。
2.2適用可行原則
適用可行原則是指設計的節(jié)能方案應具有一定的現實性，進行節(jié)能設計時要充分考慮設計方案中用到的設備是否已經具備、技術是否已經成熟、所需成本是否能承受，簡言之，需要確保方案在實際情況下是否可行。有時方案看起來幾乎完美，但實則不滿足適用可行原則，對不同節(jié)能設計還需具體剖析，不能僅僅關注表面現象，要綜合考慮各個方面，最大程度上滿足適用可行原則。
2.3最大化節(jié)能原則
節(jié)能是工業(yè)電氣設計想要達到的最終目標，也是節(jié)能設計想要實現的的最終意義。顯然除了要滿足上述原則，在工業(yè)電氣設計中要遵循最大化節(jié)能原則。對于各個企業(yè)來說要將能源消耗降至最低，多采用新能源，引進高效生產技術，完善設備，提高生產效率，實現最大化節(jié)能。
2.4經濟效益原則
在工業(yè)電氣設計中，注重節(jié)能的同時還應該注意成本和效益的相對比例，即投資成本不能過高。要考慮到引進、準備工作、成功應用等多方面因素，電氣節(jié)能技術所需要的成本并不低，因此，如何在保證功能、滿足可行性、又可以實現最大節(jié)能化的同時還能節(jié)約成本，是各個企業(yè)的終極目標。充分比對所有可行方案，做出資金預測以及效益分析是工業(yè)節(jié)能設計中必須要做到的[2]。
3電氣節(jié)能設計具體措施
3.1合理選擇用電設備
工業(yè)生產中的設備多種多樣，而且大部分設備的耗電量都十分巨大，顯然在工業(yè)電氣設計中節(jié)能設計是必不可少的，如何合理選擇電氣設備成為各個企業(yè)當下需要深入研究的問題。在工業(yè)生產中變壓器、傳輸機、壓縮機這些都是常用的設備裝置，起驅動功能的電機應用數量是最多的，耗電量也是最大的。工作人員應該提前確認好實際需要，計算相關效率、功率，根據需要去選擇有合適參數的電機，時刻把安全放在第一位。以機泵為例，實際選擇過程中要做出必要的規(guī)劃、設計、判斷。如果機泵的功率過高，極有可能出現空載現象，不僅違背了節(jié)能設計的初衷還增加了電能的消耗；如果電機工作時的效率偏高，就應該相應降低電動機的功率；當電動機的負荷較小時可以選擇搭配其他裝置來實現節(jié)能。總的來說，要降低設備的無功功率，提高實際工作效率和能源利用率。電纜也是電氣設備的重要組成部分，線損在工業(yè)損耗中占大部分。一方面，我們可以通過縮短長度、增大橫截面積來降低損耗，或者換導電率較小的導線，從材質選擇上進行損耗控制；另一方面從功率因數角度分析，有時線路的損耗是功率因數滯后導致的。在合理選擇電動機等設備之后，如果提高功率因數仍未滿足實際需要，則可以通過并聯(lián)電容器進行無功補償。
3.2優(yōu)化配電系統(tǒng)
相比于民用電氣，顯然，工業(yè)電氣的應用范圍更廣、使用程度更高，所用到的電氣無論是種類還是數目都遠遠超過普通的民用電氣，耗電量也因此更大，所以，工業(yè)電氣的用電負荷等級往往會比較高。在這種情況下進行節(jié)能設計，首先，通過減少不必要的配電環(huán)節(jié)直接實現能耗的降低，簡化了電力系統(tǒng)，具體來講，同一電壓級的配電級數應小于等于兩級，避免配電環(huán)節(jié)的過多造成不必要的浪費。其次，在滿足實際需要的條件下，盡可能選擇低電壓供配電系統(tǒng)，直觀上來說，電壓水平越高相應的損耗也越少。但需要特別注意的是要遵循本文中所提到的功能保障原則和適用可行原則，不能一味為了降低損耗而影響原有功能，或者降低安全系數增加風險。最后，在進行變電所設計時，要充分考慮變電所的位置選擇，這就需要提前計算電氣設備的相應距離。比如，對于在距離電力室中心較遠但負荷相對集中的配電設備區(qū)建立配電室，避免由于距離問題導致配件的過度損耗以及傳輸成本的增加，通過科學合理的規(guī)劃選擇最合適的距離[3]。
3.3改進照明系統(tǒng)
工業(yè)中的照明系統(tǒng)實際上并不復雜，但由于工業(yè)生產通常具有較大規(guī)模，所用到的照明工具數量巨大，因此改進照明系統(tǒng)是實現電氣節(jié)能設計的一個重要措施。具體如下：一是采用新型照明光源。以往傳統(tǒng)光源耗能高、采光效果差、使用壽命較短，使用傳統(tǒng)的鈉燈、汞燈往往無法滿足現代工業(yè)的要求，而逐步發(fā)展的新型光源克服了傳統(tǒng)光源的缺點，大幅度提高光源的利用率，已經基本可以達到節(jié)能的效果。除此之外，還可以采取傳統(tǒng)照明與現代照明相結合的方式，實現節(jié)能的同時還可以改善照明效果。二是充分利用新能源照明，太陽能是一種利用率很高的可再生能源，用太陽能實現采光，可以代替部分照明設備，減少電能的損耗。在白天可以使用導光管，使室內得到充足光照，同時可以將收集到的太陽光資源進行合理利用，給建筑物照明。三是完善控制系統(tǒng)，簡單的開關控制并未很好提高電能的利用率，相比之下的自動控制系統(tǒng)可以根據實際情況控制燈具的開關。上面提到的利用太陽能采光實現照明有一定能夠的局限性，只能應用在采光效果好、太陽直射的地方，對于較偏僻不經常有人經過的地方可以安裝聲控開關。四是合理布局照明設備。如果房間面積較小，可以使用集中照明方式避免浪費，相反，對于面積較大的地方，使用分散照明。同樣地，對于照明要求高的地方可以采用混合照明方式，而其他要求不高的工作處可以選擇一般照明以節(jié)約能源將低損耗。
3.4使用功率因數補償
功率因數的定義是在交流電路中有功功率和相應視在功率的比值。在其他條件相同的情況下，功率因數越大越好，表明設備的利用率高，如果功率因數過低則說明無功功率太大。一般來說，在我國工業(yè)電氣設計的實際應用中功率因數位于電感性的0.9到1之間。現實中，電動機和電纜在工業(yè)電氣中的使用極為普遍，而且又是感性負荷，因此經常會出現功率因數滯后的現象從而增加損耗。功率因數補償則可以有效彌補這個問題，其原理是通過減少無功功率的流動，以及降低配電系統(tǒng)裝置因輸送無功功率引起的損耗。補償用電系統(tǒng)的功率因數有時也被稱作無功補償。具體方法如下：首先可以通過減小輸電電流來減小功率損失。當輸電線路中的電流過大時，產生的焦耳熱越大，損耗也就越多，如果增大了電流必然會增加損耗。其次像上文3.1合理選擇用電設備中所述，可以進行電容器的并聯(lián)，注意高雅黑低壓部分對應不同的電容器[4]。
3.5加強工作人員的培訓
我國電氣節(jié)能設計現狀并不樂觀，工作人員的不重視占很大一部分原因。許多企業(yè)里的技術人員通常只是簡單掌握了相關電力知識，節(jié)能意識尚未形成。企業(yè)可以開展后期培訓，比如加大節(jié)能技術的宣傳力度，開設相關節(jié)能設計課程，以此培養(yǎng)員工的節(jié)能意識。還可以實行獎勵政策激發(fā)工作人員的積極性，在眾多設計方案中評選最優(yōu)節(jié)能方案，對優(yōu)秀員工給予相關獎勵，進行優(yōu)秀員工節(jié)能宣講，讓工作人員意識到好的電氣設計遠遠不夠，如何將節(jié)能技術應用進去才是當務之急。只有技術人員的節(jié)能意識提高了，整個企業(yè)才能真正意義上滿足節(jié)能要求。
4結語
綜上所述，工業(yè)電氣設計一直以來都是我們國家的重要任務，實現電氣節(jié)能設計刻不容緩，但實際上我國的電氣設計仍存在許多問題，節(jié)能現狀也不樂觀。相關工作人員要高度重視，在遵循功能保證原則、適用可行原則、最大化節(jié)能原則和經濟效益原則的前提下，通過合理選擇用電設備、優(yōu)化配電系統(tǒng)、改進照明系統(tǒng)、使用功率因數補償、加強工作人員的培訓等努力實現電氣節(jié)能設計，將節(jié)能設計和工業(yè)電氣設計更好地融合在一起，進行電氣設計的同時還能實現節(jié)能，推動我國電力行業(yè)的進一步發(fā)展。
參考文獻
[1]孫艷萍.電氣節(jié)能在工業(yè)電氣設計中的應用[J].通信電源技術,2019,36(3):161-162.
[2]黃鴻翱.工業(yè)電氣設計中的節(jié)能措施綜述[J].廣西節(jié)能,2019(4):14-15.
[3]李同賓.工業(yè)電氣節(jié)能技術研究[J].黑龍江科技信息,2015(6):36.
[4]李彥光,樊建玲,馮艷梅.關于電氣節(jié)能在工業(yè)電氣設計中應用的探究[J].科技創(chuàng)新與應用,2018(36):174-175.
作者:刁成妍 于碩 王蔚然 馬學炎 單位:山東科技大學濟南校區(qū)
