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可持续发展与电气节能技术1、引言•能源发展战略是可持续发展战略的重要组成部分，作为我国能源战略中目前的首位任务，节能在我国可持续发展中起着举足轻重的作用。•煤、电、油、气是当前应用的主要能源，它们与国民经济发展和人民生活密切相关，有时因为缺煤少电就给人民生产和生活造成很大的影响；另一方面，因为没有合理和科学地利用能源，使我国的能源利用效率很差。我国产值能耗是世界上最高的国家之，大约为美国的7.4倍，日本的12.8倍，世界平均值的4.3倍，产品能耗比发达国家要高30％～.80％，能源浪费严重。从另角度看，我国节能潜力非常大。煤、油、气的地下储量有限，不能再生，必须节约能源，以造福子孙。据国家环保局分析，我国大气环境污染80％是由于燃煤引起的。以我国煤质来说，燃烧1t煤，平均排放C02490kg，灰尘13.6kg，SO214.8kg，我国能源3/4以上是煤炭，所以节约能源是保护国家资源、缓解能源供需矛盾、降低企业成本、保护环境的重要措施。而电能是上述能源中最为经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，因此电气节能技术的推广有助于显著减少一次能源的消耗和环境的污染。2、电力系统节能技术•进入21世纪，人类面临着越来越严重的能源危机，节约能源是我国乃至全世界持续发展的必然手段。电力工业既是重要的能源生产部门_，同时又是耗能大户，电力系统在发、供、用电过程中，其自身电能损耗是相当巨大的，我国的综合电能损耗总量每年高达3000～.3700亿kW##8226;h。挖掘节电潜力，降低电力系统的损耗，提高供电的经济效益，具有重要的现实意义。2.1电网节能•电网是电力系统的重要组成部分，包括发电厂输电线到用户问的全部线路、变压器、开关、控制和保护装置等设备。按照电压等级和用途不同，电网又町分为输电网和配电网两部分。电网的线损主要是指电力变压器损耗和电力线路损耗，而线损率与变压器能耗的高低及电力系统发、输、变、配、用等各个环节紧密联系。因此，设法降低电力线路损耗与变压器损耗己成为电力系统节能的主要措施。2.1.1线路节能技术•1）在电网中采用环行供电和多回线路供电方式。避免电力线路的交错、重叠和迂回供电。2）投入备用线路。有些用户设有备用电缆和线路若把这些备用同路也投入使用，则可使配电线路的藏面积成倍增加，而又不需要额外投资，可以显著节约电能。3）减少空载损耗。不用电时断开电源线路，可减少线路上的空载运行损耗，一般可达3％～5％。采用定时电力自控器，节电效果会更好。4）采用节能型无功补偿装置，提高功率因数。电力系统的无功补偿分为集中补偿和分散就地补偿；前者大多用在中压网络的供电母线上，解决供电无功输送中的线路损耗，即提高功率因数：后者大多用在配电系统末端负荷处，解决用户侧的无功平衡问题，使用户在负荷端实现无功就地补偿，降低配电线路的线损。集中补偿解决的是部分线损，而分散补偿可使用络损耗降至最低限度。两者相结合可达到更理想的效果。5）改造、更新低压配电线路，采用节能型金具或扩大导线截面积，提高绝缘水平，以减少传输和漏电的损失。据测量，一个非节能型金具的电力损失大约是10～15w，线路上的连接金具数以万计，因此采用节能型金具的节能效果相当可观。6）采用柔性交流输电（FACTS）技术和高压直流输电（HVDC）技术，采用大功率电力电子器件，与其他电力设备组成FACTS装置，可以灵活实现对电力系统参数（线路阻抗、相角、功率潮流等）的快速、连续调节控制，从而大幅度提高输电线路的输送能力，降低输电损耗，近年来发展迅速，已在美国、日本、瑞典、巴西等国的超高压输电工程中得到应用。我国500kV输电线输送功率一般只有300～.400MW，最多为700MW，低于北美900MW的水平。要提高线路输送能力，应用FACTS技术是主要措施之一。我国已经建成220kV的超高压可控串补（TCSC）示范工程，现在正在进行静止同步补偿器（STATCOM）、飞轮储能等FACTS示范工程的建设。交流1000kV和直流±800kV的特高压网架也正进入规划设计阶段。2.1.2变压器节能技术•2.1.2变压器节能技术器的台数多、容量大，统计结果表明，发、供、用电过程中变压器在传递功率过程中，自身要产生有功功率损失和无功功率消耗。多级变压电网中变压变压器的电能损失约占整个电力系统损失的30％，因此采取技术措施来降低其损失足节约能源的重要手段。•变压器的节能措施通常有以下几种：1）采用节能型变压器。目前我国节能型变压器在质量方面已达较高水平，其总能耗较普通型可降低25％以上。如果超导变压器实用化，节能效果将会非常显著。2）采用静止无功补偿器（SVC）提高功率因数.降低变压器绕组损耗。在电力系统中，用户由于大量采用感应电动机和其他感应用电设备，需要系统供给大量的无功功率，这些无功功率经多级线路和变压器的输送与转化，又会造成无功功率损失，使电网无功功率短缺，这不但降低了发供电设备的供电能力，造成电网中电压的波动，也增大了电能损失。采用SVC装置，可弥补传统无功补偿设各的缺陷，使无功损耗大幅降低。3）按最大需求量计算基本电费，有利于推广变压器的经济运行，从而达到节能的目的。此种计费方式促使用户按变压器经济方式选择投运变压器的容量，当几台变压器共同承担一个总负荷时，也能按变压器经济运行的要求合理安排投运台数。4）调整及平衡变压器的二次侧绕组和三次侧绕组间负载分配。5）调整电网中变压器运行方式。对负载波动大的单台运行变压器，应通过定时计算增设小容量变压器在小负荷时运行：对负荷波动大的变配电所，应装设两台不等容量变压器，其中长期运行的变压器应选择技术特性优者，使用非长期运行的变压器应选择技术特性良者。6）实行经济调度，提高变压器运行效率，实现经济运行。为实现经济调度，常根据负载率选择变压器容量：根据实际需要.采用并列、解列等运行方式，减少冷却装置消耗的功率，将冷却器分组控制和辅机变速运行。实践证明使用变压器经济运行，可使变压器能耗下降10％以上。2.3新能源与可再生能源•新能源与可再生能源发电技术的研究，已取得了令人瞩目的成就。太阳能、风能、地热能、核能发电技术已被较广泛采用，国外还开发出许多新能源发电技术，如海洋温差发电、生物质能发电、垃圾发电、污泥发电、高温岩体发电、冰洋发电、叶绿素发电、磁流体发电和可控热核发电等等.其中的磁流体发电是一种高效、低污染发电新技术，将它与蒸气发电组成联合循环，可以大幅度提高电厂的热电转换效率，试验测算其效率可提高55％～.60％，因而较常规发电方式节约燃料35％左右。英国国际热核试验反应堆通过试验证实，可控热核发电在短暂时间内发电功率可达20000MW，反应堆能在小时内自维持10000MW的出力。以色列开发的地热、废热发电技术已被许多国家引进，其不仅包括利用地热资源发电，还包括利用工厂中的各种废弃载热体，如热烟气，废热气，热油、废气等的余热和废热来发电。3、照明节能技术•在20世纪90年代初，国际上针对节约电能、保护全球环境提出丁“绿色照明”概念。我国政府也积极响应，并于20世纪90年代中期开始实施“绿色照明”工程。绿色照明就是使用高效节能电光源、高教照明灯具和照明控制设备等照明节能新技术产品，在提高照明质量的前提下，降低照明负荷安装功率，节约照明用电，从而减少对环境的污染，保护生态平衡。全面落实《中华人民共和国节约能源法》，大力推行“中国绿色照明工程”，提高能源利用率，建立优质、高效、经济、舒适、安全的照明环境，是经济发展和环境保护的迫切要求。4节能新技术•4.1超导电力应用技术金属电阻随温度降低而变小，达某极低温度时，电阻减小到零，即呈现超导现象。近年来对超导材料已取得新的突破，找到在液氮温度-194℃下的超导材料。超导体由于有良好的传导性能，在电力上应用将具有显著的节能效果。现在主要从发电、输电、电力储存及尖端发电技术四方面研究开发。超导发电机与常规发电相比，体积减小一半、重量减轻2/3，而效率可达99.5％。现在输电损失在10％以上，而超导电缆可做到基本无损失。用超导的蓄能技术，其储电效率可达90％，比其他储电技术高15％～.40％。利用超导体产生强大磁场，口J应用在磁流体发电和核聚变尖端发电技术上。4.2高效蓄能电池主要用于电动汽车和电力调峰，为了环境保护，现在国际上正在大力开发电动汽车，目前用于电动汽车的高效蓄电池.一次充电已可行200km；用于调峰的蓄电池功率到1000kW，充入电效率达90％～.91％，同样体积的蓄电量可为铅蓄电池的2～3倍。这些高效蓄电池也应用在风力发电与太阳能发4.3煤气化联合循环发电（IGCC）煤气化生成燃料气，燃料气驱动燃气轮机，燃气轮机排烟气加热锅炉，产生蒸气驱动汽轮机发电。目前国外己建、在建的IGCC有20多个，新一代的IGCC供电效率可达43％～.46％，我国也正在研究开发。6、结束语•目前作为主要能源的煤和石油等一次能源，都是不可再生的地球资源。社会经济发展愈迅速，对能源的开采量需求就愈大，地球所蕴藏的化石能源总有天将开采殆尽，这与可持续发展是相矛盾的。因此，合理高效地利用能源，是保持社会适度发展，又尽可能地减少资源消耗的要求。从环境保护方面来说，保持生态平衡、减少环境污染也是可持续发展的重要内容，粗放型经济的发展己使得人类生存环境极度恶化在经济发展中减少对环境的污染、保持人类生存环境已成为全人类的当务之急。•电能作为最经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，其节能技术的推广有助于显著减少次能源的消耗和环境的污染，是合理高效利用能源的有效途径•