節(jié)能評估電氣部分的討論剖析

1、關(guān)于固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估報告電氣專業(yè)部分一些問題的討論 沈陽機電研究設(shè)計院 鄢光遠(yuǎn)2015年 10月為進(jìn)一步做好固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估工作，國家節(jié)能中心編制發(fā) 布了固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估報告編寫指南（總綱 2014年本）。以 下簡稱“能評總綱”?！澳茉u總綱”實際上已成為各咨詢機構(gòu)編寫“固定 資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估報告”的規(guī)范性指導(dǎo)文件。筆者根據(jù)參與能評報告 編寫和評審的體會，僅就工業(yè)項目節(jié)能評估報告中有關(guān)電氣專業(yè)的部分內(nèi) 容的編寫進(jìn)行討論。1. 關(guān)于電氣建設(shè)方案節(jié)能評估工業(yè)項目節(jié)能評估報告中，有關(guān)電氣建設(shè)方案節(jié)能評估內(nèi)容建議放在 “3.4 輔助生產(chǎn)和附屬生產(chǎn)設(shè)施節(jié)能評估”一節(jié)，可單列一小

2、節(jié)，主要包 括供配電設(shè)施方案節(jié)能評估、照明設(shè)施方案節(jié)能評估。1.1 供配電設(shè)施方案評估1.1.1 評估步驟及要求首先，介紹節(jié)能評估前供配電設(shè)施方案（供配電電壓等級、供配電系 統(tǒng)及變配電所設(shè)置方案、主要供配電設(shè)備選型等）；其次，對原方案進(jìn)行 全面深入的分析、評估，從節(jié)能角度查找存在的問題；再次，提出改進(jìn)建 議及擬采取的節(jié)能措施，確定評估推薦方案；最后進(jìn)行推薦方案評估（必 要時進(jìn)行相關(guān)能評基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、指標(biāo)的計算）。1.1.2 主要供配電設(shè)備選型的評估主要供配電設(shè)備選型的評估，重點是對變壓器的節(jié)能評估。變壓器節(jié) 能評估應(yīng)包括兩個方面。其一，對照三相配電變壓器能效限定值及能效等級GB20052-2013

3、 或電力變壓器能效限定值及能效等級GB24790-20Q9對所選變壓器進(jìn) 行能效等級評估。具體評估方法參見評估指南2014年本附件 2的示例。其二，參照電力變壓器經(jīng)濟(jì)運行 GB/T13462-200，8 進(jìn)行變壓器容 量（變壓器負(fù)荷率）選擇合理性評估。對雙繞組變壓器而言，通過計算變 壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)并根據(jù)1.33 P2jz< B <0.75公式判斷所選變壓器 是否處在最佳經(jīng)濟(jì)運行區(qū)間。對于新建項目，如變壓器負(fù)荷率大于 80%時， 則應(yīng)放大一級容量選擇變壓器。1.2 照明設(shè)施方案評估 其評估步驟及要求與“1.1”節(jié)所述一樣，只是方案內(nèi)容不同。照明 設(shè)施方案包括：照明方式與類別、照明光

4、源、燈具及附屬裝置、照明節(jié)能、 照明配電與控制方案等。1.3 用電負(fù)荷計算及無功功率補償1.3.1 用電負(fù)荷計算 用電負(fù)荷計算是配電設(shè)計的第一步，是確定供電方案的主要依據(jù)。其 計算結(jié)果（計算有功功率）也是耗電量計算的最重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此能評 報告電氣部分也必須在確定供配電設(shè)計方案和耗電量計算前進(jìn)行詳細(xì)的用 電負(fù)荷計算。用電負(fù)荷計算有多種方法，能評階段，一般用電設(shè)備通常采 用需要系數(shù)法、一般照明通常采用單位面積指標(biāo)法進(jìn)行用電負(fù)荷計算；對 于某些工業(yè)建筑（如標(biāo)準(zhǔn)廠房），具體用戶不明確、用電設(shè)備無法確定時， 可根據(jù)城市電力規(guī)劃規(guī)范、行業(yè)特點采用單位面積指標(biāo)法或單位產(chǎn)品 耗電量法進(jìn)行計算。1.3.1.

5、1 用電負(fù)荷計算一般原則（1）用電負(fù)荷計算建議采用工業(yè)與民用建筑配電設(shè)計手冊（第三 版）示例表格式。負(fù)荷計算要有利于配電方案的確定，首先按供電單元（變 電所）、建筑物（或車間）為單位進(jìn)行負(fù)荷計算，然后進(jìn)行全廠用電負(fù)荷 匯總。不宜將全廠（或車間）設(shè)備匯集在一起進(jìn)行負(fù)荷計算, 然后再去平均 分配變壓器容量和臺數(shù)。（2）用電設(shè)備中存在不同電壓等級時，應(yīng)按不同電壓等級分別進(jìn)行計 算。（3）季節(jié)性、又不同時運行負(fù)荷，只計算功率大的。備用設(shè)備及消防 設(shè)備不參與計算。1.3.1.2 關(guān)于需要系數(shù)的選取 在采用需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷時，有功功率計算負(fù)荷表達(dá)式為：Pjs=KXPe （1.3-1）需要系數(shù)的選取應(yīng)

6、有依據(jù)。盡量從各行業(yè)的供配電設(shè)計手冊（或電力 設(shè)計資料）中選?。幢阃瑯拥脑O(shè)備，在不同行業(yè)，由于運行工況的差異， 需要系數(shù)的取值也可能不同）。一般工業(yè)項目和民用建筑可參照工業(yè)與 民用配電設(shè)計手冊（第三版）選取。在選取需要系數(shù)時，還應(yīng)結(jié)合建設(shè)項目設(shè)備的特點和具體情況。如在 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊（第三版）表1-1中所列機加設(shè)備所指是單 獨傳動的普通機床（且數(shù)量較多時）的需要系數(shù)?，F(xiàn)在很多企業(yè)的冷加工 都采用數(shù)控機床、加工中心、柔性生產(chǎn)線等，由于這類設(shè)備效率高，多為 連續(xù)性工作，所以需要系數(shù)應(yīng)高于表中所列數(shù)據(jù)。對于一般配電設(shè)計手冊中無法查對的用電設(shè)備，則要認(rèn)真分析設(shè)備的 運行工況，結(jié)合需要系數(shù)的含

7、義選取。需要系數(shù)表達(dá)式：K=KK/ n in 2 （1.3-2 ）KS負(fù)荷率，K=P/RP用電設(shè)備實際負(fù)荷R 用電設(shè)備額定容量K設(shè)備組同時系數(shù)（單臺設(shè)備時K=1）n i用電設(shè)備實際負(fù)荷時效率n 2向用電設(shè)備供電的線路效率131.3設(shè)備功率的確定進(jìn)行負(fù)荷計算時，需將用電設(shè)備按其性質(zhì)分為不同的用電設(shè)備組，然 后確定設(shè)備功率。用電設(shè)備的額定功率或額定容量是指設(shè)備銘牌上的數(shù)據(jù)。 對于不同負(fù)載持續(xù)率下的額定功率或額定容量，應(yīng)換算為統(tǒng)一負(fù)載持續(xù)率 下的有功功率，即設(shè)備功率R。（1）單臺用電設(shè)備的設(shè)備功率連續(xù)工作制電動機的設(shè)備功率等于額定功率。運短期或周期性工作制的電動機（如起重機用電動機等）的設(shè)備功率 是

8、指將額定功率換算為統(tǒng)一負(fù)載持續(xù)率下的有功功率。當(dāng)采用需要系數(shù)法計算負(fù)荷時，應(yīng)統(tǒng)一換算到負(fù)載持續(xù)率£ r為25%寸 的有功功率。Pe =2Pr rPr 電動機額定功率（kV）電動機額定負(fù)載持續(xù)率（設(shè)備銘牌上可查到） 電焊機的設(shè)備功率是將額定容量換算到負(fù)載持續(xù)率£ r為100瀏的有功功率Pe = Sr】：；.r COgSr 電焊機額定容量 （kVACOS 電焊機額定功率因素£ r電焊機額定負(fù)載持續(xù)率（設(shè)備銘牌上可查到） 電爐變壓器的設(shè)備功率是指額定功率因數(shù)時的有功功率Pe = Sr COSr（kWSr電爐變壓器額定容量 （kVACOS r電爐變壓器額定功率因素 整流變

9、壓器的設(shè)備功率是指額定直流功率132無功功率補償一般工業(yè)企業(yè)通常采用并聯(lián)電力電容器作為人工無功功率補償。為了 盡量減少線損和電壓損失，宜就地平衡補償。補償原則：低壓部分的無功 功率由低壓電容器補償；高壓部分無功功率由高壓電容器補償；對于容量 較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備的無功功率，宜單獨就地補償；補 償基本無功功率的電容器組宜在配變電所內(nèi)集中補償。無功功率補償計算，應(yīng)以相應(yīng)配變電所為單元進(jìn)行計算。根據(jù)供配 電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范GB5OO52-2O09國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補償配置 技術(shù)原則，100kVA及以上高壓供電的電力用戶，在用戶高峰時變壓器高 壓側(cè)功率因素不宜低于0.95;其它電力用戶

10、，功率因素不宜低于0.9。為 了防止低壓部分過補償產(chǎn)生的不良效果，因此高壓部分應(yīng)由高壓電容器補 償。有的能評報告不分供電單元、不分高低壓用電設(shè)備，集中進(jìn)行負(fù)荷計 算和無功補償計算，統(tǒng)一平均進(jìn)行變壓器配置，是不對的。2. 能源利用狀況核算 2.1應(yīng)澄清的問題“能評總綱”第五章共有三節(jié)。其中第一節(jié)，“能評前能源利用狀況” 是指就當(dāng)前項目建設(shè)方案，進(jìn)行項目年綜合能源消費量、年綜合能源消耗 量和主要能效指標(biāo)的復(fù)核計算；第二節(jié)，“能評后能源利用狀況”。是指 依據(jù)能評階段提出的節(jié)能措施后的項目用能情況，測算項目年綜合能源消 費量、年綜合能源消耗量。當(dāng)能評階段沒有采取有效的節(jié)能措施，能評前 后的年綜合能源消

11、費量、年綜合能源消耗量是一樣的。將可研報告中能耗作為能評前的能源消耗是不對的。2.2 能源利用狀況核算 能源利用狀況核算及能效水平評估是能評報告十分重要的內(nèi)容。其基 本要求是：計算方法、計算過程應(yīng)清晰、準(zhǔn)確，計算中所引用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 應(yīng)有明確來源或核算過程，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、基本參數(shù)的選擇、核算過程應(yīng)清晰 （基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)有詳細(xì)的基本參數(shù)支撐和明確的計算過程）。能評階段，企 業(yè)年電能消耗量計算通常采用年平均負(fù)荷來確定。使用公式 WY=aPTN （kWh （2.2-1 ）a av-年平均有功負(fù)荷系數(shù)；P C計算有功功率（kW，通過負(fù)荷計算得出；T 年實際工作小時數(shù)。單位產(chǎn)品耗電量法，是根據(jù)企業(yè)年產(chǎn)量（m和單位

12、產(chǎn)品耗電量（w 來確定。使用公式 W Y=mw （kW h （2.2-2）m- 單位產(chǎn)品耗電量， kWh /單位產(chǎn)品，由工藝設(shè)計提供或參考現(xiàn) 有積累資料；w-產(chǎn)品年產(chǎn)量（單位與m中單位產(chǎn)品一致）。 此法多用于項目前期文件報告，如項目建議書、申請報告、可研等。 能評階段不建議采用。2.2.1年平均有功負(fù)荷系數(shù)（aav）的確定（1 一般工業(yè)項目年平均有功負(fù)荷系數(shù)的確定年平均有功負(fù)荷系數(shù)（aav）是指年平均用電負(fù)荷與最大用電負(fù)荷的比值。表達(dá)式為：aav 二Pav/Pmax （2.2-3 ）aav與電力負(fù)荷運行狀況密切相關(guān)，不同用戶（行業(yè)）、不同車間、不 同設(shè)備，其運行狀況各不相同，因此不同用戶（企業(yè)

13、 、不同車間、不同 設(shè)備的aav也可能各不相同。能評時應(yīng)在了解、分析企業(yè)、生產(chǎn)車間、設(shè)備 等的實際運行工況，設(shè)備能力（計算負(fù)荷率）的基礎(chǔ)上取值。aav取值應(yīng)采用同類型企業(yè)、車間、設(shè)備的多年累積的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，當(dāng)缺 乏此數(shù)據(jù)時，作為估算一般可取0.7-0.75。能評階段計算電能消耗量時建議以設(shè)備（或設(shè)備組）為單元分別選取 aav值。而不是以生產(chǎn)單元或多種設(shè)備一起作為單元選取aav值。（2）特殊項目（或特殊工藝設(shè)備）年平均有功負(fù)荷系數(shù)的確定對于特殊項目（或特殊工藝設(shè)備）應(yīng)在認(rèn)真研究相關(guān)行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（或 節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)）、仔細(xì)分析工藝特點的基礎(chǔ)上確定平均有功負(fù)荷系數(shù)。由 于設(shè)備利用率高，相應(yīng)的年平均有功負(fù)

14、荷系數(shù)也相應(yīng)較高。這類行業(yè)多為 高耗能行業(yè)，一般都有行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。例一：建筑衛(wèi)生陶瓷工廠建筑衛(wèi)生陶瓷類工廠應(yīng)遵循建筑衛(wèi)生陶瓷工廠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（GB50560-201）規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)對主要工藝設(shè)備利用率有明確規(guī)定，現(xiàn)摘錄如下：表8.1.5主要工藝設(shè)備設(shè)計年利用率表工藝設(shè)備名稱設(shè)計年利用率（陶瓷磚釉燒輥道窯>90陶瓷磚素?zé)伒栏G>90衛(wèi)生陶瓷燒成隧道窯>90衛(wèi)生陶瓷燒成梭式窯>90衛(wèi)生陶瓷燒成輥道窯>90壓磚機>90噴霧干燥器>90衛(wèi)生陶瓷壞體干燥器>90球磨機>90破碎機>20例二：鋼鐵企業(yè)鋼鐵企業(yè)應(yīng)應(yīng)遵循鋼鐵企業(yè)節(jié)能設(shè)計規(guī)范（GB506

15、32-201）有關(guān) 規(guī)定，如“4.7.2.4 軋機年工作時間應(yīng)不低于 6500小時，多品種軋機不低 于 6000小時。軋機負(fù)荷率不低于 80%”，其他軋機、主機也有相應(yīng)規(guī)定。對暫無行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（或節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)）的特殊項目，在仔細(xì)分析工 藝特點的基礎(chǔ)上，利用負(fù)荷曲線圖方式求出負(fù)荷系數(shù)。2.2.2年實際工作小時數(shù)（Tn）年實際工作小時數(shù)（Tn）是指設(shè)備年實際運行時間（是設(shè)備設(shè)計年時 基數(shù)，不是設(shè)備年公稱時間）。它與企業(yè)全年工作日、工作班制有關(guān)。因 其行業(yè)和工藝不同特點，年實際工作小時數(shù)各有不同。有的行業(yè)有相關(guān)設(shè) 計標(biāo)準(zhǔn)，如機械工廠年時基數(shù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了各類工作環(huán)境、工作 性質(zhì)工藝設(shè)備的公稱年時基

16、數(shù)和設(shè)計年時基數(shù)。因此要盡可能查找相關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)或設(shè)計手冊。輔助生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備年實際工作時間應(yīng)與所服務(wù)的工藝設(shè)備 設(shè)計年時基數(shù)相同；生產(chǎn)車間與輔助生產(chǎn)場地的照明設(shè)備年實際工作時間 應(yīng)與工藝設(shè)備的公稱年時基數(shù)相同。確實無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計手冊依據(jù)時，可參考以下數(shù)據(jù)：全年工作日為 251天時，一班制可取1860h二班制可取3720h三班制可取5580h。有 的企業(yè)或有的工種工作日不是 251 天，可按比例適當(dāng)調(diào)整。對于化工、制藥等流程性生產(chǎn)過程，雖然生產(chǎn)線是連續(xù)運行的。但線 上設(shè)備運行工況大不相同，有的連續(xù)性運行，有的間斷性運行。因此生產(chǎn) 線上的設(shè)備運行時間各不相同，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝確定。個別單臺大型設(shè)備工作

17、時間數(shù)可根據(jù)實際情況確定。2.2.3關(guān)于需要系數(shù)（Kx）與負(fù)荷系數(shù)（aQ需要系數(shù)（Kx）與負(fù)荷系數(shù)（aav）是能評階段進(jìn)行用電設(shè)備用電負(fù)荷 計算和用電量計算的兩個重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。正確理解了它們的含義、區(qū)別， 合理取值，是確保用電負(fù)荷計算和用電量計算符合實際的前提。3. 節(jié)電量的計算“能評總綱”要求在能評階段應(yīng)針對項目在節(jié)能方面存在的問題、可 以繼續(xù)提高的環(huán)節(jié)等，提出節(jié)能措施、建設(shè)方案調(diào)整意見、設(shè)備選型建議 等。并逐條分析計算能評階段節(jié)能措施的節(jié)能效果等。下面討論幾種常見 節(jié)電措施節(jié)電效果的計算方法。各種節(jié)電措施，理論上都有一些節(jié)電量的 計算方法。但這些計算方法理論性強，往往計算過程復(fù)雜，加之能

18、評階段 了解信息有限，難于準(zhǔn)確計算節(jié)電效果。下面提出并討論幾種常見節(jié)電措 施的節(jié)電效果的估算方法，供參考。3.1 變頻調(diào)速節(jié)電量估算據(jù)統(tǒng)計，用電量中約有 60%是通過電動機來消耗的。由于考慮起動、 過載、系統(tǒng)安全等原因，高效的電動機也經(jīng)常在低效狀態(tài)下運行，采用變 頻器對交流異步電動機進(jìn)行調(diào)速控制，可使電動機重新回到高效的運行狀 態(tài)，這樣可節(jié)省大量的電能。因此，在固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估中常常 作為一種有效節(jié)能措施被提及。有的資料還提到平均可節(jié)電 20%-50%等等。 不可否認(rèn)，采用變頻器對交流異步電動機進(jìn)行調(diào)速控制，確是一種有效的 節(jié)電措施。但由于用電設(shè)備中電動機的負(fù)載千差萬別（就其機械特性而

19、言， 將負(fù)載分為平方轉(zhuǎn)矩、恒轉(zhuǎn)矩和恒功率幾種）、運行工況也十分復(fù)雜；所 采用的變頻裝置是一種能改變頻率的電能轉(zhuǎn)換裝置，能量轉(zhuǎn)換過程中必然 伴隨著損耗。有資料介紹，低壓變頻裝置效率n=95%963左右，高壓變頻 裝置n =96%r97%左右，加上設(shè)備運行工況因素。所以，并不是所有用交流 異步電動機拖動的設(shè)備都值得采用變頻調(diào)速控制，或者說采用變頻調(diào)速控 制就一定節(jié)電。如風(fēng)機、泵類負(fù)載變頻調(diào)速節(jié)電傳動系統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù) 條件GB/T21056-200標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定了變頻調(diào)速節(jié)電傳動系統(tǒng)的應(yīng)用條件：（1）風(fēng)機、泵類的運行工況點偏離高效區(qū)。（2）壓力、流量變化幅度大，運行時間長的系統(tǒng)。并對變化幅度、 變化工況

20、時間率、年總運行時間作了規(guī)定。（3）流量在額定流量 90%以上變化時，風(fēng)機、泵類負(fù)載不宜用變頻 裝置。（4）風(fēng)機、泵類負(fù)載變頻調(diào)速節(jié)電傳動系統(tǒng)運行狀態(tài)，應(yīng)符合GB/T13466 交流電氣傳動風(fēng)機（泵類、空氣壓縮機）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì) 運行通則并提出了風(fēng)機、泵類負(fù)載變頻調(diào)速節(jié)電傳動系統(tǒng)年節(jié)電率宜15%勺技 術(shù)要求。因此，在確定是否采用變頻調(diào)速節(jié)電措施之前，一定要認(rèn)真了解該電 動機的負(fù)載種類、運行工況，對采取這一措施的合理性、可行性進(jìn)行分析。很多資料在介紹風(fēng)機、水泵變頻調(diào)速控制節(jié)電技術(shù)應(yīng)用時，都提到風(fēng) 機、泵類負(fù)載特性屬平方轉(zhuǎn)矩型負(fù)載。其幾項性能參數(shù)的變化遵循比例定 律：即流量與轉(zhuǎn)速的一次方成比例；壓頭（揚

21、程）與轉(zhuǎn)速的二次方成比例； 軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例。照此定律，如果風(fēng)機（水泵）轉(zhuǎn)速是額定 轉(zhuǎn)速 50%時，其功耗僅為額定功率的12.5%，節(jié)電率高達(dá)87.5%。而事實上并非如此。在實際應(yīng)用中，由于風(fēng)機、水泵受到系統(tǒng)參數(shù)和 運行工況的限制，并不能完全簡單地套用比例定律來計算調(diào)速范圍和估算 節(jié)電效果。實際上，當(dāng)采用擋板、閥門控制流量時，其所消耗電功率也隨 流量的降低而降低。上述說法忽略了這一重要因素?？傊?，一些資料夸大 了變頻調(diào)速的節(jié)電效果。下面將分別討論風(fēng)機、水泵應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的 節(jié)電效果。3.1.1 風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)電估算3.1.1.1 需考慮的幾個問題 首先要了解、分析風(fēng)機實際運行工況，

22、初步探討采用變頻調(diào)速可行性和 意義。 要注意風(fēng)機在工頻狀態(tài)運行功率，應(yīng)為采用風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時實際消耗的 電功率。不同風(fēng)量下，消耗的電功率也不同，而不是電動機的額定功率。 工頻運行時實際功率與變頻運行功率之差才是變頻運行所節(jié)省的功率。 要分別計算風(fēng)機不同運行工況下的節(jié)電量，然后計算出綜合節(jié)電量。當(dāng) 難于確定風(fēng)機的具體運行工況時，可以中心調(diào)節(jié)頻率為準(zhǔn)，進(jìn)行節(jié)電量計 算。即首先根據(jù)生產(chǎn)工藝要求的系統(tǒng)最低風(fēng)壓、流量確定所需風(fēng)機最低轉(zhuǎn) 速，中心調(diào)節(jié)頻率則為風(fēng)機最低轉(zhuǎn)速時的頻率和額定頻率（50HZ的中心 值。有時由于選配風(fēng)機、和風(fēng)機配電機時，設(shè)計裕量較大。即便滿負(fù)荷時， 風(fēng)機入口風(fēng)門開度也不是最大，所以系統(tǒng)

23、在滿負(fù)荷（風(fēng)量）下運行，電動 機也處在低于額定功率下運行。要扣除變頻裝置的損耗。3.1.1.2 節(jié)電估算由于大多數(shù)風(fēng)機為離心式風(fēng)機，所以下面重點討論它。有關(guān)風(fēng)機變頻 調(diào)速節(jié)電計算方法有許多介紹，多為理論性的，往往夸大了變頻調(diào)速節(jié)電 效果。實際上要準(zhǔn)確計算出變頻調(diào)速節(jié)電效果十分困難。能評階段，筆者 推薦三種簡單估算方法。（1）方法一如屬于技術(shù)改造類項目，現(xiàn)有風(fēng)機運行參數(shù)可通過現(xiàn)場實測獲得。筆 者推薦國家電力公司熱工研究院自動化所徐莆榮在風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)能講座 中提出的風(fēng)量查表和有限利用比例定律計算變頻與工頻運行所消耗電功率 差，從而計算出節(jié)電率，再扣除變頻裝置損耗的方法來估算風(fēng)機變頻調(diào)速 節(jié)電效果

24、。為方便使用，本文將摘錄離心風(fēng)機部分圖表，以供查用。（注：圖表摘自變頻器世界2011年3月本。雖然這些數(shù)據(jù)是通過 某風(fēng)機實驗、實測，但作為能評階段粗略估算變頻調(diào)速節(jié)電效果，還是具 有實用意義的。）表3.1-1離心式風(fēng)機風(fēng)門開度與風(fēng)量、風(fēng)壓和節(jié)電率的關(guān)系風(fēng)門開度（°）風(fēng)門開度（%風(fēng)量（風(fēng)壓（%節(jié)電率（1011.125.010.0901516.735.015.0802022.245.022.0702527.755.032.0603033.361.742.0503538.968.350.0404044.476.760.030455081.768.0205055.683.375.016556

25、1.185.580.0136066.788.384.0106572.290.887.377077.893.190.457583.395.193.338088.996.795.828594.498.898090100100100-4表3.1-2 離心式風(fēng)機系統(tǒng)在不同風(fēng)量（風(fēng)門開度）和不同控制方式 時的軸功率風(fēng)門開度（風(fēng)量（Qe入口控制（%pe出口控制（%pe10235260153354672042567425515881305860853565638940716591457768935082719455837395608575966587789770898097.5759183988093869

26、8.58595909990979599.595999899.810010010010021圖3.1-1離心式風(fēng)機在不同調(diào)節(jié)方式時的軸功率與風(fēng)機效率亠HL»fl«雖吏遠(yuǎn)識節(jié)鳳機散宰a IISO 60 7D M 90 1OQ 110風(fēng)灣鬣（轉(zhuǎn)速）（%）例：某電站鍋爐為75t/h循環(huán)流化床鍋爐，其送風(fēng)機（一次風(fēng)機）為離心 式風(fēng)機，設(shè)計裕度較大，在滿負(fù)荷時入口風(fēng)門開度僅為70%（出口風(fēng)門全 開），每天運行時間為8h; 80浪荷時風(fēng)門開度為55%每天運行時間為 10h; 60浪荷時風(fēng)門開度45%（低于44%f度時風(fēng)壓報警），每天運行6h。 試計算變頻調(diào)速節(jié)能改造后的節(jié)能效果。查風(fēng)機參

27、數(shù)：額定風(fēng)壓：22000R、運行風(fēng)壓10000 P,W 10000P報警；額定風(fēng)量：66000mVh，滿負(fù)荷運行風(fēng)量55000 nVh ;電動機參數(shù)：額定功率560kVy額定電壓6000V額定電流：65.4A,滿負(fù)荷運行電流42A額定轉(zhuǎn)數(shù)：1486r/min ;功率因數(shù)：0.85 ;額定效率：95%解：首先確定調(diào)速范圍，風(fēng)機采用變頻調(diào)速時，風(fēng)門全開，全速運行 時輸出額定風(fēng)壓22000P,根據(jù)比例定律，為保證最低風(fēng)壓（生產(chǎn)工藝要求 的最小風(fēng)壓）10000 Pa時的最低轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的67.49%為了留有風(fēng)壓 裕量，最低轉(zhuǎn)速取額定轉(zhuǎn)速的70%變頻裝置的最低輸出頻率為35H。a、題意，在滿負(fù)荷時入口

28、風(fēng)門開度為70%由表3.1-1查得風(fēng)量約為 90%變頻調(diào)節(jié)時可在90%專速下（45 Hz）運行，此時的風(fēng)壓為17820 P（22000X 0.92），滿足最低風(fēng)壓要求。由表 3.1-2 可查得此時電動機功率約為全風(fēng)量功率的 80%。由題意，風(fēng)機在滿負(fù)荷時的運行電流為42A此時電動機功率為：Pd=1.732X6000X 42X 0.85=371 kW當(dāng)風(fēng)機在 90%轉(zhuǎn)速運行時，其消耗的電功率為：Pb=371 kW /0.8X 0.9/0.96=352 kW （0.96 變頻器效率，以下同）節(jié)省電功率：AP二 Pd- Pb=371 kW -352 kW =19 kW節(jié)電率： 5 Pd=19/371

29、=5.12%b、80%負(fù)荷時風(fēng)門開度為 55%，由表 3.1-1 查得風(fēng)量約為 83%，變頻 調(diào)節(jié)時可在83%專速下（41.5 Hz）運行，此時的風(fēng)壓為15155 P （22000 X 0.832）,滿足最低風(fēng)壓要求。由表 3.1-2 可查得此時電動機功率為全風(fēng)量功率的 73%。風(fēng)機在80%負(fù)荷時的運行電流為40A此時電動機功率為： Pd=1.732X 6000X 40X 0.85=353 kW當(dāng)風(fēng)機在 83%轉(zhuǎn)速運行時，其消耗的電功率為：3Pb=353 kW /0.73X0.833/0.96=288 kW節(jié)省電功率：AP二 Pd- Pb=353 kW -288 kW =65 kW節(jié)電率：AP

30、/ Pd=65/353=18.4%c、60%負(fù)荷時風(fēng)門開度為 45%，由表 3.1-1 查得風(fēng)量約為 77%，變頻 調(diào)節(jié)時可在77%專速下（38.5 Hz）運行，此時的風(fēng)壓為13044 P （22000 X 0.772） ，滿足最低風(fēng)壓要求。由表 3.1-2 可查得此時電動機功率為全風(fēng)量功率的 68%。風(fēng)機在60%負(fù)荷時的運行電流為38A此時電動機功率為：Pd=1.732X 6000X 38X 0.85=335.6 kW當(dāng)風(fēng)機在 77%轉(zhuǎn)速運行時，其消耗的電功率為：Pb=335.6 kW /0.68X 0.773/0.96=234.7 kW節(jié)省電功率：AP二 Pd- Pb=335.6 kW -

31、234.7 kW =100.9 kW節(jié)電率：AP/ Pd=100.9/234.7=30.06%d、綜合節(jié)電率與節(jié)電量綜合節(jié)電率：(5.12洽8+18.4%< 10+30.06% 6)寧 24=16.89%日節(jié)電量：19 kWk8h+65 kWM0h+100.9 kW<6h=1407.4kWh( 2)方法二當(dāng)不知現(xiàn)有風(fēng)機運行工況數(shù)據(jù)時，將無法采用方法一來進(jìn)行節(jié)能效果 估算。建議一，查表法：可根據(jù)風(fēng)機運行工況，直接查閱表3.1-1 不同風(fēng)量 下節(jié)電率，根據(jù)不同運行工況下的節(jié)電率，求出綜合節(jié)電率，再根據(jù)已計 算出的未采用變頻調(diào)速時(工頻運行)的用電量，進(jìn)行節(jié)電效果估算；建議二，查圖法：直

32、接查閱圖3 . 1 - 1 中不同風(fēng)量下風(fēng)門控制和變頻調(diào) 速控制所需軸功率，算出二者功率差，再計算出不同運行工況下節(jié)電率和 綜合節(jié)電率。再根據(jù)運行工況進(jìn)行節(jié)電效果估算。還以上述風(fēng)機及運行工況為例，估算變頻調(diào)速節(jié)電效果。a、查表法查表3.1-1 ，90%負(fù)荷時節(jié)電率約為8%；80%負(fù)荷時節(jié)電率約為23.4%； 60%負(fù)荷時節(jié)電率約為52.54%。綜合節(jié)電率二(8%< 8+23.4%< 10+52.5%< 6)-24=25.5%日節(jié)電量二工頻運行時日用電量x綜合節(jié)電率二工頻運行時日用電量< 25.5%< 0.95=工頻運行時日用電量< 24.2%0 . 9 5

33、變頻裝置效率b、查圖法查圖3.1-1 ，90%負(fù)荷時，工頻運行所需功率81%，采用變頻調(diào)速控制 所需功率 75%，節(jié)省電功率6%；80%負(fù)荷時采用變頻調(diào)速控制比工頻運行時 約節(jié)省電功率16%；60%負(fù)荷時采用變頻調(diào)速控制比工頻運行時約節(jié)省電功 率 30%。設(shè)滿負(fù)荷工頻運行時所需功率為100%。則綜合節(jié)電率=(6%<8+16%<10+30%<6)-24=16.17%日節(jié)電量=工頻運行時日用電量<綜合節(jié)電率 =工頻運行時日用電量< 16.17%注：由于圖中變頻調(diào)速運行實際所需功率數(shù)據(jù)曲線已單獨繪制，而非理論曲線數(shù)據(jù)，因此不必再考慮變頻裝置效率問題。（3）方法三公式計算

34、法靜揚程為零（P0=0）水泵變頻調(diào)速節(jié)電估算方法也適用于一般風(fēng)機變 頻調(diào)速運行節(jié)電估算。具體方法在“3.1.2.2 水泵變頻調(diào)速節(jié)電估算”介 紹。對上述方法的評論方法一，是通過實測數(shù)據(jù)的計算方法，因此估算結(jié)果較符合實際。 方法二，所利用的圖表均有一定實驗基礎(chǔ)，可作為能評階段粗略估算 風(fēng)機變頻調(diào)速控制節(jié)電效果的估算方法。從結(jié)果看，方法二中方法b較方 法 a 更接近方法一。方法三，可通過公式直接計算。適用于風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍0.51 Q。3.1.2 水泵變頻調(diào)速節(jié)電估算3.1.2.1 水泵變頻調(diào)速節(jié)電分析水泵變頻調(diào)速節(jié)電效果計算較為復(fù)雜。除了處在一個水平面遠(yuǎn)距離輸 水泵外，與風(fēng)機不同的是，大多數(shù)水泵輸水

35、系統(tǒng)的入出水口有高差或系統(tǒng) 有最低揚程要求等，因而都存在一個靜揚程。使得水泵的運行不遵循相似 定律。此時水泵電機的輸入功率包含消耗于靜揚程（自然壓頭）部分和消 耗于管路阻力兩部分。其中管路阻力部分功耗與流量3 次方成正比，而靜 揚程（自然壓頭）部分功耗只與流量1 次方成正比。此時水泵電機的輸入 功率（總功率消耗）NP可用下式表示：N=kQ+RQ （3.1.2-1）Po靜揚程（自然壓頭），通常系一常數(shù)。K管路特性系數(shù)由式可見，當(dāng)P=0時，符合相似定律。水泵變頻調(diào)速運行時，流量與 轉(zhuǎn)速成正比，功率與轉(zhuǎn)速3次方成正比；當(dāng)R旳時，不完全符合相似定律。 變速前后，流量與轉(zhuǎn)速不成正比，且流量比恒大于轉(zhuǎn)速比

36、。水泵變頻調(diào)速 節(jié)電效果降低。管路性能曲線的靜揚程越高，水泵性能曲線和管路性能曲 線的夾角就越小，則變速調(diào)節(jié)流量時，改變相同流量時的轉(zhuǎn)速變化就越小， 其軸功率的減小值也越小，其節(jié)電效果就越低。因此，當(dāng)Po和時，不能簡 單地套用比例定律來計算調(diào)速范圍和估算節(jié)能效果。而應(yīng)將實際工況轉(zhuǎn)化 為相似工況后，才能用比例定律進(jìn)行計算。3.1.2.2 水泵變頻調(diào)速節(jié)電估算（1）靜揚程為零（Po=O）水泵變頻調(diào)速節(jié)電估算現(xiàn)實水泵運用中很難定義那些水泵系統(tǒng)屬于靜揚程為零。筆者認(rèn)為空 調(diào)冷卻水系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)、其它流體（或水）閉式循環(huán)系統(tǒng)等，泵的 能量增值全部（或主要）用于克服管道阻力，可認(rèn)為靜揚程為零。靜揚程為

37、零水泵變頻調(diào)速節(jié)電估算公式：P二0.45+0.55(Q/Q»Pe (kW (3.122-1)Ki= A P/PL=PL-Pe(Q/Q) 3/P l (3.1.2.2-2 )式中：PL 采用閥門調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電機功率 （kW）Pe額定流量時電機功率（kV）（注：通常在選配電動機時，都考慮了水泵軸功率1.1 倍左右的富裕 系數(shù)。因此此時額定流量時電機實際功率并非是銘牌額定功率，而是銘牌 額定功率+1.仁0.91銘牌額定功率。）QN 額定流量Q 實際流量A P采用閥門調(diào)節(jié)流量與變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量電機功率之差Ki節(jié)電率（流量的調(diào)節(jié)范圍0.51 Q）估算步驟： 使用式3.1.2.2-1計算采用閥門

38、調(diào)節(jié)流量時對應(yīng)電機功率； 根據(jù)水泵運行工況，使用式3.1.2.2-2計算不同流量時節(jié)電率（先 計算變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量時對應(yīng)電機功率、再計算采用閥門調(diào)節(jié)流量與變頻 調(diào)速調(diào)節(jié)流量電機功率之差、然后在節(jié)流消耗功率基礎(chǔ)上計算節(jié)電率。）， 扣除變頻裝置損耗，計算綜合節(jié)電率； 根據(jù)節(jié)流調(diào)節(jié)時耗電量計算結(jié)果，計算采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量時的 節(jié)電量。例：某水泵 80%額定流量下運行時間 2400h， 60%額定流量下運行時間 1600h求變頻調(diào)速控制節(jié)電效果計算采用閥門調(diào)節(jié)流量時對應(yīng)電機輸入功率80%流量時：PL二0.45+0.55(Q/QN)Pe=0.45+0.55(0.8) X0.91Pe=0.729 Pe6

39、0%流量時：FL=0.45+0.55(Q/QN)2Pe=0.45+0.55(0.6) 2 X0.91Pe=0.59 Pe 計算采用閥門調(diào)節(jié)流量與變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量電機功率之差80%流量時：33 P= R-Pe(Q/Q) =0.729 Pe-0.8 Pe=0.217 Pe60%流量時：33P= PL-Pe(Q/QN)3=0.59 Pe-0.6 3 Pe=0.374Pe 計算節(jié)電率80%流量時：Ki= P/Pl=0.217 Pe/0.91Pe=0.23860%流量時：&= P/P_=0.374 Pe/0.91Pe=0.411 計算綜合節(jié)電率Ki (綜合)二(0.238 X2400+0.411

40、X 1600)寧4000X 0.95=0.292(0.95變頻器效率) 計算節(jié)電效果總節(jié)電量二節(jié)流調(diào)節(jié)時耗電量X0.292(2)靜揚程不為零(R旳)水泵變頻調(diào)速節(jié)電估算當(dāng)已知水泵性能曲線和管路系統(tǒng)性能曲線時，可通過求取水泵性能曲 線相似拋物線方法找到相應(yīng)流量時的轉(zhuǎn)速。并以此轉(zhuǎn)速來計算此時變頻調(diào) 速運行的實際電功率。由于能評階段很難獲得具體水泵管路系統(tǒng)的性能曲線，因此實際上在 此階段，此法難有實用價值。因此，在能評階段筆者還是推薦徐莆榮在水 泵變頻調(diào)速節(jié)能講座中提出的某離心泵在不同靜揚程和不同流量時的轉(zhuǎn) 速、軸功率和節(jié)電率關(guān)系表來粗略估算水泵變頻調(diào)速節(jié)電效果。詳見表 3.1-3 。表3.1-3水

41、泵系統(tǒng)在不同靜揚程和不同流量時的轉(zhuǎn)速、軸功率和節(jié)電 率關(guān)系表流量Q/Qe 靜揚程Hst/H零流量10%20%30%40%50%60%70%80%90%10%轉(zhuǎn)速31.637.142.848.554.861.368.475.883.391.2軸功率%3.164.277.8411.416.523.13243.657.875.9節(jié)電率%90.586.782.275.570.462.551.238.320.920%轉(zhuǎn)速44.749.554.459.464.569.674.880.185.892.1軸功率%8.9312.116.121.026.833.741.951.463.278.1節(jié)電率%79.47

42、5.270.865.359.251.542.431.217.030%轉(zhuǎn)速54.858.662.566.570.674.778.983.488.193.0軸功率%16.520.124.429.435.241.749.158.068.480.4節(jié)電率%65.662.259.153.449.542.635.025.814.540%轉(zhuǎn)速63.266.269.372.575.879.282.786.390.093.9軸功率%25.229.033.338.143.649.756.664.372.982.8節(jié)電率%55.853.549.946.040.534.528.020.912.050%轉(zhuǎn)速70.773

43、.175.678.180.783.486.288.991.894.8軸功率%35.539.143.247.656.758.064.170.377.485.2節(jié)電率%43.641.536.032.729.525.821.316.19.460%轉(zhuǎn)速77.579.280.982.684.586.688.891.093.395.7軸功率%46.649.752.956.460.365.070.175.481.287.7節(jié)電率%30.128.426.524.522.218.915.511.96.870%轉(zhuǎn)速83.785.086.387.688.990.391.893.394.896.6軸功率%58.661

44、.464.367.270.373.677.481.285.290.2節(jié)電率%12.411.410.39.38.37.26.25.14.280%轉(zhuǎn)速89.590.391.191.992.793.694.595.496.497.5軸功率%71.773.675.677.679.782.084.486.889.692.7節(jié)電率%5.95.14.33.63.12.62.21.81.5閥門調(diào)節(jié)功耗%737780848790939698由表 3.1-3 可知，確定水泵系統(tǒng)靜揚程與全揚程之比十分重要。由于水泵使用場合眾多，具體水泵系統(tǒng)靜揚程需要由其他相關(guān)專業(yè)提出。3.2 電動機更換改造節(jié)電量估算對原有設(shè)備的拖

45、動電動機進(jìn)行更換改造，達(dá)到節(jié)電目的是常見節(jié)電改 造措施。電動機更換改造包括用高效節(jié)能電機替代高電耗落后電動機和解 決“大馬拉小車”的更換改造。當(dāng)然，提出電動機更換改造方案節(jié)能措施的前提，必須是建立在對更 換改造方案進(jìn)行了充分的合理性、可行性評估的基礎(chǔ)之上。三相異步電動機經(jīng)濟(jì)運行GB/T12497-200給出了電動機更換或改造節(jié)電量計算公式： E=E (FCai- FCbi )xt (3.2-1) Rai 原電動機的綜合功率損耗，單位是為千瓦(kW。 R“一一更換或改造后電動機的綜合功率損耗，單位是為千瓦(kW。 注：指電動機運行時有功功率損耗與無功功率使電網(wǎng)增加有功功率損耗之和。3.2.1 電

46、動機替換改造節(jié)電量估算由于電動機實際運行工況十分復(fù)雜，它可能處在任意負(fù)荷率下運行。 要精確計算電動機更換改造節(jié)電量十分困難。建議先通過以電動機所拖動 的機械最大軸功率為參考，計算出替換前后電動機總有功功率損耗之差， 并忽略電動機無功功率使電網(wǎng)增加有功功率損耗，估算電動機替換改造節(jié) 電量(然后根據(jù)運行工況進(jìn)行修正)。本節(jié)主要討論等容量替換。筆者根 據(jù)功率平衡原理，推薦估算方法如下：A=ET (kWh (3.2.1-1 )式中：A節(jié)電量呂一一更換前、后電動機總有功功率損耗之差，單位為千瓦(kWT電動機年實際運行時間，單位為小時(h) E=FCai- FCbi (3.2.1-2 ) FCai 原電動機的總有功功率損耗，單位為千瓦(kWPCbi 更換后電動機的總有功功率損耗，單位為千瓦（kvy(321-3 )卩仙二j3UIQ0yx 103 (321-4 )F2cai二石Ulin C0$ X 103 (3.2.1-5 )式中:Rcai、F2cai 電動機的輸入功率、輸出功率，單位為千瓦（kWU電源電壓（V11電動機額定電流（A）n電動機效率co$ 電動機功率因素 FCbi的計算公式同只是各項計算數(shù)據(jù)不同而已。以上估算結(jié)果是假設(shè)電動機持續(xù)處在額定功率運行的節(jié)電量。而任何 設(shè)備都不可能始終處在這一狀態(tài)運行，因此