现代电力节能控制技术

1、2022-3-21山东科技大学信电学院电气工程系 电力系统及其自动化专业现代电力节能控制技术电气工程系：于群 联系电话系地址：J11-2282022-3-22山东科技大学信电学院电气工程系2022-3-23山东科技大学信电学院电气工程系能源消费（兆焦/人天）2022-3-24山东科技大学信电学院电气工程系增长的统计周期2000经合会国家经合会国家54%经济转型经济转型国家国家12%经济转型经济转型国家国家11%经合会国家经合会国家44%20208 610 Mtoe 13 529 MtoeChina 11%中国中国14%世界其它国家世界其它国家 23%世界其它国家世界其

2、它国家 31%2022-3-26山东科技大学信电学院电气工程系Source: BP Statistical Review of World Energy, 2003能源资源能源资源l石油石油l天然气天然气l煤炭煤炭l核能核能l水电水电其它再生资源其它再生资源Total 2002: 9,405 Mtoe天然气天然气24%石油石油38%煤炭煤炭26%核能核能6%水电等水电等6%2022-3-27山东科技大学信电学院电气工程系煤炭供给持续时间煤炭供给持续时间基于90年代中期的产量长短中很少的产量和储量煤炭使用时间2022-3-28山东科技大学信电学院电气工程系长短中很少的产量和储量原油使用时间原油供

3、给持续时间原油供给持续时间基于90年代中期的产量2022-3-29山东科技大学信电学院电气工程系天然气储量2001年天然气储量分布2022-3-210山东科技大学信电学院电气工程系主要石油交易流向图主要石油交易流向图2022-3-211山东科技大学信电学院电气工程系不同时期的能源战略不同时期的能源战略1970s ：石油危机使人们认识到能源是稀缺资：石油危机使人们认识到能源是稀缺资源及保障能源供给的重要性源及保障能源供给的重要性1980s: 重视提高能源效率、降低成本（油价下重视提高能源效率、降低成本（油价下跌）跌）1990s：减少能源消耗对环境的影响（控制温减少能源消耗对环境的影响（控制温室气

4、体排放）室气体排放）2000s：强调能源的可持续发展强调能源的可持续发展0100020003000400050006000197019801990200020102020MtoeOil Other RenewablesHydroNuclear CoalGas01,0002,0003,0004,0005,0006,0007,0008,0001999 2002 2005 2008 20112014 2017 2020 2023 2026 2029GWExisting capacityNew capacity世界发电容量世界发电容量Source: IEA4800GW2030一次能源分布比例 2000

5、2030煤炭2624石油3837天然气2328核电75水电32其它再生能源24IEA: World Energy Outlook 200287892022-3-215山东科技大学信电学院电气工程系中国在世界能源消费所占比例中国在世界能源消费所占比例, IEA1995 2010 2020总能源消费 11%14%16 %煤炭消费 28%33%36%石油消费5%8%10%PECC Energy Supply Indicator 煤炭探明储量煤炭探明储量0 05050100100150150200200250250300300Coal (Billion short tons), 1998Coal (B

6、illion short tons), 1998AusAusBruBruCanCanChilChilChinChinHKHKIndIndJapJapMalMalMexMexNZNZPNGPNGPerPerPhilPhilRusRusSinSinSKSKCTCTThaThaUSAUSAVieVieSource: Energy Information Administration/ APEC中国澳大利亚俄罗斯美国World Crude Oil and Natural Gas ReservesChinaIndon. NigeriaIranSaudi A. RussiaKazak. Venez. US

7、ATotalCrude Oil(billionbarrels)24.05.024.089.7261.848.55.477.722.41032.0NaturalGas (Tcf)*48.392.5124.0812.3219.51680.065.0147.6183.55457.1*tcf=trillion cubic feet(Source: EIA, Energy Information Administration Database, Table 8.1., 2001)世界原油和天然气储量原油（10亿桶）天然气（tcf)Energy Consumption (% of total) China

8、 Statistical Yearbook 20020%20%40%60%80%100%197819791980198119821983198419851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001Hydrop. Cons.Gas Cons. Oil Cons.Coal Cons.2002年中国能源消费比例（年中国能源消费比例（)Chinas domestic energy demand structure%CoalOilGasHydrop. Nuclear1995771922n.a.20206724432(So

9、urce: IEA: Chinas Worldwide Quest for Energy Security, 2000)Energy Production and Consumption Structure%CoalCrudeOilNaturalGasHydropowerProduction66.621.83.48.2Consumption66.124.62.56.8(Source: China Statistical Yearbook, 2002)中国能源消费结构中国能源消费结构2002年的能源生产和消费结构年的能源生产和消费结构Projections on Oil Demand and I

10、mport:Mtoe(Million tons of oilequiv).2000/2001 201020202030IEA:DemandImportDomestic Prod.22070166340200400580Chin.DataDemandImportDomestic Prod.20035155260-30070-170320130-350180520中国的石油需求和进口中国的石油需求和进口2022-3-221山东科技大学信电学院电气工程系我国主要发电一次能源我国主要发电一次能源l我国已探明的煤炭保有储量为原煤约我国已探明的煤炭保有储量为原煤约90009000亿吨；亿吨；l可开发水能资

11、源有可开发水能资源有3.783.78亿千瓦，预期多年平均亿千瓦，预期多年平均发电量为发电量为1.921.92万亿千瓦时。万亿千瓦时。l石油可采资源量为石油可采资源量为100100126126亿吨，可支持的最亿吨，可支持的最高年产量为高年产量为1.821.82亿吨。亿吨。l天然气可采资源量为天然气可采资源量为6.99.86.99.8万亿立方米，可万亿立方米，可支持的最高年产量为支持的最高年产量为1000100015001500亿立方米。亿立方米。l根据初步测定，中国陆地和海上可开发的风能根据初步测定，中国陆地和海上可开发的风能资源约资源约1000GW1000GW。 l核能据估计只能满足核能据估计

12、只能满足30003000多万装机的需求。多万装机的需求。2022-3-222山东科技大学信电学院电气工程系我国煤炭和水电分布我国煤炭和水电分布我国已探明我国已探明的煤炭保有储的煤炭保有储量为原煤约量为原煤约90009000亿吨；亿吨；可开发水能可开发水能资源有资源有3.783.78亿亿千瓦，预期多千瓦，预期多年平均发电量年平均发电量为为1.921.92万亿千万亿千瓦时。瓦时。2022-3-224山东科技大学信电学院电气工程系我国风能和分电场分布我国风能和分电场分布l根据初步测定，中国陆地和海上可开发的风能根据初步测定，中国陆地和海上可开发的风能资源约资源约1000GW1000GW。2022-3

13、-225山东科技大学信电学院电气工程系光伏发电l5万千瓦万千瓦/km2l2010年装机年装机规模规模510万万千瓦千瓦l2020年装机年装机规模规模100万千万千瓦瓦l2050年装机年装机规模规模10亿千亿千瓦瓦8 80.280.283.043.040.110.111.711.710.060.060.270.270.0250.0250 01 12 23 34 45 56 67 78 82000年2000年 2010年2010年 2020年2020年 2030年2030年系统成本$/Wp系统成本$/Wp发电成本$/kWh发电成本$/kWh2022-3-226山东科技大学信电学院电气工程系中国的能

14、源与消费中国的能源与消费l20202020年前后，能源消耗约需年前后，能源消耗约需2525亿吨标煤。亿吨标煤。l整个西部地区（含西南地区）的煤炭储量占全整个西部地区（含西南地区）的煤炭储量占全国已探明储量的国已探明储量的8282。l可开发水电的可开发水电的67.5%67.5%集中在我国的西南地区。集中在我国的西南地区。l我国的中、东部和南部地区的电力消费约占全我国的中、东部和南部地区的电力消费约占全国电力消费的国电力消费的3/43/4。l“西电东送、南北互供，全国联网西电东送、南北互供，全国联网”是解决我是解决我国能源分布与电力消费矛盾的重要措施。国能源分布与电力消费矛盾的重要措施。2022-

15、3-227山东科技大学信电学院电气工程系节能技术的相关领域节能技术的相关领域l工业系统节能l燃料与燃烧节能技术l热能的有效利用与综合节能技术l节电技术l其它2022-3-228山东科技大学信电学院电气工程系能耗举例一个中温中压凝汽式电厂，以燃用煤的发热量作为基值计算，转换成电能，其中的损耗：锅炉损耗：11%汽轮机排热损耗：61%汽轮机磨擦损耗：1%管道损耗：1%发电机损耗：1%剩余的25%电能还不能全部利用。59%作为厂用电，89%作为线路网络的损耗。剩下一到用户的仅为20%左右。2022-3-229山东科技大学信电学院电气工程系常用电设备的效率l电动机：7595%，电动机轴出力与所带负载间的

16、机械传动效率为8595%；而机械负载的效率也是十分低的，以最常用的风机、水泵为例，它的效率只有6080，因此，从燃料煤到风机、水泵的效率，只有20左右，也就是说，45的能量被浪费了。l电阻炉转换效率为4070，盐浴炉为3045，电解与电镀的效率为7080。l在照明设备中，白炽灯效率通低，仅23，荧光灯效率为1216。 由于电能的生产、输送、使用的效率如此低，因此，它的节电潜力是非常大的，所以人们把节能称为第五能源。2022-3-230山东科技大学信电学院电气工程系电力节能的主要方面l电动机节电技术l变压器的节电技术l电压质量与功率因数l风机、泵类的节电技术l电焊机与弧焊变压器的节电技术l照明节

17、电l空调节电2022-3-231山东科技大学信电学院电气工程系电动机节电技术l 根据国内统计资料表明， 电动机所消耗工业电能占整个工业用电的6070%。上海市统计，仅风机、水泵两项，年耗电量即占整个工业用的40%左右，加上其他种类的电动机负载，其耗电量超过全部工业耗电量的60。l 电动机耗能如此之大，因此研究其节能技术的经济意义就显得非常重要。2022-3-232山东科技大学信电学院电气工程系电动机节电技术 电动机的节能技术可分为两大类： 第一类，从产品的结构设计和采用低能耗原材料着手，谋取节能效果； 第二类，对运行中的电动机采用现代调速节能手段，来获取电能的节约。 从电机设计着手谋求节电效益

18、所花费的投资远较调速节能所花投资要大，节能效果也远不及调递节能，而且属于专业电机设计范围，故课程仅讨论第二种节能方式。2022-3-233山东科技大学信电学院电气工程系电动机节电技术从节能观点看，对感应电动机应该采取各种有效措施提高运行效率和降低它的无功负荷。 提高感应电动机的效率和降低它的无功负荷方面的经验，国内外都有不少报道，可归纳如下： (1)合理使用感应电动机； (2)降低轻负载感应电动机的电压； (3)控制感应电动机的空载损失； (4)对感应电动机检修质量的严格要求； (5)异步电机同步化。 2022-3-234山东科技大学信电学院电气工程系变压器的节电技术 电能在输送分配过程中，有部分电能以发热的形式消耗在线路导线及变压器中，这部分损耗称线损。我国的线损率约为89。变压器是输配电系统中大量使用的设备，在各工矿企业中都要应用。尽管变压器是电气设备中效率最高的一种设备，在额定容量下工作时，其损耗一般只占线损的1，小容量的电力变压器损耗最多也只占线损的24，但由于是连续运行，所以损耗的累计量却是很大的。因此，变压器安装位