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北極星水處理網訊:摘要：淡水資源的缺乏已經成為了全世界所關注的嚴峻問題，在全世界14個嚴重國家之中，中國位列其次，電廠作為眾所周知的用水大戶，水資源緊缺成為了多數電廠面臨的挑戰，作為沿海電廠，向大海要水發電是發展的必要趨勢，為降低海水淡化系統的能源消耗，文章將從功率因數、設備選型以及變頻調速三方面對電氣節能技術進行探索，以達到節能目的。
關鍵詞：海水淡化；能源損耗；電氣
上世紀70年代以來，大多數沿海國家都競相投入海水淡化的潮流，建立海水淡化裝置和海水淡化廠，近兩年我國海水淡化的發展速度有所增長，海水淡化已經從市場培育期進入市場成熟期，作為用水大戶的沿海發電廠，建立自己的海水淡化系統不僅可以緩解供水壓力，還可在一定程度上節約成本。建立海水淡化系統前期需要一定投資，從階段性經營角度分析，降低系統能源損耗，節約運行成本，對企業扭轉盈虧十分有必要。
1 探索海水淡化電氣系統節能技術的重要意義
1.1有利於提高對節能降耗的重視程度
截至2015年底，我國已建成海水淡化工程121個，海水淡化產能為100.88萬噸/日,國內海水淡化項目總體呈上升趨勢，但仍然與其他國家有一定差距，且我國目前所建幾個大型海水淡化廠，基本用於供電或工業製造，用途單一，配電工程較為簡單，雖然我國在上世紀80年代就開始引進海水淡化設施，但是海水淡化的發展速度一直十分緩慢，而且上馬的都是小型淡化裝置，其原因主要在於人們對缺水以及海水淡化的認識還不夠深刻、我國的經濟發展水平還難以承受海水淡化相對高昂的成本。從海洋中提取淡水，資源可謂取之不盡、用之不竭，是真正實現水資源持續利用的高新技術，符合我國經濟和資源環境持續發展的國策。我國政府對海水淡化技術十分重視，海水淡化技術已經列入《中國21世紀議程》中作為實現水資源持續利用的推廣示範技術;《中國海洋21世紀議程》更是把發展海水淡化技術和建立海水淡化的示範工程並進一步在有條件的地區推廣列為優先發展項目。國家科技部和國家海洋局對發展海水淡化技術十分重視，先後在―七五、―八五、―九五、―十五期間對海水淡化技術進行了經費支持。探索對海水淡化系統的節能降耗技術措施，可以在一定程度上節約成本，降低損耗，儘快扭轉企業盈虧，促使更多的用水企業投入到海水淡化系統的建設中來，從而提高對資源節約的重視程度。
1.2有利於降低發電廠能源損耗
電氣系統作為海水淡化系統重要的組成部分，對水電聯產的發電廠而言是能源消耗的主要原因，由於近幾年新能源發電產業的崛起以及國家鼓勵優先調度新能源發電的一系列舉措，使得傳統火力發電廠陷入空前的生產運營壓力之中。降低生產用能，減少能源損耗，成為了減少發電企業運營成本的重要環節，尤其在新建系統中，因前期投資較大，不能短時高效地收回成本，所以節能降耗措施不僅可以緩解運行壓力，還可以節約成本，保證電力系統經濟穩定運行。
1.3有利於提高設備的使用頻率
隨著用電負荷的不斷增加，設備使用率也隨之提高，尤其是重大活動保電、迎峰度夏及供熱季期間，設備故障頻發不僅影響著機組運行，也增添社會、居民用電壓力，使得發電量無法滿足城市發展以及人們的生活正常需求，故積極探索設備的節能降耗技術，提高設備性能是非常必要的，設備性能的提高可以降低設備故障率，從而降低檢修成本，減少不必要的開支。故優先選用節能變頻設備，不僅可以降低能源消耗，節約企業運營成本，更在一定程度上提高了設備的使用頻率，減少故障發生率，提高系統的可靠程度。
2海水淡化系統能源損耗原因分析
2.1系統負載水平導致的能源損耗
功率因數的大小是衡量電氣設備的重要參數，由於系統中設備眾多，一些非線性電氣設備或功率因數低的設備使得整個系統功率因數偏高，異步電動機和變壓器是配電系統提供無功功率的主要對象，架空線等電力線路由於電抗的存在，在電流通過時也需消耗一定的無功功率。阻感性負荷的固有性質決定了其在工作過程中，必須消耗一定的無功功率才能維持工作。電力用戶功率因數較低時，用戶配電系統在消耗有功功率的同時也消耗大量的無功功率，這些無功功率對發電、輸電、供電、配電系統都會產生不良的影響，並增加電力用戶的用電費用，無功功率輸出降低，從而電能不能充分利用，導致部分電能無法有效輸出，導致能源損耗。
2.2電動設備能源損耗
由於海水淡化系統水泵類負載很多，主要有給水泵、凝結水泵、循環水泵等，通常耗電量最大的是一些高壓泵和水泵的電機，在系統調節水泵流量時，通常採用給水泵定速運行或是調節閥門開度的方法，往往會帶來節流損失大、管損嚴重、出口壓力高等問題。當系統運行過程中流量降低時，通過調節使閥門開度減小，從而使壓差增加，造成嚴重的壓力損失，使得設備壽命降低，並大大降低了系統運行的可靠性。
3 海水淡化電氣系統節能技術研究
3.1 控制系統功率因數的措施
因系統的功率因數是由各電氣設備自身固有的特性參數決定的，所以合理選擇電氣設備的類型、參數等各項指標是顯著提高系統功率因數最為有效的方式。在各類電氣設備中，變壓器是其中消耗無功功率較多的一類設備，故在選擇變壓器用型時，要充分考慮其容量以及台數對系統功率因數的影響。當變壓器空載運行時，其高壓側與低壓側的功率因數相同，此時變壓器鐵芯的勵磁的有功損耗和無功損耗是變壓器損耗的主要組成部分，且無功損耗遠大於有功損耗，故空載運行時變壓器的功率因數接近於0，當變壓器輕載運行時，隨著負載的增加，變壓器一次側的功率因數開始接近於用電負載的功率因數，故提高負載率可提高系統的功率因數，在設計電氣系統時，應先明確用電負載的容量，做到合理分配，再根據容量選取合適的變壓器型號，使系統功率因數得到顯著優化。
在海水淡化的電氣系統中，異步電機是其中消耗無功功率最多的電氣負荷，在用電功率較大的情況下，用同等容量的同步電動機代替異步電動機運行更為合適，因其本身的自然功率因數較高且可通過調節勵磁電流來調節，但海水淡化系統中由於無大型水泵，使用同步電動機造工複雜、造價高，故在此探究合理選擇異步電動機的方案。異步電動機的功率因數同樣與負載率有著較為密切的關係，其無功功率的消耗主要由空載無功損耗與帶負載時的無功功率兩部分構成，當異步電動機帶額定負載運行時，此時的勵磁電流小於轉子電流，而定子電流與轉子電流相差無異，故轉子與定子的功率因數都較高，因此為了提高異步電機的自然功率，應儘量不要讓其處於空載運行狀態，合理提高其負載率。一般要求異步電機負載率在0.7以上，所以在選擇異步電動機時，應根據負載率來選擇合適容量的設備。因為海水淡化設備並不是長期運行的，所以對於間歇運行的異步電動機，其空載運行時間較長，會導致其功率因數降低，從而消耗大量無功功率，所以可以通過技術手段，使用自動投切裝置或自動斷電裝置來控制異步電動機的啟動，從而減少其空載運行的時間。
3.2 變頻調速的技術措施探究
變頻調速技術不僅可以使電動機在運行工況變化時減少能量損耗，並且可以使其具有軟啟動功能，在啟動時做到平滑、無衝擊啟動，減少電動機的啟動衝擊電流。變頻調速系統一般由變頻器、控制器等裝置組成，通過改變電動機的電源頻率來調節其轉速，通過異步電動機的實際轉速和轉差率公式n=60f(1-s)/p可知，異步電動機的轉速n與其輸入電源頻率f、電機轉差率s、極對數p有關，故調節這三者均可能達到電機調速的效果，變頻調速技術正是通過改變電機定子繞組頻率來實現對電機轉速的改變。在調速過程中，由於電動機的電動勢是由定子繞組切割磁感線產生，根據表達式E=4.44KwφfW可知，當頻率f發生改變時，電動勢E不變必然會導致氣隙磁通φ的改變，故而給電動機帶來磁路飽和、勵磁電流增大、定子繞組過熱損傷電機等不利影響，所以在電機變頻調速過程中，須同步協調對電動勢的控制，實現有效調節。
舉例說明,在矢量控制的驅動系統中,矢量調節控制方法基於空間相量理論，同時考慮了磁通量和感應電機電磁轉矩M的控制。原則上定子電流空間相量被分解為兩個垂直分量（磁通分量和轉矩分量），這兩個分量是單獨控制的,下面將分析定子磁通受控制的變頻運行的永久諧波狀態,但必須指出的是，在理論成果中，將考慮具有恆定參數，無鐵損或飽和的感應電機。當 = var時，感應電機的相位等效方案如圖1所示。
由於 = ?，這意味著定子磁通實際上在勵磁電流控制下減小,當頻率>時，由於定子電壓限制為=，因此感應電機將在弱定子磁通條件下運行, 根據,可得定子磁通的減小是按照「 1/」的規律,故定子磁通的減少將決定最大扭矩,在此情況下，定子頻率最大值將由不變的電磁功率下的定子頻率值確定，將針對不同的定子頻率值從不變的電磁功率條件=M=M/p建立定子頻率最大值,所以為了確保=ct在頻率範圍內,需滿足, 如果在最大定子頻率處施加條件=，則有：=,,另：，可得：。因此，通過設計具有增加的過載轉矩能力的感應電機，可以獲得頻率的增加。同樣，該技術也可以用於海水淡化的水泵中，主要是通過改變水泵葉輪的轉速來實現對水泵流量的控制，從而實現節能的效果。
4結束語
綜上所述，探究海水淡化電氣系統的節能降耗技術不僅意義重大而且十分必要，尤其在目前水資源短缺以及居民用電緊張的大環境下，探究該技術對國民生產以及居民生活都帶來良好的影響，本文主要通過探究對變壓器等設備的選型以及對電動機、水泵的變頻調速方面來探究節能降耗措施，通過一系列舉措，可實現對海水淡化系統的節能降耗，從而降低能源浪費，減少企業成本，促進資源節約型社會的建設。
原標題:海水淡化電氣系統節能技術探索
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