绿色船厂的电能管理

摘 要：本文通过介绍船厂的供电特点以及工业电费的计算方法,从技术管理和生产管理两个层面阐述如何降低供电能耗,提高船厂的用电质量,降低生产成本,从而提高企业效益.

关 键 词：供电质量；电能损耗；谐波；功率因素

1前言

节能、环保、安全、卫生是国家对绿色船厂的强制性规定.绿色船厂不仅要能按规范建造绿色船舶产品,也要能在生产过程中实现绿色生产,节能是其中的一个重要环节.对于船厂来说,能源费用的支出已成为继材料设备费用和人工费用等成本费用之后的第3大支出项目,并呈现不断增长的趋势.船厂主要的能耗有电能、天燃气、氧气、二氧化碳、压缩空气、燃油、水等,其中电能的消耗占全部能耗的70%-80%.所以,加强船厂的用电管理,降低电力成本,已成为船厂节能的工作重点之一.

2船厂的供电特点

船厂的供电系统具有电压等级高、负荷容量大、变电级数多、整流逆变设备普遍使用的特点.船厂的主要用电设备有电焊机、起重设备、空压站、切割加工设备等.目前所使用的各类电焊机是一种典型的非线性负荷,焊接过程中电压和阻抗都有很大的变化,是一种功率因数低、工作间断次数高、冲击强、不对称、谐波大的用电设备.另外,起重设备在启动和作业时会产生很大的冲击电流,造成系统电压波动大.不管是起重设备还是空压站、切割设备等都大量使用自动化程度比较高的非线性的变频器、软启动器、整流器、数控设备等.这些设备在供电系统中不仅产生大量的无功功率,造成系统功率因数过低,而且还会产生大量谐波,引起线路电压大幅度波动,降低了电能质量,加大了电能的耗损.如果在变电运行中,用电管理得当,节能措施到位,将大大降低船厂供电系统中的电能损耗,提高节电率,对船厂来说效益是十分可观的.

3影响电费总量的因数

按照工业电费的收取方法：总电费等于基本电费+电度电费.

以广州市为例,基本电费有两种计算方法：一种是按照报装的变压器容量来算,23元/KVA；另外一种是按最大需量来算,32元/KVA.电度电费的计算则是由：电度电费等于电价X用电度数+功率因数调整费+线损耗费.广州市工业电价是分时段收费：峰时是1.1327元/KW.h；平时是0.7069元/KW.h；谷时是0.3794元/KW.h；功率因数调整值设定为cosφ等于0.9.若船厂用电的功率因数超过0.9,供电局将有相关的奖励；若功率因数低于0.9,供电局将对船厂进行相应的罚款.线损耗费是根据线路长短,其收费是固定的.从以上分析可知,要节约总电费,在基本电费确定的情况下,只有管理好生产用电,通过合理的生产调度实施节约用电,降低单位电价,提高船厂用电的功率因数,加强电网谐波的治理,从而降低电能损耗.

4提高电网供电质量,降低电能损耗

电网的供电质量主要由电网中的谐波量与电网的功率因素决定.由于船厂大量使用非线性负荷,致使大量谐波电流注入电网,造成正弦波畸变,电能质量严重下降,对电力系统自身的主要设备以及船厂用电设备的安全和稳定运行也构成潜在的威胁.

谐波是因为电流经过负载时,与负载所加的电压不呈线性关系,形成非正弦电流,从而产生谐波.所有的非线性负载都能产生谐波电流,所以说谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致.在船厂大量使用的变频器、软启动器、整流器、数控设备等都是非线性负载,一般都是用可控硅晶闸管来控制,只有在电压超过存储电容器上存在的电压时,电流才流通.负载上的电压和电流畸变成为非正弦波,形成一个矩形波,矩形波与正弦波叠加就会形成一系列的高次波形――谐波.当谐波电流注入公用电网就会污染电网,引起电网电源的电压畸变,波形失真,从而使电网中的其他用电设备无法正常运行.比如对旋转电机、变压器等电气设备由于过大的谐波电流而产生附加损耗,从而引起过热,加速绝缘介质老化,导致绝缘损坏,甚至破坏电气设备.谐波电压还能使输电线路局部放电增加,对电缆的使用寿命有较大影响.谐波电流产生附加谐波线损,降低输电效率,甚至使电气设备和配电线路过载导致短路,造成设备损坏引起火灾等.不仅如此,谐波还能通过产生的电磁感应、静电感应等方式干扰供电系统中相位控制设备的正常工作,因控制信号紊乱而使电子计算机网络误动作、继电保护和自动装置误触发等.谐波对供电系统的危害如此的严重,所以我们必须慎重考虑谐波问题,提高供电系统的电能质量.

目前对谐波的治理一般采用有源滤波装置和无源调谐滤波装置.有源滤波装置是向电网注入与谐波电流相位相反、震幅相同的电流,来抵消电网中的谐波,从而达到仰制谐波的目的.无源调谐滤波装置是吸收谐波电流,有效地减少谐波量.滤波装置由电阻、电容和电感等元件组成串联谐振电路,利用其串联谐振时阻抗最小的特性消除5、7、11等高次谐波.上述两种治理谐波的办法以有源滤波装置效果比较好.

电网供电质量的好坏除了谐波影响以外,还有另外一个重要因素就是电网的功率因素.电网的功率因素是指用电负荷的有功功率与视在功率的比值,用公式可以写成：cosφ等于-,其中P为有功功率,S为视在功率,cosφ为功率因素.电网的有功功率是指用电负载将电能转化为其他形式的能量的时候实际使用的电功率,是电网中实际消耗的功率.电网的无功功率是指在电网中只完成电磁能量的相互转换,将电能转换为磁场能,再将磁场能转换为电能,在这个过程中并不作功,所以称为无功功率.无功功率与有功功率同样重要,没有无功功率,变压器不能变压,电动机不能转动,电力系统不能正常运行.无功功率的消耗将导致电网功率因素降低,因而占用了电力系统发供电设备提供有功功率的比例,同时也增加了电力系统输电过程中的有功功率损耗.例如负载的端电压设为U,负载的功率为P,功率因素是cosφ,则P等于UIcosφ,I等于――.输电线上的损耗公式为：P损等于I2R.由此可知,当功率因素cosφ较低时,电流I将会增大,从而引起输电线路损耗P损增大.当功率因素较高时,在功率与电压一定的情况下,线路中通过的电流减小,从而在导线的选择时也可以使用截面积小一些的电缆,降低线路的投资.其次,如果功率因素过低,线路上的电流I越大,由于线路上的阻抗存在,必然造成电压损失,输电线路电压降低,若电压损失过大,电网末端将长期处于低压运行状态,引起变压器过负荷、电动机过热、日光灯不能启辉、电灯昏暗等后果.因此,提高功率因素能减小电压损失.再次,在有功功率一定的情况下,功率因素的提高,也就是降低了视在功率,从而减少了所需变压器的容量,也就降低了投资和损耗.综上所述,提高功率因素可以充分利用电源设备容量,改善供电质量,降低线路损耗,是缓和电能供需矛盾,减少企业经济支出的有效措施.目前提高功率因素除了改善自然功率因素,减少用电设备对无用功的需要外,主要还是采用动态无功补偿效果比较好.动态无功补偿是根据负载的感性或容性变化随时切换补偿电容容量或电感量进行补偿.动态无功补偿装置能实时的跟踪测量负荷的电压、电流、无功功率等,通过微机进行分析,然后计算出无功功率并与预先设定的数值进行比较,自动选择能达到的最佳补偿效果的补偿容量,并发出指令,由过零触发模块判断双向可控硅的导通时刻,实现快速、无冲击地投入并联电容器组,从而提高电网的功率因素.

5生产过程中的合理管理,降低电能损耗

如果说从提高电网的供电质量来降低电能损耗是从技术的角度来阐述如何管理船厂电能,是属于硬件设施的话,那么在生产过程中的有效管理就是属于软件部分.只有拥有好的硬件,再配上好的软件系统,才能将整个船厂的电能管理得好,电能损耗降到最低.

在生产过程中,生产部门必须加强用电负荷的管理,合理安排好生产工艺,做好生产计划,进行合理的生产调度,比如涂装房的喷涂、大型龙门吊的吊装、船坞泵房的排水等能不在用电高峰时期进行的生产活动就安排在用电低峰期进行,实施移峰填谷,降低单位电价.其次,在生产过程中所使用的用电设备,不管是电焊机、变压器、各类电机、空压机、相关的照明设备等都尽可能的选用节能产品,计算好供配电设备的负荷大小,避免大马拉小车的现象.生产过程中的动力设备尽可能减少空载操作,严格控制照明设备的管理,杜绝白昼灯、长明灯等,做好照明节电时间表.再次,制订合理的奖惩制度,对各个部门、各个生产用电单位节约用电管理得好,节约电能较多的单位进行相应的奖励.对在生产过程中浪费用电没有达到节约用电指标的单位进行相应的惩罚.最后,不仅要船厂电力部门和车间电气人员经常进行巡回检查,及时发现供电线路不合理的情况,最主要的是要提高船厂所有人员提高节约用电的意识,只有大家自觉的参与到节约用电的行动中,才能将船厂的节约用电管理好.

6结语

船厂供电系统的节能关系到船厂用电过程中的各个方面,要想高效的使用电能,降低电能损耗,就必须对船厂供配电的整个过程进行有效的管理,因为管理是成本最低、效益最好的一种手段,在管理过程中去发现节电机会,然后改进相关的节电制度,在改进中不断提高,进而提高船厂的电能利用效率,达到节能增效的目的.