摘要：淡水資源的缺乏已經(jīng)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(shù)電廠面臨的挑戰(zhàn)，作為沿海電廠，向大海要水發(fā)電是發(fā)展的必要趨勢，為降低海水淡化系統(tǒng)的能源消耗，文章將從功率因數(shù)、設備選型以及變頻調(diào)速三方面對電氣節(jié)能技術進行探索，以達到節(jié)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(shù)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(fā)展速度有所增長，海水淡化已經(jīng)從市場培育期進入市場成熟期，作為用水大戶的沿海發(fā)電廠，建立自己的海水淡化系統(tǒng)不僅可以緩解供水壓力，還可在一定程度上節(jié)約成本。建立海水淡化系統(tǒng)前期需要一定投資，從階段性經(jīng)營角度分析，降低系統(tǒng)能源損耗，節(jié)約運行成本，對企業(yè)扭轉(zhuǎn)盈虧十分有必要。

1 探索海水淡化電氣系統(tǒng)節(jié)能技術的重要意義

1.1有利于提高對節(jié)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(chǎn)能為100.88萬噸/日,國內(nèi)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，基本用于供電或工業(yè)制造，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(fā)展速度一直十分緩慢，而且上馬的都是小型淡化裝置，其原因主要在于人們對缺水以及海水淡化的認識還不夠深刻、我國的經(jīng)濟發(fā)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(xiàn)水資源持續(xù)利用的高新技術，符合我國經(jīng)濟和資源環(huán)境持續(xù)發(fā)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(jīng)列入《中國21世紀議程》中作為實現(xiàn)水資源持續(xù)利用的推廣示范技術;《中國海洋21世紀議程》更是把發(fā)展海水淡化技術和建立海水淡化的示范工程并進一步在有條件的地區(qū)推廣列為優(yōu)先發(fā)展項目。國家科技部和國家海洋局對發(fā)展海水淡化技術十分重視，先后在―七五、―八五、―九五、―十五期間對海水淡化技術進行了經(jīng)費支持。探索對海水淡化系統(tǒng)的節(jié)能降耗技術措施，可以在一定程度上節(jié)約成本，降低損耗，盡快扭轉(zhuǎn)企業(yè)盈虧，促使更多的用水企業(yè)投入到海水淡化系統(tǒng)的建設中來，從而提高對資源節(jié)約的重視程度。

1.2有利于降低發(fā)電廠能源損耗

電氣系統(tǒng)作為海水淡化系統(tǒng)重要的組成部分，對水電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電廠而言是能源消耗的主要原因，由于近幾年新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的崛起以及國家鼓勵優(yōu)先調(diào)度新能源發(fā)電的一系列舉措，使得傳統(tǒng)火力發(fā)電廠陷入空前的生產(chǎn)運營壓力之中。降低生產(chǎn)用能，減少能源損耗，成為了減少發(fā)電企業(yè)運營成本的重要環(huán)節(jié)，尤其在新建系統(tǒng)中，因前期投資較大，不能短時高效地收回成本，所以節(jié)能降耗措施不僅可以緩解運行壓力，還可以節(jié)約成本，保證電力系統(tǒng)經(jīng)濟穩(wěn)定運行。

1.3有利于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(fā)不僅影響著機組運行，也增添社會、居民用電壓力，使得發(fā)電量無法滿足城市發(fā)展以及人們的生活正常需求，故積極探索設備的節(jié)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(yōu)先選用節(jié)能變頻設備，不僅可以降低能源消耗，節(jié)約企業(yè)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(fā)生率，提高系統(tǒng)的可靠程度。

2海水淡化系統(tǒng)能源損耗原因分析

2.1系統(tǒng)負載水平導致的能源損耗

功率因數(shù)的大小是衡量電氣設備的重要參數(shù)，由于系統(tǒng)中設備眾多，一些非線性電氣設備或功率因數(shù)低的設備使得整個系統(tǒng)功率因數(shù)偏高，異步電動機和變壓器是配電系統(tǒng)提供無功功率的主要對象，架空線等電力線路由于電抗的存在，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(zhì)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(shù)較低時，用戶配電系統(tǒng)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(fā)電、輸電、供電、配電系統(tǒng)都會產(chǎn)生不良的影響，并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

由于海水淡化系統(tǒng)水泵類負載很多，主要有給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)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(tǒng)調(diào)節(jié)水泵流量時，通常采用給水泵定速運行或是調(diào)節(jié)閥門開度的方法，往往會帶來節(jié)流損失大、管損嚴重、出口壓力高等問題。當系統(tǒng)運行過程中流量降低時，通過調(diào)節(jié)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，并大大降低了系統(tǒng)運行的可靠性。

3 海水淡化電氣系統(tǒng)節(jié)能技術研究

3.1 控制系統(tǒng)功率因數(shù)的措施

因系統(tǒng)的功率因數(shù)是由各電氣設備自身固有的特性參數(shù)決定的，所以合理選擇電氣設備的類型、參數(shù)等各項指標是顯著提高系統(tǒng)功率因數(shù)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臺數(shù)對系統(tǒng)功率因數(shù)的影響。當變壓器空載運行時，其高壓側(cè)與低壓側(cè)的功率因數(shù)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，且無功損耗遠大于有功損耗，故空載運行時變壓器的功率因數(shù)接近于0，當變壓器輕載運行時，隨著負載的增加，變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)開始接近于用電負載的功率因數(shù)，故提高負載率可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，在設計電氣系統(tǒng)時，應先明確用電負載的容量，做到合理分配，再根據(jù)容量選取合適的變壓器型號，使系統(tǒng)功率因數(shù)得到顯著優(yōu)化。

在海水淡化的電氣系統(tǒng)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(shù)較高且可通過調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)節(jié)，但海水淡化系統(tǒng)中由于無大型水泵，使用同步電動機造工復雜、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(shù)同樣與負載率有著較為密切的關系，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，此時的勵磁電流小于轉(zhuǎn)子電流，而定子電流與轉(zhuǎn)子電流相差無異，故轉(zhuǎn)子與定子的功率因數(shù)都較高，因此為了提高異步電機的自然功率，應盡量不要讓其處于空載運行狀態(tài)，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(jù)負載率來選擇合適容量的設備。因為海水淡化設備并不是長期運行的，所以對于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(shù)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(diào)速的技術措施探究

變頻調(diào)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，并且可以使其具有軟啟動功能，在啟動時做到平滑、無沖擊啟動，減少電動機的啟動沖擊電流。變頻調(diào)速系統(tǒng)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(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，通過異步電動機的實際轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率公式n=60f(1-s)/p可知，異步電動機的轉(zhuǎn)速n與其輸入電源頻率f、電機轉(zhuǎn)差率s、極對數(shù)p有關，故調(diào)節(jié)這三者均可能達到電機調(diào)速的效果，變頻調(diào)速技術正是通過改變電機定子繞組頻率來實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的改變。在調(diào)速過程中，由于電動機的電動勢是由定子繞組切割磁感線產(chǎn)生，根據(jù)表達式E=4.44KwφfW可知，當頻率f發(fā)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(diào)速過程中，須同步協(xié)調(diào)對電動勢的控制，實現(xiàn)有效調(diào)節(jié)。

舉例說明,在矢量控制的驅(qū)動系統(tǒng)中,矢量調(diào)節(jié)控制方法基于空間相量理論，同時考慮了磁通量和感應電機電磁轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(tài),但必須指出的是，在理論成果中，將考慮具有恒定參數(shù)，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。

由于 = ?，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，由于定子電壓限制為=，因此感應電機將在弱定子磁通條件下運行, 根據(jù),可得定子磁通的減小是按照“ 1/”的規(guī)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在頻率范圍內(nèi),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(zhuǎn)矩能力的感應電機，可以獲得頻率的增加。同樣，該技術也可以用于海水淡化的水泵中，主要是通過改變水泵葉輪的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對水泵流量的控制，從而實現(xiàn)節(jié)能的效果。

4結(jié)束語

綜上所述，探究海水淡化電氣系統(tǒng)的節(jié)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(huán)境下，探究該技術對國民生產(chǎn)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(diào)速方面來探究節(jié)能降耗措施，通過一系列舉措，可實現(xiàn)對海水淡化系統(tǒng)的節(jié)能降耗，從而降低能源浪費，減少企業(yè)成本，促進資源節(jié)約型社會的建設。

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