现代电力节能控制技术

1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：[phone]联系地址：J11-2282山东科技大学信电学院电气工程系绪论3山东科技大学信电学院电气工程系能源消费（兆焦/人·天）4山东科技大学信电学院电气工程系KEY-Aspen.8CyclesofDemographicGrowthCyclesofDemographicGrowthPopulationYearsPriortoPresentHunter/Gatherer~2,500Cal/DayAgrarian~10,000Cal/DayIndustrial~50,000Cal/Day1010109108107106105增长的统计周期2000经合会国家54%经济转型国家12%经济转型国家11%经合会国家44%20208610Mtoe13529MtoeChina11%中国14%世界其它国家23%世界其它国家31%世界能源需求的地区分布6山东科技大学信电学院电气工程系Source:BPStatisticalReviewofWorldEnergy,2003能源资源石油天然气煤炭核能水电–其它再生资源Total2002:9,405Mtoe天然气24%石油38%煤炭26%核能6%水电等6%7山东科技大学信电学院电气工程系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8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给持续时间基于90年代中期的产量9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10山东科技大学信电学院电气工程系主要石油交易流向图11山东科技大学信电学院电气工程系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（油价下跌）–1990s：减少能源消耗对环境的影响（控制温室气体排放）–2000s：强调能源的可持续发展0100020003000400050006000197019801990200020102020MtoeOilOtherRenewablesHydroNuclearCoalGas世界能源需求(1970-2020)01,0002,0003,0004,0005,0006,0007,0008,00019992002200520082011201420172020202320262029GWExistingcapacityNewcapacity世界发电容量Source:IEA4800GW2030一次能源分布比例％20002030煤炭2624石油3837天然气2328核电75水电32其它再生能源24IEA:WorldEnergyOutlook2002878915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,IEA199520102020总能源消费11%14%16%煤炭消费28%33%36%石油消费5%8%10%PECCEnergySupplyIndicator煤炭探明储量050100150200250300Coal(Billionshorttons),1998AusBruCanChilChinHKIndJapMalMexNZPNGPerPhilRusSinSKCTThaUSAVieSource:EnergyInformationAdministration/APEC中国澳大利亚俄罗斯美国WorldCrudeOilandNaturalGasReservesChinaIndon.NigeriaIranSaudiA.RussiaKazak.Venez.USATotalCrudeOil(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=trillioncubicfeet(Source:EIA,EnergyInformationAdministrationDatabase,Table8.1.,2001)世界原油和天然气储量原油（10亿桶）天然气（tcf)EnergyConsumption(%oftotal)ChinaStatisticalYearbook20020%20%40%60%80%100%197819791980198119821983198419851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001Hydrop.Cons.GasCons.OilCons.CoalCons.2002年中国能源消费比例（％)China’sdomesticenergydemandstructure%CoalOilGasHydrop.Nuclear1995771922n.a.20206724432(Source:IEA:China’sWorldwideQuestforEnergySecurity,2000)EnergyProductionandConsumptionStructure%CoalCrudeOilNaturalGasHydropowerProduction66.621.83.48.2Consumption66.124.62.56.8(Source:ChinaStatisticalYearbook,2002)中国能源消费结构2002年的能源生产和消费结构ProjectionsonOilDemandandImport:Mtoe(Milliontonsofoilequiv).2000/2001201020202030IEA:DemandImportDomesticProd.22070166340200400580Chin.DataDemandImportDomesticProd.20035155260-30070-170320130-350180520中国的石油需求和进口21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我国已探明的煤炭保有储量为原煤约9000亿吨；可开发水能资源有3.78亿千瓦，预期多年平均发电量为1.92万亿千瓦时。石油可采资源量为100～126亿吨，可支持的最高年产量为1.8~2亿吨。天然气可采资源量为6.9~9.8万亿立方米，可支持的最高年产量为1000～1500亿立方米。根据初步测定，中国陆地和海上可开发的风能资源约1000GW。核能据估计只能满足3000多万装机的需求。22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已探明的煤炭保有储量为原煤约9000亿吨；可开发水能资源有3.78亿千瓦，预期多年平均发电量为1.92万亿千瓦时。未来有条件大规模外送的只有金沙江、雅砻江和澜沧江水电，主要位于四川、云南两省。24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根据初步测定，中国陆地和海上可开发的风能资源约1000GW。25山东科技大学信电学院电气工程系光伏发电5万千瓦/km22010年装机规模5～10万千瓦2020年装机规模100万千瓦2050年装机规模10亿千瓦80.283.040.111.710.060.270.0250123456782000年2010年2020年2030年系统成本$/Wp发电成本$/kWh26山东科技大学信电学院电气工程系中国的能源与消费2020年前后，能源消耗约需25亿吨标煤。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82％。可开发水电的67.5%集中在我国的西南地区。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3/4。“西电东送、南北互供，全国联网”是解决我国能源分布与电力消费矛盾的重要措施。27山东科技大学信电学院电气工程系节能技术的相关领域工业系统节能燃料与燃烧节能技术热能的有效利用与综合节能技术节电技术其它28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。5~9%作为厂用电，8~9%作为线路网络的损耗。剩下一到用户的仅为20%左右。29山东科技大学信电学院电气工程系常用电设备的效率电动机：75~95%，电动机轴出力与所带负载间的机械传动效率为85~95%；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60％~80％，因此，从燃料煤到风机、水泵的效率，只有20％左右，也就是说，4／5的能量被浪费了。电阻炉转换效率为40％~70％，盐浴炉为30％~45％，电解与电镀的效率为70％~80％。在照明设备中，白炽灯效率通低，仅2％~3％，荧光灯效率为12％~16％。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。30山东科技大学信电学院电气工程系电力节能的主要方面电动机节电技术变压器的节电技术电压质量与功率因数风机、泵类的节电技术电焊机与弧焊变压器的节电技术照明节电空调节电31山东科技大学信电学院电气工程系电动机节电技术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60~70%。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％。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。32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。33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。34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8％~9％。。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2％~4％，但由于是连续运行，所以损耗的累计量却是很大的。因此，变压器安装位置的确定，变压器容量与台数的选用，变压器的合理使用，都对电能的有效利用具有很大的影响。35山东科技大学信电学院电气工程系电压质量与功率因数用户低电压运行造成的能损循增在功率不变的情况下，电压降低，电流就增大，在导线中的损耗也相应增加。电压降低，%123459101520线路损耗增加，%246.18.210.314.52132.34436山东科技大学信电学院电气工程系提高功率因数的节能效益工矿企业提高功率因数的节能效益循环在工矿企业配电网中的无功功率，一般达到相当于有功功率值的65％~100%。因此，由于无功功率环流所造成的有功损耗是极为可观的。37山东科技大学信电学院电气工程系风机、泵类的节电技术电焊机与弧焊变压器的节电技术照明节电空调节电38山东科技大学信电学院电气工程系学习计划第一周：总体介绍第二~三周：学习总结当前常用的电力节能技术和方法，针对其中的一种写出文献综