大唐国际发电股份有限公司高压变频节能效益分析
2007/3/6 9:29:00
能源是经济发展的物质基础，也是经济社会科学、可持续发展的重要制约因素。中国作为世界第二大能源消费国，一直高度重视能源和节能工作，早在20世纪80年代初就提出了“能源开发与节约并重，把节约放在优先位置”的方针，将节能纳入国民经济和社会发展计划。目前，我国经济快速增长，能源不足的矛盾日益显现。其特点是：一、人均能源相对不足。我国大多数能源资源人均占有量不足世界平均水平的一半。二、能源利用效率低。我国每百万美元国内生产总值能耗比世界先进水平高2.4倍，能源效率比国际先进水平低10个百分点。三、能源约束矛盾突出。近年来煤、电、油、运瓶颈制约再度出现。四、环境污染严重，我国是少数以煤为主要能源的国家，也是世界上最大的煤炭消费国，能源使用带来的环境压力巨大。
为加快建设节约型社会，缓解当前煤电油运紧张状况和全面建设小康社会面临的资源约束和环境压力，保障国民经济持续快速协调健康发展，每一个发电公司和发电厂都应充分认识到自己的社会责任，把节约能源，提高能效利用效率，减少环境污染作为企业持续、健康发展的内在动力。
节约能源，对宏观而言是旨在降低单位产值能耗，对行业来讲，是降低产品的单耗。2001年底为进一步落实大唐国际发电公司领导“以保证安全生产，提高设备健康水平，提高经济效益为目标，重点降低厂用电率”的要求，公司决定将部分发电厂高压附属设备改变频作为2002年节能的重点措施。
公司有关专业人员从1999年以来一直在了解高压变频的有关资料，并关注已经投运的高压变频器有关情况。为进一步了解变频器的使用、维护情况和国内厂家生产状况，公司变频器调研小组于2002年初对部分发电厂及制造厂家进行了调研，对运行情况、技术、效益等有关问题进行了深入细致的探讨，并对该项目进行了详细的经济效益测算，经过认真比较和核算后进行了招标。到目前为止，公司已投运高压变频装置42台，产生的经济效益也比较明显。下面将不同容量机组的各类高压变频装置改造后的经济效益做一详细的比较分析：
一、经济效益比较：
高压变频装置分布在公司100－600MW的机组上，主要有一次风机、送、吸风机、凝结水泵等。下面将有关经济效益的详细比较分述如下：
1.张家口发电厂#8炉（300MW机组）一次风机
张家口发电厂#8锅炉配套的制粉系统为中速磨冷一次风机正压直吹式系统，配备6台ZGM95G型中速磨煤机。送风机、吸风机均为上海鼓风机厂生产的动叶调节式通风机。
由于#7、8机组的一次风机的型号相同，但试验当时#7炉未装变频，通过与#7炉的对比试验，在150MW、200MW、250MW和300MW状态下，#8炉一次风机的功率分别比#7炉减少1127 kW、946 kW、689 kW及809kW。按照2001年的机组运行情况分析，以机组平均负荷为200 MW、机组年度运行小时7200小时、上网电价0.3元/ kW•h计算，#8炉一次风机年节电666万度，节电效益为200万元，特别在低负荷工况下节能效果更为明显。两台高压变频器的价格为560万元，不到三年即可收回全部成本，其投资效益比是比较好的。
2．下花园电厂#2炉（100MW机组）吸风机
下花园电厂#2炉吸风机型号为Y4-73-11型，电动机功率为550 kW。经机组在不同负荷下的试验表明：在机组负荷为50MW、70MW、85MW和100 MW时，两台吸风机系统变频调速调节比挡板调节分别减少综合输入功率471 kW、506 kW、472 kW和428 kW。以机组年运行6500小时考虑，年节电量314万度，节电直接经济效益为88万元，投资回收期3.6年。主要因由于该电动机容量较小，变频器相对价格较高，使投资回收期相对较长。
3. 张家口电厂#6机组（300MW机组）凝结水泵
张家口电厂#6机组凝结水泵改变频后，试验得出的定速节流调节与变频调节实际耗电量比较，按平均运行7000小时计，全年节电效益约为408万度，扣除空调耗电，全年节电量为405万度，按照上网电量0.3元/ kW•h元计算，全年可获经济效益125万元，不到3年可收回全部成本。目前张家口电厂#5、#6、#7、#8机组凝结水泵均改为变频。
4.陡河电厂#2机组（125MW机组）吸风机
陡河电厂#2机组吸风机电动机容量为1000 kW，于2002年11月小修改造后投入运行。试验中在机组负荷为90MW、100MW、110MW和125 MW时，两台吸风机系统变频调速调节比挡板调节分别减少综合输入功率571 kW、472 kW、489 kW和520 kW。该机组为调峰机组，经常运行在两班制状态，以机组年运行5500小时计算，每年节约电量约264万kW•h，直接经济效益约86万元，投资回收期为2.8年左右。
5.陡河电厂#3机组（250MW机组）吸风机
2002年10月大修中进行了#3机组吸风机改变频的工作。通过试验，在机组负荷为126MW、150MW、175MW、200MW、225MW、250MW时，两台吸风机系统变频调速调节比挡板调节分别减少综合输入功率1048 kW、1062kW、1052 kW、872kW、694kW和520 kW。以该机组目前的运行负荷情况，每年节约电量约600万度左右，直接经济效益约160--170万元，投资回收期为2.6-2.8年。
6.下花园电厂#3炉（200MW机组）吸风机
下花园电厂#3炉吸风机是在2003年大修中进行变频改造的。改造前吸风机单耗为3.2－3.4 kW•h /t（汽），大修后至今单耗一直维持在2.5kW•h /t（汽）左右，按年运行7500小时计算，年节电300余万度,投资回收期3.6－3.7年。
7.盘山电厂#3炉（600MW机组）一次风机
盘山电厂3号机组一次风机应用的是AB Powerflex7000系列的双PWM、无输入隔离变压器的电流型变频器，是网内首次使用该类型变频器。从运行情况看，#3机一次风机耗电率为0.47%，较改前下降0.17个百分点，月用电量比#4机平均少65万度，年节电约600余万度。
二、高压变频调速改造经济性评价方法
高压变频调速改造方案的经济性评价有两种主要方法：
一是“回收投资年限法”，回收投资年限是指设备采用高压变频调速的电网收益及其 它经济效益补偿设备投资和安装费的最多年限，回收投资年限最短的方案为最优方案。节电收益可通过计量系统测得，其它经济效益可比照已改造的同类设备收益取定额计算，该方法的优点是直观明确，缺点是仅能反映初投资与收益的比例关系；不能反映方案长期运行的经济性。由于全部使用寿命期间运行所需要的运行费、维修费的折算现值不容易估算。故我们目前按此方法进行经济效益的计算。
二是“将来费用折算现值”，是指购工附加设备（高压变频器）费用，安装费用以及维持主设备和附加设备在全部使用寿命期间运行所需要的运行费、维修费的折算现值。总现值最低的方案为最优方案。该方法较全面、准确地反映了一种方案经济性的优劣，但需要详尽的前期调研，对于原始资料和全部使用寿命期间运行所需要的运行费准确性要求很高，否则会导致计算依据不准，从而影响经济评价的效果。
基于上述原因，因此本文以“回收投资年限法” 进行经济效益的计算。但无论采用哪一种方法，对于离心式风机和泵类而言，变频调速的经济性都是显而易见的，其投资回收年限约在3-4年。由于上述计算变频器改造带来的其它经济效益，如因降低机组供电煤耗而减少了污染排放；由于变频调速运行时挡板全开，不仅降低能耗，而且减少了管道振动，使差压波动减小，改善了锅炉运行的稳定性；对两班制运行或经常大幅度调峰的机组，平滑启动可减少电动机和风机的磨损并降低故障率，减少维修费用；变频调速方式的控制调节特性好于挡板调节，易实现协调控制等。
三、运行中发生的主要问题：
在变频器安装、调试和运行过程中，曾出现过一些问题，请在使用中引起注意。如：个别变频装置烧控制插件或控制板发生故障、个别变频装置输出相对地电压中存在较高的脉冲过电压、投运的设备普遍存在室内温度高的问题，有的甚至造成高压附属设备跳闸的现象，须配置大功率空调或通风系统、个别电机改变频后有串轴现象（工频时不串）等问题。这些问题正在进一步研究和调试改进。
四、结束语
世界上越来越多的国家和企业认识到：一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会的需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，每一个发电公司和发电厂都应充分认识到自己的社会责任，把节约能源，提高能效利用效率，减少环境污染作为企业持续、健康发展的内在动力，以“节能降耗，可持续发展”为主题，不断提高节能意识、资源意识和环境意识。把节能工作列入各级领导的议事日程，依靠科技进步，推行技术节能，积极推广节能新技术，新材料，新工艺，支持鼓励节电技术和节能产品的开发、应用，这是取得节能效果的有力措施。
节能、降耗，是每一个企业永恒的主题。特别在市场经济条件下，对发电企业来说综合发电成本越低越好。以此进行分析，可以明显发现某些项目中节电比节煤的效益更好，降低发电厂厂用电率给发电厂和社会都带来更大的经济效益，在不多消耗燃煤的条件下，为社会提供更多地电力，对降低发电成本和减少环境污染都非常有利。特别是网厂分开后,应该以企业是否能取得经济效益作为节能分析的基础，通过对节能项目进行科学论证，优先开发节能效益好的节能项目，为企业创造尽可能多的经济效益。、
注：本文来源于“中国科协2005年学术年会电力分会暨中国电机工程学会2005年学术年会论文集”，文中提到的4个电厂均使用了利德华福高压变频器，其中张家口电厂于2002年8月6日订购了2台高压变频器，2003年10月22日又续订了同型号的1台设备；下花园电厂于2002年11月31日订购了4台设备，2003年1月28日又续订了1台设备；陡河电厂于2002年8月6日订购了2台设备。
为加快建设节约型社会，缓解当前煤电油运紧张状况和全面建设小康社会面临的资源约束和环境压力，保障国民经济持续快速协调健康发展，每一个发电公司和发电厂都应充分认识到自己的社会责任，把节约能源，提高能效利用效率，减少环境污染作为企业持续、健康发展的内在动力。
节约能源，对宏观而言是旨在降低单位产值能耗，对行业来讲，是降低产品的单耗。2001年底为进一步落实大唐国际发电公司领导“以保证安全生产，提高设备健康水平，提高经济效益为目标，重点降低厂用电率”的要求，公司决定将部分发电厂高压附属设备改变频作为2002年节能的重点措施。
公司有关专业人员从1999年以来一直在了解高压变频的有关资料，并关注已经投运的高压变频器有关情况。为进一步了解变频器的使用、维护情况和国内厂家生产状况，公司变频器调研小组于2002年初对部分发电厂及制造厂家进行了调研，对运行情况、技术、效益等有关问题进行了深入细致的探讨，并对该项目进行了详细的经济效益测算，经过认真比较和核算后进行了招标。到目前为止，公司已投运高压变频装置42台，产生的经济效益也比较明显。下面将不同容量机组的各类高压变频装置改造后的经济效益做一详细的比较分析：
一、经济效益比较：
高压变频装置分布在公司100－600MW的机组上，主要有一次风机、送、吸风机、凝结水泵等。下面将有关经济效益的详细比较分述如下：
1.张家口发电厂#8炉（300MW机组）一次风机
张家口发电厂#8锅炉配套的制粉系统为中速磨冷一次风机正压直吹式系统，配备6台ZGM95G型中速磨煤机。送风机、吸风机均为上海鼓风机厂生产的动叶调节式通风机。
由于#7、8机组的一次风机的型号相同，但试验当时#7炉未装变频，通过与#7炉的对比试验，在150MW、200MW、250MW和300MW状态下，#8炉一次风机的功率分别比#7炉减少1127 kW、946 kW、689 kW及809kW。按照2001年的机组运行情况分析，以机组平均负荷为200 MW、机组年度运行小时7200小时、上网电价0.3元/ kW•h计算，#8炉一次风机年节电666万度，节电效益为200万元，特别在低负荷工况下节能效果更为明显。两台高压变频器的价格为560万元，不到三年即可收回全部成本，其投资效益比是比较好的。
2．下花园电厂#2炉（100MW机组）吸风机
下花园电厂#2炉吸风机型号为Y4-73-11型，电动机功率为550 kW。经机组在不同负荷下的试验表明：在机组负荷为50MW、70MW、85MW和100 MW时，两台吸风机系统变频调速调节比挡板调节分别减少综合输入功率471 kW、506 kW、472 kW和428 kW。以机组年运行6500小时考虑，年节电量314万度，节电直接经济效益为88万元，投资回收期3.6年。主要因由于该电动机容量较小，变频器相对价格较高，使投资回收期相对较长。
3. 张家口电厂#6机组（300MW机组）凝结水泵
张家口电厂#6机组凝结水泵改变频后，试验得出的定速节流调节与变频调节实际耗电量比较，按平均运行7000小时计，全年节电效益约为408万度，扣除空调耗电，全年节电量为405万度，按照上网电量0.3元/ kW•h元计算，全年可获经济效益125万元，不到3年可收回全部成本。目前张家口电厂#5、#6、#7、#8机组凝结水泵均改为变频。
4.陡河电厂#2机组（125MW机组）吸风机
陡河电厂#2机组吸风机电动机容量为1000 kW，于2002年11月小修改造后投入运行。试验中在机组负荷为90MW、100MW、110MW和125 MW时，两台吸风机系统变频调速调节比挡板调节分别减少综合输入功率571 kW、472 kW、489 kW和520 kW。该机组为调峰机组，经常运行在两班制状态，以机组年运行5500小时计算，每年节约电量约264万kW•h，直接经济效益约86万元，投资回收期为2.8年左右。
5.陡河电厂#3机组（250MW机组）吸风机
2002年10月大修中进行了#3机组吸风机改变频的工作。通过试验，在机组负荷为126MW、150MW、175MW、200MW、225MW、250MW时，两台吸风机系统变频调速调节比挡板调节分别减少综合输入功率1048 kW、1062kW、1052 kW、872kW、694kW和520 kW。以该机组目前的运行负荷情况，每年节约电量约600万度左右，直接经济效益约160--170万元，投资回收期为2.6-2.8年。
6.下花园电厂#3炉（200MW机组）吸风机
下花园电厂#3炉吸风机是在2003年大修中进行变频改造的。改造前吸风机单耗为3.2－3.4 kW•h /t（汽），大修后至今单耗一直维持在2.5kW•h /t（汽）左右，按年运行7500小时计算，年节电300余万度,投资回收期3.6－3.7年。
7.盘山电厂#3炉（600MW机组）一次风机
盘山电厂3号机组一次风机应用的是AB Powerflex7000系列的双PWM、无输入隔离变压器的电流型变频器，是网内首次使用该类型变频器。从运行情况看，#3机一次风机耗电率为0.47%，较改前下降0.17个百分点，月用电量比#4机平均少65万度，年节电约600余万度。
二、高压变频调速改造经济性评价方法
高压变频调速改造方案的经济性评价有两种主要方法：
一是“回收投资年限法”，回收投资年限是指设备采用高压变频调速的电网收益及其 它经济效益补偿设备投资和安装费的最多年限，回收投资年限最短的方案为最优方案。节电收益可通过计量系统测得，其它经济效益可比照已改造的同类设备收益取定额计算，该方法的优点是直观明确，缺点是仅能反映初投资与收益的比例关系；不能反映方案长期运行的经济性。由于全部使用寿命期间运行所需要的运行费、维修费的折算现值不容易估算。故我们目前按此方法进行经济效益的计算。
二是“将来费用折算现值”，是指购工附加设备（高压变频器）费用，安装费用以及维持主设备和附加设备在全部使用寿命期间运行所需要的运行费、维修费的折算现值。总现值最低的方案为最优方案。该方法较全面、准确地反映了一种方案经济性的优劣，但需要详尽的前期调研，对于原始资料和全部使用寿命期间运行所需要的运行费准确性要求很高，否则会导致计算依据不准，从而影响经济评价的效果。
基于上述原因，因此本文以“回收投资年限法” 进行经济效益的计算。但无论采用哪一种方法，对于离心式风机和泵类而言，变频调速的经济性都是显而易见的，其投资回收年限约在3-4年。由于上述计算变频器改造带来的其它经济效益，如因降低机组供电煤耗而减少了污染排放；由于变频调速运行时挡板全开，不仅降低能耗，而且减少了管道振动，使差压波动减小，改善了锅炉运行的稳定性；对两班制运行或经常大幅度调峰的机组，平滑启动可减少电动机和风机的磨损并降低故障率，减少维修费用；变频调速方式的控制调节特性好于挡板调节，易实现协调控制等。
三、运行中发生的主要问题：
在变频器安装、调试和运行过程中，曾出现过一些问题，请在使用中引起注意。如：个别变频装置烧控制插件或控制板发生故障、个别变频装置输出相对地电压中存在较高的脉冲过电压、投运的设备普遍存在室内温度高的问题，有的甚至造成高压附属设备跳闸的现象，须配置大功率空调或通风系统、个别电机改变频后有串轴现象（工频时不串）等问题。这些问题正在进一步研究和调试改进。
四、结束语
世界上越来越多的国家和企业认识到：一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会的需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，每一个发电公司和发电厂都应充分认识到自己的社会责任，把节约能源，提高能效利用效率，减少环境污染作为企业持续、健康发展的内在动力，以“节能降耗，可持续发展”为主题，不断提高节能意识、资源意识和环境意识。把节能工作列入各级领导的议事日程，依靠科技进步，推行技术节能，积极推广节能新技术，新材料，新工艺，支持鼓励节电技术和节能产品的开发、应用，这是取得节能效果的有力措施。
节能、降耗，是每一个企业永恒的主题。特别在市场经济条件下，对发电企业来说综合发电成本越低越好。以此进行分析，可以明显发现某些项目中节电比节煤的效益更好，降低发电厂厂用电率给发电厂和社会都带来更大的经济效益，在不多消耗燃煤的条件下，为社会提供更多地电力，对降低发电成本和减少环境污染都非常有利。特别是网厂分开后,应该以企业是否能取得经济效益作为节能分析的基础，通过对节能项目进行科学论证，优先开发节能效益好的节能项目，为企业创造尽可能多的经济效益。、
注：本文来源于“中国科协2005年学术年会电力分会暨中国电机工程学会2005年学术年会论文集”，文中提到的4个电厂均使用了利德华福高压变频器，其中张家口电厂于2002年8月6日订购了2台高压变频器，2003年10月22日又续订了同型号的1台设备；下花园电厂于2002年11月31日订购了4台设备，2003年1月28日又续订了1台设备；陡河电厂于2002年8月6日订购了2台设备。
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