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1、1一、变频调速节能技术对于风机、水泵等气体、流体输送设备，通常都是采用风门/阀门等节流部件对输出压力、流量等工艺参量进行调节的，输出功率将随之降低，但驱动电动机却始终保持恒定功率运行，因此会造成极大的电能浪费。类似的电梯、传送带等传送设备，无论负载大小，电动机的拖动功率都是保持恒定的，也存在电力浪费的现象。采用变频器串接在电源与驱动电动机之间，使之构成变频调速系统，见下图所示。此时，将风门/阀门开度调整到全开状态，电动机输出转速将随变频器输出频率变化而变化，直接调节风机、水泵的工作转速，达到与原风门/阀门调节相同的压力、流量。由于这时不再有风门/阀门的节流损失，驱动电动机工作功率也将随着频率的
2、降低而大幅减少，从而达到节能的目的。电源电源电压 U 电流 I变频器变频器频率 f 电压 U风机风机/ /水泵水泵压力 H 流量 Q电动机电动机转速 n控制量 K风门/阀门 100%变频调速系统结构图变频调速系统包括电源、变频器、驱动电动机和风机/水泵等设备组成，除变频器外，其它设备皆为原系统设备。系统电力由电源提供，其输出量为电压 U 和电流 I；变频器输出频率为 f 的驱动电压（高/低压）给电动机，输出频率 f 和电压 U 由控制量 K（模拟/数字）调节，即频率 f 是控制量 K 的函数：f=f(K)，输出电压 U= 2f(K)，控制量可由传感器获得，构成闭环控制系统，也可由人工控制；驱动
3、电动机在变频器输出电力作用下，将电能转化为机械能，驱动风机/水泵工作，其输出量为转速 n，转速 n 和频率 f 成正比：nf；驱动电动机在转速 n 下拖动风机/水泵工作，引起压力 H 和流量 Q 的变化，以达到原工况条件，风门/阀门处在全开状态。此时，流量 Q 与转速 n 成正比：Qn，压力 H 与转速 n 的平方成正比：Hn2，轴功率 P 与转速的立方成正比：Pn3。变频调速系统节能原理如下：假设工频下电动机的运行功率为 PgUIg，风机/水泵经风门/阀门节流后的压力为 Hg，流量为 Qg，则有效功率 PgyHgQg。由于风门/阀门的节流作用，Pgy0，节约功率大小与原工频状态下风门/阀门节
4、流损失量正相关。在不考虑电动机、风机/水泵在转速变化时效率的降低条件下，运行功率 Pf 3。通常情况下，变频状态下的工作频率 f 比工频50Hz 要低，则有 Pb/Pg=f 3/503，节电率 =P/Pg=1-f 3/5030。由于电3动机、风机、水泵运行转速 n 总比额定转速低，其运行效率也将随之有不同程度的降低，所以，实际实现节电率将比理论计算值要相应降低。变频调速技术可广泛应用在工矿企业、公共机构等使用风机、水泵以及电梯、传送带等变功率负载系统中，为国家重点节能技术推广目录推荐技术。二、地源热泵系统节能技术地源热泵系统是指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统
5、、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。热泵就象水泵能把低位水提升到高位一样可以把热量从低温端传送到高温端，是一种可以实现蒸发器与冷凝器之间功能转换的机械，实质上是另一种形式是制冷机。地源热泵（GSHP）是以大地为热源对建筑物进行供冷、供暖和供应生活热水的技术。一般而言，地层之下一年四季均保持一个相对稳定的温度，在夏季，地下的温度要比地面空气温度低，在冬季却比地面空气温度高。地源热泵正是利用大地的这个特点，通过埋藏在地下的换热器，与岩土或地下水、地表水等热源实现热量交换。地源热泵可广泛应用于工矿
6、企业、4公共建筑、民用住宅等的中央空调系统，具有绿色环保、节能高效的推广价值。由地源热泵构成的中央空调系统，不需要其它辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季供冷。冬季通过热泵把大地中的热量升高温度，以 3040左右的热风向建筑物供暖；夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，以 1017左右的冷风形式给建筑物制冷，对建筑物降温。同时，它还能实现常年供应 4565的生活热水，进一步拓宽地源热泵系统的使用价值，实现一机三用的目的。地源热泵中央空调系统结构见下图所示：地源热泵可看作是连接于低温热源和高温热源之间的热量搬运机械，促使热量在低温热源和高温热源之间按照人们的需要实现转移，可用下图表示：5低
7、温热源热泵机组高温热源根据热泵机组的工作原理，热泵系统还可广泛应用在工业企业的余热利用中，构成热泵余热利用系统。如工业废水、生活污水、冷凝水、冷却装置、高温废气、窑炉废热、含热原料等含热介质，均含有可回收利用的丰富热量，但因其温度、压力或使用条件限制等不适合直接利用，常常被白白浪费掉。采用热泵技术将这些废热提取出来，并释放到工业锅炉、生活锅炉等的补水装置，或工业预热器、烘干器等用热设备，就可以实现余热的回收利用，达到节能降耗的目的。热泵系统节能原理如下：热泵机组消耗单位电力做功，可以将 34 倍的热量从低温热源转移至高温热源，其能效比（Cop）可以达到 45。其节能机理见下图所示，热泵不是将电
8、力转换为热量（这有别于电加热器） ，而仅仅是将低温热源的热量（14400kJ）通过做功（3600kJ）转移（“泵送” ）到高温热源中，电力做功本身产生的热量也一并送到了高温热源，所以高温热源获得的总热量为二者之和（18000kJ） ，显然，热泵系统更加节能高效，能效比 Cop=18000/3600=5.0。低温热源Q=14400kJ热泵机组Q=3600kJ高温热源Q=18000kJ6从能源利用效果看，热泵系统相当于消耗 1kwh（3.6MJ 当量）电能，产生了 5kwh 电能（18MJ 当量）的热量，能源利用率远大于1，是国际上迄今为止最为先进、成熟、高效的空调系统，也是目前我国政府积极鼓励推
9、广的节能空调技术。三、绿色照明节能技术绿色照明是指采用高效节能的新型光源、灯具替代传统照明光源的节能技术。高效节能光源主要有 LED（发光二极管） 、稀土节能灯、高效钠光灯、碘钨灯等，其主要特点是体积小、重量轻、发光效率高、光谱和谐自然、无视觉闪烁。传统照明光源主要指白炽灯、日光灯等普通光源，其主要缺点是体积大、发光效率低、100Hz 闪烁明显，其中白炽灯还具伴有巨大的发热量，能源浪费更加严重。绿色照明节能技术原理如下：光源的发光强度 B 与耗电功率 P 成正比，与发光效率 成正比，即 BP。照度 L 与发光强度 B 成正比，与距离 R 的平方成反比，即 LB/R2。在同等照度要求下，光源发光
10、强度 B 保持不变，因此，功率 P 与发光效率 成反比，即有 P1/，显然，发光效率越高，耗电功率越低。由于高效节能光源发光效率远比普通光源高，所以在相同照明条件下，节能灯的消耗功率也将大大低于普通光源，达7到节能的目的。在绿色照明技术发展进程中，为进一步降低对电力的消耗，将太阳能光伏技术、风力发电技术与绿色照明技术相结合，开发出了以太阳能、风能等可再生能源为驱动能源的新型灯具，使绿色照明向着无需依靠二次能源消耗的方向迈出了一大步。四、工业窑炉余热发电技术工业窑炉余热发电主要指建材行业中的水泥、陶瓷、玻璃，金属冶炼行业中的各类金属冶炼，非金属行业中的炼焦、焦化，化工行业的汽化、沸腾、蒸馏等等工
11、业窑炉，在生产过程中会产生大量的低温、中温、高温废气（汽） ，利用这些含热废气（汽） ，通过余热锅炉生产满足发电机组要求的高温蒸汽，推动汽轮机发电机组发电的技术。工业窑炉余热发电技术目前在水泥生产中已经获得极大成功，我国政府在批准新建水泥生产线项目中要求必须配套建设余热发电系统，促使水泥窑余热发电技术得到了快速普及和发展。无论是水泥窑，还是其它类型的工业窑炉，其余热发电技术的基本原理是相同的。典型的水泥窑余热发电系统见下图所示：8余热发电系统与传统火力发电系统相比，仅仅是将火电站的燃煤锅炉变换为余热锅炉，其汽轮机、发动机系统是完全相同的。因此，在工业生产过程中，只要有大量的可利用余热，采用余热
12、发电技术都有可能。工业窑炉余热发电技术，对废气（汽）的温度、流量、连续性等都有较高要求，发电能力、装机容量、运转率、发电成本等经济技术指标都与窑炉本身的运行工况密切相关，要经过缜密的测试、测算，才能确保系统设计条件能够达到经济与节能的各项经济指标。工业窑炉余热发电技术的节能原理如下：假设余热发电系统规模与火力发电系统规模相等，则二系统年运转率分别为 h和 y，其年发电量之比 Qh/Qy在装机容量相同的条件下应等于运转率之比，即：Qh/Qy=h/y。余热发电系统无需另外消耗其它能源，因此其节能量约等于火电站发出同等电力所消耗的原煤量，由此得：Qy= Qhy/h。因一般情况下，余热发电系统的年9运
13、转率小于 80%，而火力发电系统的运转率可以大于 90%，即yh，则知：余热发电系统的实际节煤量小于同等装机容量的火力发电系统年耗煤量，其最大值一般不会超过 89%。火力发电系统的耗煤量 Qh是非常巨大的，因此，余热发电系统的节煤量同样是十分可观的。如一条 5000t/d 级水泥窑，其年节煤量至少可以达到 1.8 万吨标准煤。目前，国内水泥窑余热发电系统的装机容量大致为：2500t/d 生产线装机容量 4.05.0MW，3200t/d 生产线装机容量5.46.0MW，5000t/d 生产线装机容量 8.010.0MW。水泥窑余热发电技术经过几十年的发展，目前已经发展到第三代余热发电系统，纯低温
14、余热发电技术也得到了较好地应用。可以设想，随着余热发电技术的不断进步，发电效率将不断提高、余热温度阈值不断降低，可实现余热发电的工业领域也将不断拓宽，其巨大的经济效益和社会效益会更加显著。工业窑炉余热发电技术完全利用生产过程中废弃的热量，无需额外消耗其它能源，对原生产工艺几乎不产生任何不良影响，所发电力可以全部重新投入企业生产过程中，减少外购电力支出，降低生产成本，对企业提高生产效率、降低能源消耗具有极大的作用。另外，余热发电技术不产生任何附加的污染物，并降低企业对大气的热排放，有利于大气环境的保护，是一项绿色低碳、利国利民的节能技术，符合 CDM 的要求，是我国政府大力推广和倡导的节能减排技
15、术。10五、余热余压拖动节能技术工业企业的生产工艺中，总不可避免地会产生大量的余热、余压等废弃的含能资源，而这些资源往往因量能较小、温度过低、分布复杂等因素而难以加以有效利用。这些资源中，除极少数部分可以用来发电外，大量的资源因无法合理利用而浪费。如工业企业的冷凝塔、冷却池，工业锅炉的烟气，工业窑炉的高温尾气，大功率设备的循环冷却水，蒸汽、压缩空气释压站等等。在这些余热、余压资源中，有部分资源虽然量能较小，如小于 2MW，甚至不足1MW，即使温度条件满足发电要求，其经济可行性却相对较低，投资价值不大，但却可以利用 2MW 以下的小型透平机实现拖动，如直接拖动小于 2MW 的中、小型粉磨机、风机
16、、水泵等设备，为这部分余热、余压资源找到了较理想的应用空间。余热余压拖动技术其本质和余热发电技术类似，也是利用余热产生一定温度、压力的蒸汽，驱动透平机旋转，通过透平机拖动单一用能设备工作。显然，透平机不是驱动发电机发电而是直接拖动耗能设备，免去了发电、变压、上网、配电等诸多环节，经济性获得极大提高，具备了推广使用条件。透平机是余热余压拖动技术的关键环节和重要设备，目前国内已经有小于 2MW 的透平机应用，但普及面还十分有限，发展空间11非常广阔。以透平机拖动的粉磨机、风机、水泵，无需再消耗电力，节能率达到了 100%，是目前节能率最高的技术应用。但因透平机必须依赖企业的余热而工作，一旦余热终止，如生产线检修期间，其必须停机而无法继续工作，所以其在工业企业中的应用还仅限于对生产影响较小，滞后生产线正常运转的设备上，应用领域受到局限，如企业的部分原煤粉磨机、原料粉磨机、冷却塔散热风机等。六、电动机动态功率因数就地补偿技术在工业企业中，电动机被大量地使用，同时也给企业内部供配电网络带来功率因数低、无功损失导
