国家电力公司热工研究院高级工程师徐甫荣高工就发电厂高压变频调速技术应用作了相关的报道。
徐甫荣高工首先介绍了变频调速在发电厂中的应用前景及意义,他指出截止2006年底,我国发电装机总容量已突破5亿kW,其中火电装机约占80%。全国年发电量已突破2万亿kW.h。而我国的能源利用率却平均比发达国家低20%左右!全国电动机年耗电量达12000亿kW.h,占全国总用电量的60%,占工业用电量的80%;其中风机、水泵、压缩机的年耗电量达8000亿kW.h,占全国总用电量的40%左右。而至今仅有约5%左右的风机、水泵、压缩机使用调速运行。若按风机、水泵和压缩机总装机容量的50%进行调速节能改造,估算整个电机系统的节电潜力约为1000亿kW.h,改造和更新预计需投入2000~3000亿元人民币。根据国家节能计划,每年需节能投资600亿元,“十五”期间共需3000亿元人民币,“十一五”期间将更多。我国电力运行的一些主要指标和装备指标与发达国家相比仍有很大差距。火电机组的平均煤耗比发达国家高出约70~100 g/kW.h;我国的厂用电率为4.7%~10.5%,加之线损,我国送到用户的电能要比发达国家多耗电9.5%,相当于22000MW装机容量,即22个百万大厂的年发电量!据统计,全国火力发电厂下述八种风机和水泵:送风机、引风机、一次风机、排粉风机、给水泵、循环水泵、凝结水泵和灰浆泵配套电动机的总容量为15000MW,年总用电量为600亿kW.h,约占全国火力发电量的5.2%。
按上述数据估算,全国需要4万台以上的大功率高压电机。目前全国电厂投运的高压变频器约为1500台,仅占3.8%左右,可见其市场容量有多大!
若火电机组高压变频器按每kW平均投资为800元计算,即为320亿元的市场!可见火电机组辅机节能改造的潜力非常巨大。从节电量来看,电力行业相对于其它行业有优势。然而,电力行业节能经济效益并不理想,其原因是火电厂的电价按上网电价计算,与企业用电价差别较大。这也影响到高压变频节能改造投资回收期的计算,一般为其它用电企业的两倍,约为3~5年。
接着,徐甫荣高工还介绍了发电厂风机变频调速应用情况。如叶片式风机水泵,在满足三个相似定律即几何相似,运动相似和动力相似的条件下,其流量Q、压头(扬程)H、轴功率P与转速n之间有如下比例关系:
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)²
P1/P2=(n1/n2)³
图1 离心式风机不同调节方式
图2 不同调节方式下的风机效率耗电特性比较
火力发电机组必须配备的水泵数量多,总装机容量大。100MW机组主要配套水泵的总耗电量约占全部厂用电量的70%左右。由此可见,水泵是耗电量最大的一类辅机。因此,提高水泵的运行效率,降低水泵的电耗对降低厂用电率具有举足轻重的意义。在火力发电厂有以下几类水泵。
1.给水泵
2.循环水泵
3.凝结水泵
4.灰浆(渣)泵
图3 给水泵变频调速曲线
徐甫荣高工就不同功率等级电动机变频调速改造实施方案以及不同拓扑结构变频器进行了阐述。
1. 400kW以下,宜采用高-低方案:Ⅰ
采用6kV kV /380V进线变压器,380V变频器,380V电动机。
2. 400kW~800kW,宜采用高-低方案Ⅱ:
采用6kV /660V进线变压器,660V变频器,660V电动机。
3. 800kW以上,可采用6kV或10kV直接高-高方案:
即采用6kV或10kV高压变频器,6kV或10kV高压电动机。
最后,徐甫荣介绍了变频器容量的合理选择,他指出应该考虑以下四个方面:
1. 以最大实际运行功率出发。
2. 考虑冷态起动功率(引风机)。
3. 考虑失去一侧风机(水泵)的过载工况。
4. 分段调节方式:
30%~80%变频调速。80%~100%节流调节。
徐甫荣最后得出结论,变频器容量的的选择需要遵循以下几个原则:
1. 最高可靠性原则。
2. 最优经济性原则。
3. 系统改动最小和空间允许的原则。