浅谈节能设计问题和对策

【摘  要】随着我国经济的高速发展，能源的需求日益增加，随着电气自动化设备和智能电器广泛应用，这与当前电能供配的相对紧张，与社会经济高速发展趋势不协调。电力系统在发电、输电、变电、配电、用电过程中，由各种各样因素造成电能损耗，电能损耗已经成为限制工农业发展的瓶颈，减少电能损耗迫在眉睫。因此，电气节能设计可实现节能降耗，这符合我国提出的低碳环保、节能减排、可持续发展理念。本文就此展开研究，通过对电力系统电气节能设计基本原则、电能损耗的原因和节能存在的问题进行分析，进一步探讨应对电力系统电气节能上的对策措施，充分利用电能，产生更多的社会效益。

【关键词】电力系统;电能损耗;电气节能

引言

随着经济、科技不断进步，人民生活水平不断提高，智能自动化设备的广泛应用，人们对智能化需求越来越高，这也促使电气控制系统设计智能化越来越好，由此电能的需求急剧上升，进而满足人们的生产生活需要。近年来，各式各样的家用电器走进千家万户，用电量持续增加，为了进一步保障居民用电量和用电安全，电气节能设计要遵循安全、节能、可持续发展的目标。目前，能源问题与人类发展呈现出一种矛盾的状态，而安全、节能、可持续的节能气设计，不仅可以充分的满足居民能源需求，还可以有效的缓解能源的紧张现状，最大限度地降低能源损耗，这一电气节能设计理念完全符合可持续发展的基本要求。

1.电气节能设计的原则

首先，应确保电气节能设计，自动化电气设备正常运行，那么就需要电力系统源源不断的供电，因此满足电气设备基本功能需求是电气节能控制设计应遵循的基本原则。其次，电力系统设计应符合电气安全标准，确保电气设备的有效安全运行。最后，随着节能技术在电气自动化设备的广泛应用，电气节能设计也应遵循可持续发展战略，有效降低电气设备能源损耗，从而缓解我国能源的紧张局面。

1.1安全性原则

（1）供配电系统设计安全。供配电系统正常持续的供电，可以有效的保障用户的生活和工作，一旦供电出现故障，不仅用户的正常工作生活秩序受到影响，还可能导致意外事故发生，用户生命财产的遭受损失。为了安全、优质、高效供电，电力供配电系统电源数量配置应依据用电负荷总量确定，避免某个电源断电导致全部停电的情况，同时还可以控制用电的安全性。另外，在供配电系统设计增设发电机，当电源断电时还可切换至发电机进行发电，确保供配电系统安全可靠运行 ，从而将电能损耗降低。

（2）防雷和接地装置设计安全。在电气控制系统设计中，防雷和接地装置可以将雷电引入到大地，保护电气设备安全可靠运行，有效的保障用户人身安全。为了满足防雷和接地的设计要求，可以设置避雷针、消雷器和接地体等带电气设备保护装置，然后将接地装置、防雷接地设备和电气设备相互连接，从而提高防雷接地装置的安全性能。

1.2技术先进原则

引进先进的电气设备与工艺，淘汰高耗能、高污染设备和生产工艺。在人流量密集、面积宽阔的场所，如超市、大型商场、广场、学校、车站等，对照明设备规格要求高，用电量也相对较大，普通的灯泡及灯具设备可能无法满足正常使用。因此，创新与技术更新换代，推广使用电气节能技术，节省更多的电能。

2.电气节能设计存在问题

在我國电气节能设计已经得到广泛关注和重视。在电气节能设计中，常常出现的各种问题和挑战，造成了电能不必要的浪费。实践证明，目前我国在电气节能设计存在以下问题，有待解决。

2.1电气节能设计缺乏统一标准和规范

电气节能设计的标准、文献和规章比较匮乏，缺乏统一可行的规范性文件，技术水平落后。因此，在进行电气节能设计时，没有统一标准和规范，导致电气节能设计质量良莠不齐。电气节能设计相关文件编写较少，有待完善。电气节能设计关键节能技术落后的，节能技术缺少有效的标准和依据，经济技术分析不全面，导致设计的质量难以满足节能需求，效益不明显。例如电气设备线路走线不规范，过于迂回复杂，造成线路上的能源损失过多;谐波处理和无功补偿设备的安装点设置不合理，导致多余损耗;在综合分析变压器成本时，没有估算变压器的经济优化成本等。

2.2电气节能技术落后，能源利用率低

目前电气节能技术落后，低产能设备未进行淘汰，能源有效利用率低下，不符合国家新的电气节能标准，这些设备国家已经明令禁止使用，但在实际生产中仍使用，无形中增加电气设备的成本。随着电气设备使用规模的不断扩大，设备却没有得到及时更新和升级，仍基本使用大功率、高耗能的电气设备为主，使用时间长，其电气节能技术和型号相对落后，甚至使用国家明令禁止使用的淘汰设备，且十分普遍。大量灰尘和颗粒物的吸附，使设备的散热性能大大降低，绝缘性能变差，不仅造成了能源大量消耗，也带来了安全隐患。此外，电气设备中运行负荷计算不准确，设备型号选用不符合实际要求等问题，导致了设备的利用率低下。

3.电气节能设计的对策措施

目前我国在电气节能设计方面有着很大的优化空间，在对电气系统进行深入分析和了解的基础上，找出电气节能设计的措施与对策，从而在设计过程中利用各种有效手段减少各种能量消耗，可达到全面节能的目的，提高经济效益和社会效益。照明系统、动力系统、供配电系统电能使用量多的三大系统，我们根据这三大系统的各自特点分别提出电气节能在设计对策，具体可从以下几方面着手：

3.1照明系统的节能措施

（1）选用高效光源。高效光源即显色指数高、调光性能好、使用寿命长且便于启动的高性价比光源。根据照明设计的参考标准，严格控制各个不同场所照明的亮度、功率、光色等。控制好照明工艺标准，即在单位面积上限制好灯具设备的功率消耗。保持照明质量不变，尽可能选择高效发光或紧凑型的荧光灯进行照明，这类灯具的节能效果比普通白炽灯具更好。

（2）优化照明控制方式。根据光的分布设计优化照明控制方式，适当增加照明控制开关，降低全光照明的频率，通过照明开关方便的控制点对点灯光照明，减少照明设备同时使用的数量和频率，减少电能的无端浪费。

（3）积极推广使用新型光源。发光二极管（LED）被称为“绿色光源”，白光LED理论发光光效可达200lm/W，目前实验室里已经达到100lm/W，50lm/W的产品已投入使用，其較同等亮度的白炽灯耗电减少约80%，节能潜力巨大;随着LED照明技术的迅速发展，新型光源现已在广泛使用。

3.2动力系统的节能措施

工农业生产都离不开电动机。电动机的电能消耗较高，如果能在电动机的运转上节约电能，则可以更好节能降耗。降低电动机的能耗，需要从提高其工作效率上着手，采取各种可行的措施，降低电动机的各部件损耗（主要为负载损耗及空载损耗），提高电动机的效率和功率因数。动力系统的节能可以考虑采用以下几种方法：

（1）选择高效率的电动机。在工业上，异步电动机是电力系统常用的电动机，工作效率和功率因数是衡量电动机性能的关键指标。在电机系统中，尽可能地减少电动机的空载和负载损耗，提高工作效率。采用高效率电机（Y、Y2系列）减少的耗电量与普通标准电动机相比，其总损耗减少20%～30%，效率可以提高3%～6%。

（2）改进电动机的控制方式，提高其在运行过程中的效率。对需要根据负荷变化调节的设备采用调速电动机。交流电动机调速分为变极调速、变频调速和变转差率调速三种调速方式，节约电能效果以变频器调速最为显著。比如交流电动机可以选用变频调速的方式，或者是在压缩机、电梯等机械设备上使用变频器调速。泵类、风机的流（风）量与转速成比例，而功率与流（风）量的3次方成比例。当流（风）量减少时，所需功率近似按流（风）量的3次方大幅度下降，这是节约电能的有效途径。

3.3供配电系统的节能措施

电力供配电系统要操作安全、可靠、便捷，电力供配电系统整体规划设计要综合考虑电网分布、供电距离、负荷容量与设备特点等因素，电力变配电所应尽可能设置电网中心，可以缩短配电线路的距离，降低线路损耗。供配电系统应采取提高系统的运行电压和功率因数，降低无功功率及导线中的电阻，降低供配电系统线路损耗等措施。一般在电能传输、转换等过程中进行节能。供配电系统节能主要有以下途径：

（1）合理选用供配电电压等级。在相同的供电情况下，电压越高，电能的损失越少。电力供配电系统要降耗节能，在电压供电范围内可以采用提高电压的方法来传输，但也提高了电力系统的成本投入。通过计算可知，当电压提高10%，线损可降低17.4%，可见提高电压传输电能是可以大幅降低线路损耗;线路损耗与电力设备的功率因数的2次方成反比，故提高功率因数也是节能降损的有效手段。在实际操作中应根据实际情况制定科学、合理、经济的供配电方案。

（2）变配电变压器节能设计的优化。电力变压器是高耗能设备，因此，对变其进行节能设计势在必行。电力传输中广泛使用变压器转换电压。合理选择变压器容量和台数，选择变压器容量与电力负荷相匹配，对负荷进行合理配置，选用高效节能的变压器，可有效节约能源。根据季节性负荷，及时调整变压器容量和台数，降低无端的电能损耗。加强供配电系统运行管理，变电所之间宜敷设联络线，根据负荷情况，及时投入或移除部分变压器，防止变压器轻载和空载运行， 减少损耗。

（3）用电峰谷调节。合理避峰用电可有效节约电能，充分发挥电能的综合效益。错峰用电也是一种有效间接的节能降耗途径。根据不同时段的用电负荷情况合理设计配电系统，使变压器在最佳负载时运行，有利于节能。如今全国供电部门普遍推行峰谷用电，在电气设计中推广应用峰谷分时段收费电能表，鼓励用户避峰用电，达到节能的目的。

（4）减少配电线路中的电能损耗。在电气节能设计中，减少配电线路中的能源消耗，可提高能源利用率。配电线路电能损耗取决于线路的阻抗和电流，其公式为ΔP=3I^2*R*10^（-3）。显然，降低线路电阻，即选择合适的导线材料可减小电能消耗。一般的电气线路以铜线为主，但其造价高，线损大，因此可以改造为铜铝复合线，以降低线路电能消耗。另一方面，在设计过程中，设计合理配线长度，采取直线型布线，减少因线路过长而产生的大量能耗。线路能耗的降低，不但可以提高能源的有效利用率，还可以进一步加强线路的安全性，降低安全事故发生率。最后，要增大导线截面积，在长距离线路输送中，在选导线截面时加大一个级别，这样虽然增加了线路成本，但由于节约能耗而减少了总体综合运行成本，综合考虑是划算的。

4.结语

能源供求矛盾日益突出，充分利用电气节能巨大潜力，选择高效率的节能设备，按照节能标准进行设计。同时应在电气设计中比较方案，从安全、经济、高效等进行综合考量，选用节能的电气控制设备，选择合理的供配电方案等，减少中间环节的电能损耗，提供高效、安全、经济的电能，以达到真正节能的目的，为提高经济效益作贡献，使之符合国家可持续发展战略。节能降耗不但可以减少成本，而且对国家利用能源、环境保护、优化资源配置有着深远的意义。

参考文献

[1]建筑电气设计和节能技术方法的探讨[J]. 胡志辉，胡德明.智能建筑电气技术. 2008（05）

[2]刘静雅.高层办公建筑节能设计常见问题及对策[J].中国住宅设施，2019（03）：41-42.

作者简介：樊桂观（1989.2-），男，壮族，广西忻城人，二级实习指导教师，工学学士，研究方向为工业机器人、服务型机器人，电子技术应用、单片机技术应用。