关于电力设计中的节能减排

关于电力设计中的节能减排

左攀

（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司陕西西安710054）

摘要：能源与污染问题是困扰着全人类近一个世纪的难题,随着我国工业与经济的崛起，污染问题日益严重。同时，随着我国国际形势的变化，我国的能源形势也相应产生着变化。本文总结、分析了一些主流节能减排措施，并从电力设计的角度提出了一些节能减排措施。

关键词：节能减排；电力设计；能源状况；余热利用；紧凑设计

1我国能源国际状况

传统上我国依赖于从国际上进口原油，但由于海路运输的封锁以及OPEC组织一度对于原油开采量的限制，我国的能源进口渠道曾经一度十分严峻。但随着今年国际能源领域及政治领域的变化，我国的能源进口前景得以好转。首先，由于美国对页岩油、页岩气的开采大大降低了全球石油、天然气价格。其次，由于美国与欧洲今年对于俄罗斯的封锁使得俄罗斯与我国签署大量天然气出口协议并修建长距离输气管道，使得我国拥有了稳定、大量的天然气进口。然后，由于中东国家近期局势紧张，阵营间对峙之下，不少国家增加了原油及天然气的日均出口量。最后，由于我国今年国际地位的提升以及海洋力量的增长，进口原油的海上通道得到保障，确保了稳定的原油来源。

2电力设计角度的节能减排

2.1传统设计火电厂存在的能源损失问题

部分管道出现“跑、冒、滴、漏”的现象，无论是对于热量还是工质都是一种损失。部分泵与风机的选型余量较大，反而效率不高。机组时常无法在最佳工况下运行，大大降低了机组效率并且减低了设备寿命。建设过程中存在着大量材料的浪费。相当一部分电厂甚至选址就存在着较大的不合理性，很多空冷机组都对能源的利用不够彻底。这些问题或多或少都与设计过程有关，优化设计可以避免相当一部分问题的出现。

2.2传统设计火电厂设计设计中值得改进的地方

传统火电站的设计已经十分成熟，但不代表绝无可以改进并减少能源浪费的地方。电厂设计过程中无论设计方还是出资方都更加倾向于求稳求快，过于依赖于现有的工程经验，忽视了一些可以改进的地方。

首先就是对于管线布置过于依赖过往相似工程的成功经验，这虽然有利于设计稳定性与快速性，但也造成了无法在每次设计中对不足之处进行改进。但随着科技进步，更加合理的设计是可以达到的。这里的科技进步主要指两方面，一是管道材料以及相应管件技术的进步，例如高温高压流体管道以往是没有补偿器可以利用的，所以只能靠管系自身柔性来补偿热位移，导致了传统管线布置中大量应用弯头以增加整个管系的柔性。这个设计中的思维对现在的影响依旧深远，往往设计时对于新产品不敢于采用，甚至一些在别的电厂已经取得成功的新型管件材料也不敢于尝试。而过于曲折的管线往往提高了沿程阻力，进而增大了泵的出力以及厂用电量，并且弯头处作为焊接处以及应力集中处，的确是前文提到的“跑、冒、滴、漏”现象的高发区。

第二个科技进步来自于计算机技术的进步，随着更加精确、先进的流体计算、应力计算软件的问世，使得管道应力计算结果更加精确并接近实际情况。以往只有粗略计算软件甚至只能依靠EXCEL计算管道应力的时代，规范和手册肯定更加关注安全性，设计余量取得很大。而利用先进计算软件由于可以很精确地得到接近实际情况的结果，往往结果会趋于减少不必要的设计余量，但由于求稳求安全的思想，很多工程师并不接受这些余量较少的结果。

对于计算结果取过大的余量会导致极大的浪费，例如前文所说，对于泵与风机的选型过程中，过大的余量会导致选型设备无法在最佳工况运行，既降低了效率又减低了使用寿命，同时功率较大的流体机械也意味着售价较高。同时，在管道施工图设计之前的对结构专业的提资阶段，过分放大支吊架荷载会导致结构专业设计时选用无必要的设计方案，浪费大量钢材。实际上，正如上文所说，现阶段的精确应力计算软件的计算结果本身就十分接近实际情况，并且按照规范换算出来的结构荷载本身就是估算的可能出现的最差工况，所以只需要将计算得到的结构荷载取整即可提资。在管道施工图具体设计阶段，有些设计师依旧倾向于对于支吊架选材进行放大，这样也浪费了大量钢材。

其次，无论投资方还是设计方对于火电厂用地及厂房大小都认为多多益善。不可否认的是较大的空间为设计提供了较大的自由以及容错率，但同样造成了一些浪费。由于高温高压管道材料的造价很高，过于大的厂房势必造成过于长的管道，这一方面是对于特种钢材的浪费，另一方面也是前文所说的增加了沿程阻力进而增加了厂用电量。事实上，不少由于实际情况受限导致的紧凑设计火电厂在运行过程中表现得十分优秀。

最后，相对于设备厂改造设备以及施工单位重做已经完工的部分建造工作，设计单位修改图纸是速度最快、耗费材料最少的方法。也就是说就算设计单位在设计时确保了图纸毫无问题，如果设备厂商供货与提资图纸不符或者施工单位施工失误导致结果与图纸不符，有很大的可能性都会导致最后由设计单位承担后果并进行改动。这样的话就更加坚定了设计单位在设计过程中无论是空间上还是荷载上都会希望尽量给自己留出较大余量的想法。如果在未来可以实现设计、设备以及施工单位接入统一软件观看统一三维图纸并且实现资料、现场情况实时更新的话，可以大大减少这种问题以及其带来的浪费。

2.3一些值得推广的技术

2.3.1垃圾发电技术

垃圾发电技术可谓是一举两得的技术，既提供了电力又解决了城市垃圾的问题，在日本、瑞典等国家十分普及，效果也非常引人注目。理论上来说选址应该接近市区，因为那里既是垃圾的出产地也是用电的集中地，这样既可以减少运输垃圾的成本也可以减少输送电力的成本。但在实际操作中存在着巨大的阻力——民众对于垃圾发电技术的极大不信任，不信任现阶段对于废气、废液的净化技术。可以从今年新闻中看到各地居民或多或少都在抵制自己社区附近建造垃圾发电厂。同时，我国垃圾分类形同虚设，离欧洲、日本等注重垃圾回收、垃圾发电的国家及地区相差甚远。由于不同种类垃圾含有不同物质、不同热值、不同硬度，垃圾发电技术需要细致的垃圾分类工作。

2.3.2燃气——蒸汽联合循环技术

众所周知，由于利用余热锅炉回收利用了大量燃气轮机排气的热量，燃气——蒸汽联合循环机组的发电效率要高于单纯的燃气机组或者燃煤机组。并且燃气机组的排放物中很少含有SOx、NOx等有害气体，大大减少了大气污染。然而，长时间一来我国并未对于该技术进行普及，一大原因就在于我国的天然气储量并不理想。然而正如前文所述，现阶段的国际形势使得我国拥有大量廉价的天然气来源，这样就使得我们拥有了使用该技术的前提。这项效率高、污染小的技术值得推广。

2.3.3分布式能源技术

人们一般认为集中发电有助于使用效率更高的大型机组并采用超净排放技术减少大气污染。但是分布式能源的确具有一定自己的优势。分布式能源一般在人口密集的地方使用，例如城市社区、医院等。分布式能源采用燃气轮机发电，燃料来源直接使用现有城市天然气管网改造即可。类似于燃气——蒸汽联合循环，分布式能源可以大量利用燃气轮机排气余热，可以为社区提供热水，或者作为动力带动热泵，为社区及医院提供冬天供暖夏天制冷。这样就大大提高了机组整体效率。并且现有很多汽轮机厂家提供小型超静音燃气轮机，可灵活地布置在地下室或屋顶，十分方便。

2.3.4热管换热器及喷射技术

这两项技术我认为是有使用前景的。首先，这两项技术都是高效换热技术，这样就使得利用它们可以制成体积较小的换热器，如前文所述的电力设计应尽力紧凑化，较小的空间适合使用体积较小、效率较高的换热器。同时，在分布式能源中，往往燃气轮机组布置在面积较小的地下室，这里同样需要体积较小的换热器。其次，二者换热速率很高，适合快速换热，减少一些关键部件的热波动，不至于长时间处于过高温度之下。