宝钢集团能效电厂的应用

周佃民，李关定

（上海宝钢股份有限公司 能源环保部，上海 200941）

1 能效电厂的概念及其发展

能效电厂［1—2］（efficiency power plant，EPP）不是一种真实的发电厂，而是一种虚拟电厂，即通过实施一揽子节电计划和能效项目，在需求侧节约电力资源。从实施目的来说，能效电厂包括降低电能消耗（节能，相当于减少建设提供基本负荷的发电厂）和降低最大电力负荷、改善电力负荷曲线（移峰填谷，相当于建立调峰电厂）2层含义。

1.1 能效电厂建设的必要性

能效电厂虽是虚拟电厂，但在满足电力需求和电网电力平衡工作中，却和供方（发、输、配、售电）能力有着同等的重要性。

与建设一个常规电厂相比，EPP具有建设周期短、零排放、零污染、供电成本低、响应速度快等显著优势，是实施电力需求侧管理、实现节能减排的一种有效途径，有利于大规模、低成本的外部资金的进入。其实施的必要性主要有以下2点：

（1）能效电厂的调峰能力

能效电厂可提供实时调度的调峰能力。在电网中，建设调频机组的费用与运行成本相对较高，为了系统安全，调频机组的配置是必须的。而能效电厂在这个方面的作用是可以减少调频机组的运行，从而提高电网运行的经济性。

在这个方面的技术措施主要包括：实施电力负荷控制、错峰、避峰、调整生产工艺等有序用电项目转移电力负荷；推广电蓄冷蓄热技术和蓄电池技术，实施峰谷分时电价、尖峰电价和可中断电价激励用户改变用电方式，转移高峰负荷；采用太阳能、风能、地热、沼气、天然气的用能项目替代电力供应。

（2）能效电厂的发电能力

这个方面主要靠提高终端用户的用电效率来完成。主要的技术措施包括：实施高效照明器具、高效节能电器、高效电动机与调速装置、热泵技术、变配电节电技术、余压余热利用、建筑节能等项目节约的电力电量。

1.2 能效电厂的实施

能效电厂的建设实施需要一定的前提条件，主要包括以下2点：一是建立健全有关促进能效电厂的法律政策，制定可操作流程（对企业来说，需要制定相应的推广计划）；二是设计能效电厂项目，从试点项目做起，取得经验全面推广。

例如，在世界银行和亚太银行的支持下，江苏省和广东省10年规划期能效电厂项目已经于2005年启动，至2015年底规划期结束，预计能效电厂的供电成本0.13元/kWh，低于任何形式的供方资源。其具体的实施效果尚待时间考验。

2 钢铁企业实施能效电厂的必要性

钢铁企业实施能效电厂，首先要考虑钢铁企业用电特点。钢铁企业是大型的工业高耗电企业，电能使用贯穿在钢铁生产的整个过程。相对于一般的电力用户，钢铁企业具有显著不同的用电特点，主要表现在：

2.1 用电量大

钢铁企业耗电巨大，一般耗电量占所在电网相当比重。以上海宝钢为例，其用电量约占上海市电网的10%左右。

2.2 负荷波动大

钢铁企业的总负荷主要是由在钢铁冶炼锻造等工业过程中产生的负荷组成，受其生产特点的影响，在钢铁企业中存在一些较大的冲击负荷，比如：电炉负荷、热轧负荷等。这些生产环节中主要是靠电力进行冶炼和轧制，具有较大的冲击负荷特点。

图1为某钢铁企业某日的负荷曲线。从图1可以看出，负荷波动较大，这种较大的负荷波动会对所属电网产生不利影响，降低外部电网安全稳定性。

图1 某钢铁企业日负荷曲线

图2为该钢铁企业对应时间段电炉环节的负荷曲线。从图2中可以看出，该生产环节具有明显的冲击负荷的特点，是造成企业总负荷大幅度波动的一个重要原因。

图2 某钢铁企业电炉生产环节日负荷曲线

2.3 负荷变化与生产状况直接相关

钢铁企业负荷主要为工业负荷，其用电特点直接和设备的运行状态相关，负荷主要由生产过程决定，没有明显的日负荷周期波动的特征。

从以上分析可以看出，钢铁企业的用电特点明显与常规地区的用电特点不同，钢铁企业用电的大幅度波动对外部电网和企业自身的用电安全具有重大影响。正是因为钢铁具有以上特点，钢铁企业通过建设能效电厂，一方面有利于企业自身的节能减排，另一方面通过深化电力需求侧管理，更加主动地参与电网安全稳定运行工作，具有经济和安全上的意义。

3 钢铁企业能效电厂建设的途径

钢铁企业是典型的流程制造工业，讨论钢铁企业建设能效电厂的途径，需要结合企业本身的能源流（电能耗散流）过程。以下主要从电能的来源、传递与转换3个过程进行讨论。

如图3所示，钢铁企业的电能耗散结构主要分为3个阶段，即电能来源、电能传递与电能使用。以下分别加以说明。

3.1 电能来源阶段能效电厂的措施

钢铁企业所需电能主要来自于3个方面：自备电厂、外部电网和余热余压回收机组。

从自备电厂来说，钢铁企业自备电厂一般多为煤气混烧机组或燃气轮机，可利用本厂的副产煤气用于发电，其发电成本一般较外部电网低。充分发挥自备电厂的现有发电能力，既可以降低对外部电网电能的依赖，又可以降低用电成本，而且通过对自备电厂的有效管理，促进企业本身电网运行的安全稳定性。

图3 钢铁企业电能耗散结构示意图

研究现有自备电厂发电能力的充分发挥是建立能效电厂首要问题。需要注意的是，除了发电能力的问题，同时还应考虑煤气发电与基于分时电价的谷段低价外部电能的优化平衡问题。

余热余压资源在钢铁企业中大量存在，针对可回收部分，建立干法熄焦（CDQ）、高炉煤气余压透平发电机组（TRT）等，把其他形式的能源转换为电能，同时余热余压的回收利用，如：余热吸收技术，可以降低电能的使用。

此外，利用钢铁企业所在地的太阳能、风能资源进行发电也是途径之一，这个方面已经在国外的先进钢铁企业中得到了初步应用，比如韩国浦项制铁集团公司。

3.2 电能传递阶段能效电厂的措施

电能的传递主要是通过输配电变压器和电力线路（电缆、架空线）传递到最终的电能用户。对主要是配电网络的工业企业电网来说，降低传输网络上的损耗（线损）具有重要意义。

这方面可以做的工作有：

（1）优化电源结构

这部分工作主要在配电网规划和改造阶段，高压网络要深入负荷中心。

（2）优化潮流分布

在运行中，需要根据实际情况对潮流进行优化，比如变压器的优化运行，改变供电方式等。

（3）高耗能配电变压器和输电线的淘汰更新

线损的主要部分是变压器的损耗，除了在规划和运行中需要考虑此部分因素之外，还需要结合生产的实际情况，逐步淘汰高耗能变压器，同时对输配电线路进行梳理，如果后期负荷加大，也需要及时更换配电变压器及输电线路。

（4）提高功率因数与电能质量的治理

功率因数过低会造成输配电线路中的电能损耗加大，同时又会造成电压偏离，因此，需要对功率因数过低的区域进行无功补偿。

钢铁企业中，制氧、水处理及制水等单元的低压配电系统中接有许多旋转设备，如：带有变频装置的风机、送水泵、脱水机等。这些旋转设备在运行时会产生瞬间浪涌和谐波电流，污染了电源质量。该类系统电流浪涌现象严重，谐波含量高，这种现状导致接入该系统的电气设备故障损坏率高、设备使用寿命降低、不明原因的故障停机和电能的浪费，因此需要在配电系统中需要考虑进行电能质量治理的措施。

3.3 电能转化与使用阶段能效电厂的措施

电能的转化与使用是电能耗散中的最后一环，也是最终决定用电效率的关键。这里主要包括2个方面：

3.3.1 提高用电设备的电能转化效率

（1）照明与空调节电

钢铁企业占地较大，以宝钢为例，生产厂房众多，因此有大量的照明设备且24 h使用。据统计，仅宝钢生产区域主厂房照明的年耗电量就达9 000万kWh以上，所以宝钢开展照明节电具有很大的节电潜力。据测算，仅主干道路和生产区域室内外照明回路采取节电措施，年节电量可达3 000万kWh。

钢铁企业的厂房和办公场所的空调数量巨大，从管理上和技术上推进空调的节电也具有相当潜力。

（2）生产设备的节电

这个方面主要是设备本身的电能转化效率，包括设备的改造（包括机械部分改造，比如水泵涂膜或者电气部分改造等）或淘汰更新。另外，电动机采用变频调速等措施，也具有较大的节能空间。宝钢生产区域的水泵、风机等中低压系统的变频装置投运后，节电效果明显，平均节电率在25%以上。

3.3.2 通过负荷管理降低最大负荷，避峰填谷

对来源于外部电网的电能，需要根据实际情况进行具体分析，如：采用峰谷电价。宜根据需要，调节生产计划，从而主动避峰，减少最大需量电费支出。

这个方面有很多的案例，比如江苏锡钢集团及淮钢集团负荷控制项目，降低最大需量支出电费，攀枝花钢铁集团供水系统利用分时电价降低用电成本等。这些技术和措施均取得了较好的效果。

4 结束语

能效电厂的建设既是“节能”又是“减排”，有计划、按步骤推进至关重要。

应该说，能效电厂的建设是一个逐步深入的过程，新的管理理念和新的技术手段需要逐步应用到其中，这将对电力需求侧管理课题的研究是一个推进。

［1］ David Moskovitz，FrederickWeston，周伏秋，等.大力推行能效电厂，支持实现国家节能减排目标［J］.电力需求侧管理，2007，9（4）：2-5.

［2］ 张念瑜.美国能效电厂机制建设经验与借鉴［J］.电力需求侧管理，2009，11（5）：74-76，80.