光伏电综合节能培训.ppt

AAB国际 综 合节能培训 内容 1. 可再生能源 2. 电气节能 1.1能源概况 能源是经济和社会发展的重要物质基础。自工业革命以来 全球煤炭、石油、天然气等化石能源资源消耗迅速，生态 环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球 气候变化，人类社会的可持续发展受到严重威胁。可再生 能源包括水能、生物质能、 风能、太阳能、 地热能和海洋 能等，资源潜力大，环境污染低，可永续利用，是有利于 人与自然和谐发展的重要能源。上世纪 70年代以来，可持 续发展思想逐步成为国际社会共识，可再生能源开发利用 受到世界各国高度重视，各国将开发利用可再生能源作为 能源战略的重要组成部分，提出了明确的可再生能源发展 目标，制定了鼓励可再生能源发展的法律和政策，可再生 能源得到迅速发展。 1.2中国太阳能风能概况 中国除了水能的可开发装机容量和年发电量均居世界首位 之外，太阳能、风能和生物质能等各种可再生能源资源也 都非常丰富。中国太阳能较丰富的区域占国土面积的 2 3 以上，年辐射量超过 6000MJ，每年地表吸收的太阳 能大约相当于 1.7万亿 tce的能量；风能资源量约为 32亿 kW，初步估算可开发利用的风能资源约 10亿 kW，按德国 、西班牙，丹麦等风电发展迅速的国家的经验进行类比分 析，中国可供开发的风能资源量可能超过 30亿 kW。 1.3太阳能发电系统介绍 太阳能发电原理： 太阳能发电的主要原理是根据 光生伏打效应 ，有太阳能组件发出直流电，如为并网系 统则通过并网逆变器直接将电能并入电网 ；如为离网系统则通过太阳能控制器给蓄 电池及负载充放电。 光生伏打效应 一束光照在半导体上和照在金属或绝缘体上效果 截然不同。由于金属中自由电子如此之多，以致 光引起的导电性能的变化完全可忽略。绝缘体在 很高温度下仍未能激发出更多的电子参加导电。 而导电性能介于金属和绝缘体之间的半导体对体 内电子的束缚力远小于绝缘体，可见光的光子能 量就可以把它从束缚激发到自由导电状态，这就 是半导体的光电效应。当半导体内局部区域存在 电场时，光生载流子将会积累，和没有电场时有 很大区别，电场的两侧由于电荷积累将产生光电 电压，这就是光生伏特效应，简称光伏效应。 1.3太阳能发电系统介绍 太阳能发电系统分类： 一、离网型太阳能发电系统 离网型太阳能发电系统根据输出电力类型分类： 1、直流太阳能发电系统 2、交流太阳能发电系统 3、交直流太阳能发电系统 二、并网型太阳能发电系统 1.3.1离网型太阳能发电系统 离网型太阳能发电系统 由太阳能组件（太阳 能电池或太阳能电池 板）、太阳能控制器 、蓄电池（组）组成 。如输出电源为交流 220V或 110V，还需配 置逆变器。 太阳能组件 要将太阳向外辐射的大量光能转变成电能，就需要采用能量转换装置 。太阳能电池实际上就是一种把光能变成电能的能量转换器，这种电 池是利用“光生伏打效应”原理制成的。单个太阳能电池不能直接作 为电源使用。实际应用中都是将几片或几十片单个的太阳能电池串联 或并联起来，组成太阳能电池方阵，便可以获得相当大的电能。 太阳能电池分类 按制造材料分 1.薄膜电池 2.晶体硅电池 非晶硅电池（近两年兴起，技术不太成熟，发电效率低在建筑领域具 有优势） 晶体电池（技术成熟，发电效率较高） 单晶硅（较多晶硅发电效率稍高） 多晶硅 太阳能电池 太阳能充放电控制器 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态 ，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作 用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备 温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时 控开关都应当是控制器的可选项。 光伏发电系统中使用的控制器类型很多，如 2点式 控制器，多路顺序控制器、智能控制器、最大功 率跟踪充电控制器等，我国目前使用的大都是简 单设计的控制器，智能型控制器仅用于通信系统 和较大型的光伏电站。 太阳能控制器分类 小功率太阳能路灯用控制器 具有光控和时控功能，一般功率比较小 通信监控专用太阳能发电控制器 具有通信及远程控制功能，功率较大 大型独立太阳能电站用控制器 具有 MPPT（最大功率点跟踪技术），功率大 均 具 有 对 蓄 电 池 的 充 放 电 管 理 功 能 太阳能控制器 蓄电池（组） 蓄电池组是离网型新能源供电系统不可缺 少的重要部件。蓄电池组将光伏电池方阵 发出的直流电贮能起来供负载使用。在新 能源供电系统中，蓄电池处于浮充放电状 态。白天光伏电池方阵给负载供电，同时 给蓄电池充电， 晚上或阴雨天负载用电全 部由蓄电池供给。 蓄电池分类 免维护铅酸蓄电池（比较 常用价格便宜，一般用在 对温度要求不高的场合） 胶体电池，低温充放电性 能良好（价格较高，一般 用在环境温度较低的场合 ） 逆变器 离网型逆变器 1、修正波逆变器 价格便宜，适用于一般的阻性负载 2、正弦波逆变器 价格较高，适用于对电源质量要求较高，尤其通信用电源场 合 并网逆变器 逆变器原理 逆变器又称逆变电源，是一种电源转换装 置，主要功能是将蓄电池的直流电逆变成 交流电。通过全桥电路，一般采用 SPWM 处理器经过调制、滤波、升压等，得到与 照明负载频率、额定电压等相匹配的正弦 交流电供系统终端用户使用。有了逆变器 ，就可使用直流蓄电池为电器提供交流电 。 修正波 正弦波 太阳能发电系统设计方法 在太阳能发电系统设计前首先需要明确以下几个问题 1、 太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？ 2、 系统的负载功率多大，每天工作多少小时？ 3、 系统的输出电压是多少，直流还是交流？ 4、 如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少 天？ 太阳能发电系统设计举例 1. 地理位置：安康国土幅员在北纬 31 42 33 49、东 经 108 01 110 01之间 气象数据 陕西南部各地区的气象数 据 1 (温度及平面有效日 照 ) 太阳能发电系统设计举例 2. 系统的负载功率 太阳能发电系统设计举例 3.系统的输出电压是多少，直流还是交流 因负载为直流供电，所以系统需设计成直流系统（如有交流 负载需根据负载配置逆变器） 4.如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少？ 根据客户要求为 7个连续阴雨天 系统设计计算 以上表中负载为例，负载工作电压为 24V直流，平均为功率为 44W，每天工作 24h，最长 连续阴雨天为 7天，两最长连续阴雨天最短间隔天数为 15天，光伏电池组件采 YM170- 24S型高效率单晶硅光伏电池组件，组件标准功率为 170Wp，工作电压 35V，工作电流 4.86A。 45度斜面其平均日照为 3.75小时，以下计算光伏方阵功率及蓄电池容量。蓄电 池组容量的计算 蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内，方阵发电量各月份有很大差别 。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份，要靠蓄电池的电能给以补足；在超过用 电需要的月份，是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不足和过剩值 ，是确定蓄电池容量的依据之一。同样，连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池 取得。所以，这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。 因此，蓄电池的容量 BC计算公式为： （ 1）蓄电池容量 Bc Bc=A QL NL To/DOD =1.1 44Ah 7d 1.1/0.75 =497Ah 式中： A为安全系数，取 1.1 1.4之间； QL为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数； NL为最长连续阴雨天数； TO为温度修正系数，一般在 0 以上取 1， 10 以上取 1.1， 10 以下取 1.2； DOD为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取 0.70.8，碱性镍镉蓄电池取 0.85。 系统设计计算 光伏电池方阵设计 （ 1）光伏电池组件串联数 NS 将光伏电池组件按一定数目串联起来，就可获得所需要的 工作电压，但是，光伏电池组件的串联数必须适当，光伏 电池组件公称电压要与蓄电池组的公称电压相匹配。 计算方法如下： NS=US/UM =24V/24V =1 式中： US为系统直流工作电压； UM为单块光伏电池组件公称电压。 系统设计计算 （ 2）光伏电池组件并联数 NP 要计算出光伏电池组件并联数 NP，要按照以下步骤来计算。 标准 240Wp光伏电池组件日发电量 Qp Qp=Ioc H CzAh(4) =4.86A 3.75h 0.9 =16.4Ah 式中： Ioc为光伏电池组件最佳工作电流； H为太阳能平均日照小时数（ 4.3小时）； Cz为修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失，一般取 0.9。 两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数 Nw，此数据为本设计之独特之处，主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池 电量补充起来，需补充的蓄电池容量 Bcb为： Bcb=A QL NLAh =1.1 44Ah 7d =338.8Ah 光伏电池组件并联数 Np的计算方法为： Np=（ Bcb Nw QL） /（ Qp Nw） =（ 338.8Ah+15d 44Ah） /(16.4 15d) =4.06 式中： Bcb为蓄电池在连续 7天阴雨天后需补充的容量； Nw为两组连续阴雨天之间的最短间隔天数，是蓄电池亏电后恢复时间，这里取 15天； QL为负载每天的耗电量。 QP为 170W光伏电池组件在安康市地区上每天发电量。 式中的表达意为：并联的太阳能电池组组数，在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量，不仅供负载使用，还 需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。 系统设计计算 (3) 光伏电池方阵的功率计算 根据光伏电池组件的串并联数，即可得出所需光伏电池方阵的功率 P： P=Po Ns Np Wp =170W 1 4.06 =690.2Wp 式中： Po为光伏电池组件的额定功率， 这里是采用 170Wp光伏电池组件 。 (4) 计算结果 计算结果：该负载需光伏电池方阵功率为 690.2Wp以上，蓄电池容量为 497Ah。 设备选定：光伏电池方阵功率选用 680Wp（ 170Wp 4块），蓄电池组 采用 2V、 500Ah 12块串联。 太阳能发电系统示意图 太阳能发电系统 1.4风力发电系统 风力发电原理： 风力发电机，是一种把风能转变为机械能，再转变为电能的机电设备 ，利用风力发电，向蓄电池充电储存电能，还可以把储存的电能通过 逆变器转变为 220V/50HZ的交流电源，风力发电不需燃料，无污染。 它普遍适用于风能条件好，远离电网或电网不正常的地区，供给照明 、电视机、探照灯、放像、通讯设备和电动工具等。 风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转 的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒 三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会 产生辐射或空气污染。 风力发电系统分类 独立型风力发电系统 并网型风力发电系统 风力发电系统构成 风力发电系统主要由以下几部分构成 一、机械部分：发电机、风叶、轮毂、尾舵杆、尾舵、导流 罩、支架； 二、电气部分：控制器、逆变器、蓄电池、配电箱、泄荷器 、辅件； 三、基础部分：基础预埋件、基础法兰盘、铰链、水泥、沙 石等 风力发电机构成 风力发电机组主要由风轮、发电机、塔架、迎风及限速机构、传动与变速机构 (大中型风力 发电机）组成。 (1) 风轮 风轮是风力发电机的主体，接受风的动力风轮旋转，将风能转化为机械能，它包括轮毂和叶 片。轮毂的作用是将叶片和发电机（或变速机构）连接起来，叶片作用是接受风能。 (2)发电机 发电机是将旋转风轮的机械能转化为电能。小型风力发电机主要是低速永磁发电机，这主要 是因为小型风力发电机的风轮直接耦合在发电机轴上，省去了升速机构，这就要求发电机只有几百 转分，所以采用低速发电机。 (3) 塔架 小型风力发电机拉索架用几节相同的圆钢管连接起来，它可根据地形及风况决定使用几节， 然后用四根钢索固定在地面上即可。独立杆则就由一根下粗上细的变径的钢杆组成，不用拉索。 （ 4）迎风机构 小型风力发电机的迎风机构主要靠尾舵，只要尾舵设计的合理，就完全可以满足对风性能的 技术要求。 （ 5）限速机构 小型风机的限速方法比较多，主要是偏转机构，仰头机构，离心机构，电磁限速等；目前使用较多 的主要是偏转机构，在风速超过工作风速时，由于侧偏的作用，风轮受力超过额定要求，会自动偏 离，使之不正常迎风。 风力发电机 风力发电系统构成 风力发电系统设计 风力发电机因风量不稳定，故其输出的是 13 25V变化的交流电，须 经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学 能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流 220V市电，才能保证稳定使用。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定， 总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机 只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的 大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大 小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更 合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一 时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来 的电能，也就是说一台 200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器 的配合使用，获得 500W甚至 1000W乃至更大的功率出。 1KW功率与风速曲线 风力发电的应用领域 可利用小型风力发电机的地方主要有： 航运系统我国有长江等水系几条大河流，如：长江航运中的拖船，一般在 100-200吨，经常被搁置在江中间的锚地上，用电 主要靠蓄电池 ,使用风力发电机对蓄电池补充充电效果更好。在我国大小河流湖泊上的船舶数量惊人，用小型风力发电机可解决船员生活的 照明、做饭、收看电视、收听广播等，市场很大，意义也很重要。 森林防火高山观察站据林业部防火指挥部介绍，东北约有 400个观察站 ,西南也有几百个高山观察站，各省市都有一些森林高 山防火观察站 ,站上的工作人员 ,在防火期从 10月到第二年 4、 5月期间昼夜在站上值勤，解决他们的照明及听广播、看电视颇为费神。由于 山高、道路狭窄歧岖、运输困难，又不能使用明火，使用小型风力发电机可以解决观察站的照明、做饭及娱乐用电。 无人值守的差转台和微波站； 海边 ,海岛； 围网养殖场； 农牧区； 沙漠戈壁地区； 山区； 城市道路照明； 生产型企业； 办公、家庭； 矿山、勘探； 森林伐木； 旅游业； 农业、渔业； 广告业、广告牌、广告灯箱； 宾馆、餐厅； 海洋码头船舶自供电； 用电不便地区自供电； 移动餐车； 移动旅店。 风光互补发电系统 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风 能是太阳能在地球表面的另外一种表现形式，由于地球表面的不同形 态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在 地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。 因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天 太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温 差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光 强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统 在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件最好的独 立电源系统。 由于地域间的光照和风力资源不平衡，采用光伏发电还是风力发电， 或者风光互补发电，要根据当地的光伏风力资源来选择。从系统的优 化角度考虑，风光互补系统更符合节省和实用原则。对于偏远或交通 不便地区，系统维护不方便的地区，风光互补光伏供电系统因几乎不 需要维护而更适合应用。 风光发电系统介绍 风光互补发电系统的合理配置 风光互补发电系统由太阳能光电板、小型风力发电机组、系统控制器 、蓄电池组和逆变器等几部分组成，发电系统各部分容量的合理配置 对保证发电系统的可靠性非常重要。一般来说，系统配置应考虑以下 几方面因素： 1、 用电负荷的特征 发电系统是为满足用户的用电要求而设计的，要为用户提供可靠 的电力，就必须认真分析用户的用电负荷特征。主要是了解用户的最 大用电负荷和平均日用电量。 最大用电负荷是选择系统逆变器容量的依据，而平均日发电量则 是选择风机及光电板容量和蓄电池组容量的依据。 2太阳能和风能的资源状况 项目实施地的太阳能和风能的资源状况是系统光电板和风机容量 选择的另一个依据，一般根据资源状况来确定光电板和风机的容量系 数，在按用户的日用电量确定容量的前提下再考虑容量系数，最后光 电板和风机的容量 . 风光互补原理图 风光互补发电系统配置 离网型风光互补 发电系统的基本 构成如图所示， 主要由风力发电 机 /光伏组件、 风机 /光伏控制 器、蓄电池和逆 变器等构成，各 部分的作用同风 能发电系统。 基于风光互补控制器的系统 风光互补发电系统 电梯节能 节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在 首位的能源发展战略。国家鼓励、支持节能科学技术的研究、开发、 示范和推广，促进节能技术创新与进步。全国人大常委会于 2007年 10月 28日通过的 中华人民共和国节约能源法 中规定，“对高耗能 的特种设备，按照国务院的规定实行节能审查和监管。”国家质检总 局质检特函 2007 29号文件提出：要对锅炉、换热压力容器、电 梯等高耗能特种设备实行能效测试，加强特种设备使用环节的节能监 管。据资料介绍，我国仅三星级以上的酒店，空调和电梯两项耗电量 就占城市耗电量的三分之一，电梯是现代建筑最大的用电设备之一。 随着我国经济建设的不断发展，人民生活水平的不断提高，电梯的拥 有量呈不断上升趋势，电梯的能耗也随之不断增高。因此，电梯节能 降耗的研究已引起社会各界的关注。开展电梯的节能降耗工作已经是 大势所趋 ,是一件利国利民的工作。 电梯节能 据中国电梯协会提供的信息显示，全国在 用电梯总保有量已超过 90万台，成为世界 上电梯总保有量最多的国家。而且，随着 我国城市化进程进入快速发展期，每年都 将有超过数十万台新增电梯 (新增电梯数量 世界第一 )投入使用。电梯作为交通工具， 已经成为人们日常生活不可缺少的一部分 。 电梯节能意义 电梯在使用过程中，有电动运行与发电运行（也叫制动运行）两种状态。其 中的发电运行状态会产生一部分能量，我们称之为再生能源。目前市场上使 用的电梯（除进口高速电梯之外，约占总量的 2%）将再生能源消耗在制动电 阻上，在浪费这些能源的同时，也造成了电梯控制柜的发热。如果将这部分 再生能源收集起来，每年节约的电能相当可观。 我们简单计算一下，一般使用能量回馈装置来收集电梯再生能源，可以 节省 15%45%的耗电量。按照平均 20%的数据计算，如果全国的电梯都安装 了能量回馈装置，每年可以从电梯中回收 52.56亿度电。这个数字是什么概念 呢？我们看一下，据中国水利网数据，国家黄河小浪底水电厂每年发电量平 均为 51亿度，也就是说，全国的电梯使用能量回馈装置来收集电梯再生能源 ，相当于又造了一个小浪底水电厂！ 使用能量回馈装置收集电梯再生能源，同时也降低了电梯运行中的发热 量，将大大降低电梯控制系统的故障率，延长使用寿命。 21世纪能源将日益紧张，我国又是能源消耗大国，节能势在必行。因此 ，使用能量回馈装置收集电梯再生能源是利国利民的一件好事，是造福子孙 后代的大事！ 电梯结构原理图 电梯节能 电机拖动系统节约电能的途径主要有两大类： 一、是提高电机拖动系统的运行效率，如风机、水 泵调速是以提高负载运行效率为目标的节能措施 ，再如电梯曳引机采用变频器调速取代异步电动 机调压调速是以提高电动机运行效率为目标的节 能措施。 二、是将运动中负载上的机械能（位能、动能）通 过能量回馈器变换成电能（再生电能）并回送给 交流电网，供附近其它用电设备使用，使电机拖 动系统在单位时间消耗电网电能下降，从而达到 节约电能的目的。 电梯节能 电梯节能原理 采用变频调速的电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械功能，电梯达到目 标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止，这一过程是电梯曳引机释放机械功能量的 过程。此外，升降电梯还是一个位能性负载，为了均匀拖动负载，电梯由曳引机拖动 的负载是由载客轿厢和对重平衡块组成，只有当轿厢载重量约为 50%（ 1吨载客电梯乘 客为 7人左右）时，轿厢和对重平衡块才相互平衡，否则，轿厢和对重平衡块就会有质 量差，使电梯运行时产生机械位能。 电梯运行中多余的机械能（含位能、动能）通过电动机和变频器转换成直流电能 储存在变频器直流回路中的电容中，此时电容就好比是一个小水库，回送到电容中的 电能越多，电容电压就越高，（好比水库水位超高），如不及时释放电容器储存的电 能，就会产生过压故障，使变频器停止工作，电梯无法正常运行。 目前国内绝大多数变频调速电梯均采用电阻消耗电容中储存的电能的方法来防止 电容过电压，但是电阻耗能不仅降低了系统的效率，电阻产生的大量热量还恶化了电 梯控制柜周边的环境。 能量回馈器的作用就是能有效的将电容中储存的电能回送给交流电网供周边其它 用电设备使用，节电效果十分明显，一般节电率可达 21%-46%。此外，由于无电阻发 热元件，机房温度下降，可以节省机房空调的耗电量，在许多场合，节约空调耗电量 往往带来更大的节电效果。 电梯节能 电梯能量回馈器的主电路由智能模块 IPM- IGBT、隔离二极管、滤波电感、电容等元 件组成。 IPM模块是主电路中的核心元件， 它将直流电能逆变为与交流电网同步的三 相电流回送电网。 能量回馈器 空调制冷节能 当前，谈及环保生活，几乎必言“低碳”。据国家有关部门统计，中 央空调耗电占到公共建筑的 30%，可见中央空调节能是“低碳”生活 相当重要的一部分。今年两会，公共场所空调温度远远低于 26 与环 保相违背的做法，以及中央空调节能改造具有巨大潜力引起了市人大 代表孙利的关注，她提交了 关于推行中央空调节能改造的建议 。 中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消 耗非常大，约占建筑物总电能消耗的 50%。由于中央空调系统都是按 最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最 多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在 70%以 下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动 调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负 载，几乎长期在 100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化 了中央空调的运行环境和运行质量。随着变频技术的日益成熟，利用 变频器、 PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机 结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，达到 节能目的提供了可靠的技术条件。 中央空调系统 在中央空调系统设计中，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负 荷再增加 10% 20%余量作为设计系数。根据计算中央空调系统中， 冷冻水、冷却水循环用电约占夏季酒店总用电的 25% 30%，冷却塔 的用电占 8% 10%。因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷 却塔的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成 部分。 电机转速调节 根据异步电动机原理 n=60f/p(1-s) 式中： n:转速 f:频率 p:电机磁极对数 s:转差率 由上式可见，调节转速有 3种方法，改变频率、改变电机 磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性 能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。因此 改变频率而改变转速的方法最方便有效。 冷却塔的控制 以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选 择冷却塔开启的台数，非常容易造成能源 的浪费现象，现在根据冷却水的温度，由 温度传感器传送信号至 PLC，由 PLC经计算 后对冷却塔风机依次开启，以 28 为基数 ，温度每上升 2 ，开启两台散热风机，每 下降 2 ，延时 5分钟后停止 2台风机，以达 到节能效果。 节能改造的具体方案 1、主电路的控制设计 根据具体情况，同时考虑到成本控制，原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷 却水泵均采用一用一备的方式运行，使用一台变频器控制拖动两台水泵交替运行。将 一台扬程较高的冷水泵作为备用。 以下为冷冻水泵与冷却水泵一次接线图： 节能改造的具体方案 节能改造的具体方案 工作流程： 开机：开启冷水及冷却水泵，由 PLC控制冷水及冷却水泵的启停 ，由冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机， 由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进 行调速以控制工作流量，同时 PLC控制冷却塔根据温度传感器信号自 动选择开启台数。 停机：关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十分钟后自 动关闭。 保护：由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时 自动开启补水泵补水。 变频节能技术框图及改造原理分析 下图为变频节能系统 示意图 中央空调节能改造 中央空调节能改造工作原理 中央空调节能改造系统主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环 系统、风机盘管系统和散热水塔组成，其系统结构如下图所示： 制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制 冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风中的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。 经蒸发后制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来 热量的冷却水泵到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换， 将热量散发到大气中去。 中央空调节能改造应用背景 中央空调系统是一个庞大的设备群体，大量的统计结果表明，空调系 统所消耗的电能，约占楼宇电耗的 40 60%。就任何建筑物来说，选 用空调系统都是按当地最热天气时所需的最大制冷量来选取择机型的 ，且留有 10% 15%的余量，各配套系统按最大负载量配置，这种选 择不是最合理的。在组成空调系统的各种设备中，水泵所消耗的电能 约占整个空调系统的四分之一左右。早期空调的水泵普遍采用定流量 工作，能源浪费非常严重。而实际运行时，中央空调的冷负荷总是在 不断变化的，冷负荷变化时所需的冷媒水、冷却水的流量也不同，冷 负荷大时所需的冷媒水、冷却水的流量也大，反之亦然。 我们根据中空调机组运行状态的数据分析，中央空调机组 90%的运行时间处于非满负荷运行状态。而冷冻水泵、冷却水泵以及 风机在此 90%的时间内仍处于 100%的满负荷运行状态。这样就导致 了“大流量小温差”的现象，使大量的电能白白浪费。 中央空调节能改造原理 我们知道中央空调节能改造的水循环系统主要由冷却水泵和冷冻水泵 组成。从水泵的工作原理可知：水泵流量与水泵（电机）转速的一次 方成正比，水泵扬程与水泵（电机）转速的两次方成正比，水泵轴功 率与水泵转速的三次方成正比（既水泵的轴功率与供电频率的三次方 成正比）。根据上述原理可知只要改变水泵的转速就可改变水泵的功 率。例如：将供电频率由 50Hz降为 45Hz，功率只有原来的 72.9%。 当系统频率在 40Hz的时候，功率只有原来的 51.2%。用于中央空调专 用型变频器，通过温度专用接口，直接用来对冷媒水、冷却水的进出 口水温进行检测。并根据实际的温差值控制变频器调整冷冻泵、冷却 泵的工作状态（主要是转速），使系统冷媒流量跟随负荷的变化而同 步变化，从而在确保中央空调系统能够满足人体对舒适度的要求的前 提下，保证空调系统的能效率总是处在最优化的节能运行状态，以此 大幅度的降低系统能源消耗。 综上所述，若能采用变频调速技术，当中央空调系统的冷却水泵和冷 冻水泵的温差小时，就可降低电动机的转速，从而较大幅度减小电动 机的运行功率，便可以实现节能的目的。 中央空调节能改造的优点 1)实现了低频低压的软启动，软停车，使运行更加 平衡； 2)启动及加速过程冲击电流小，加速过程中最大启 动电流不超过 1.5倍额定电流，大大减小了对电网 的冲击； 3)节能效果显著，据实测，在低速段节能明显，一 般可达 30%左右，降低运行成本； 4)延长水泵的使用寿命； 5)由于变频器属于高科技产品，因此保护功能强大 ，而且灵敏，对出现各种故障及时的保护，免受 更大的损失。