前言

據(jù)統(tǒng)計，目前中國火力發(fā)電占總發(fā)電量的69%，火力發(fā)電量仍是國內(nèi)電力生產(chǎn)的支柱。但與此同時，在“雙碳”發(fā)展目標(biāo)的指引下，我國對于火力發(fā)電廠的能耗要求也越來越嚴(yán)格。火力發(fā)電企業(yè)的節(jié)能改造壓力、面臨的挑戰(zhàn)增大，尤其是2008年之前建成的火電廠，其對于能耗較高的電動給水泵的改造需求日益凸顯。

在2024年正式竣工的鄂爾多斯集團(tuán)電力事業(yè)部電力一公司“#1-#4機(jī)組給水泵變頻節(jié)能改造項目”中，采用了美的集團(tuán)工業(yè)技術(shù)事業(yè)群旗下北京合康新能科技股份有限公司提出的創(chuàng)新方案——高速電機(jī)直驅(qū)+水冷變頻調(diào)速，為給水泵等大功率調(diào)速設(shè)備的節(jié)能改造提供了全新的高效節(jié)能方案。方案投運后，其綜合評估效果得到了鄂爾多斯集團(tuán)以及多個火電市企業(yè)的肯定與認(rèn)可。

耗電量高 火力發(fā)電給水泵改造迫在眉睫 

在廣袤的內(nèi)蒙古草原上，一座座現(xiàn)代化的變電站、一條條飛架南北的電網(wǎng)交織穿梭在鄂爾多斯大地，為人民的生產(chǎn)、生活提供著高質(zhì)量的電力保障。而這背后，不能不提“鄂爾多斯電力”這家因勢而建的現(xiàn)代化電力集團(tuán)。鄂爾多斯集團(tuán)電力事業(yè)部電力一公司，是按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)模式，實現(xiàn)資源優(yōu)勢就地轉(zhuǎn)化而建設(shè)的大型火力發(fā)電企業(yè)。鄂爾多斯電力的總裝機(jī)容量達(dá)到了6×330MW+6×135MW+2×65MW+2×50MW，每年的發(fā)電小時基本在8000小時以上，在為集團(tuán)內(nèi)部循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的冶金化工系統(tǒng)提供充足電力的同時，其運行水平和盈利能力也均處于國內(nèi)行業(yè)前茅，是當(dāng)之無愧的佼佼者。

鄂爾多斯集團(tuán)電力事業(yè)部電力一公司“#1-#4機(jī)組給水泵變頻節(jié)能改造項目”中，由于要保證對下游循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的充足供電，機(jī)組的負(fù)荷率非常高，給水泵電泵的全年耗電量約占到單元機(jī)組發(fā)電量的3.15%，是廠內(nèi)機(jī)組輔機(jī)中最大的一類耗電設(shè)備。

對于鄂爾多斯電力公司機(jī)組給水泵的耗能情況，鄂爾多斯集團(tuán)電力事業(yè)部電力一公司項目負(fù)責(zé)人廖永松表達(dá)了項目改造的難點與迫切：“#1-#4機(jī)組投入運行的時間較早，采用的是液力耦合器調(diào)速的電動給水泵結(jié)構(gòu)，在節(jié)能降耗的技術(shù)水平上與目前的先進(jìn)方案有較大的差距，為了保證整體機(jī)組的供電煤耗能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，急需針對電動給水泵進(jìn)行節(jié)能改造，并且由于項目關(guān)乎集團(tuán)節(jié)能降耗，因此作為重要項目被提上日程。”

在接觸合康新能技術(shù)團(tuán)隊之初，鄂爾多斯電力公司的項目人員就已對這個團(tuán)隊非常熟悉：在鄂爾多斯集團(tuán)多個電廠中密集分布著一百多臺合康新能品牌的高壓變頻器。作為工業(yè)傳動解決方案專家和綠色能源引領(lǐng)者，合康新能在煤電、礦山、冶煉等傳統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用了大量的變頻節(jié)能方案。據(jù)統(tǒng)計，目前合康新能有超過22000臺高壓變頻器運行在全球30多個國家和地區(qū)，助力企業(yè)實現(xiàn)精細(xì)化工藝控制，提升設(shè)備穩(wěn)定性及運行效率，為這些行業(yè)的增效、智能轉(zhuǎn)型之路提供了關(guān)鍵助力。

技術(shù)+實踐 合康新能“首創(chuàng)”變頻節(jié)能方案

因此，憑借著在火電行業(yè)節(jié)能改造領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗和技術(shù)實力，在與鄂爾多斯集團(tuán)電力事業(yè)部工作人員深入溝通后，合康新能提出了業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的——高速電機(jī)直驅(qū)+變頻調(diào)速解決方案。據(jù)合康新能業(yè)務(wù)人員介紹，該創(chuàng)新方案瞄準(zhǔn)液耦調(diào)速電動給水泵的三大能耗關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即液耦傳動、電機(jī)效率、給水泵組效率，提出了更有針對性的改造方案：

● 高速直驅(qū)變頻方案直接去掉了原來給水系統(tǒng)調(diào)速用的液力耦合器，徹底消除了液耦傳動產(chǎn)生的機(jī)械能量損耗；

● 將原電機(jī)替換為高速電動機(jī)，并與給水泵直連，再通過高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，來負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)高速電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而大幅提升了電機(jī)的整機(jī)效率以及整體泵組運行的總效率；

● 高速直驅(qū)變頻方案保證系統(tǒng)的節(jié)電效果更加顯著，超越客戶預(yù)期。

對于此次創(chuàng)新應(yīng)用方案的提出，北京合康新能科技股份有限公司內(nèi)蒙古市場經(jīng)理陳敬表示，以往國內(nèi)很多電廠都是采用設(shè)備替換的方式來進(jìn)行節(jié)能改造，例如電泵改為汽泵、增加行星齒輪裝置、液耦改造為增速齒輪箱等等，但合康新能此次提出‘高速電機(jī)直驅(qū)+變頻調(diào)速’電動給水泵節(jié)能方案，并不僅僅是一種簡單的設(shè)備替代，而是在整個系統(tǒng)架構(gòu)上做了創(chuàng)新性開發(fā)，將設(shè)備型節(jié)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉桨感凸?jié)能。

“這樣改造后，項目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、高效節(jié)能，運營及維護(hù)經(jīng)濟(jì)，是現(xiàn)階段火力發(fā)電給水泵領(lǐng)域首次運用的一種節(jié)能改造方式，對于后續(xù)相關(guān)節(jié)能技術(shù)開發(fā)與實踐將產(chǎn)生積極的推動作用。”

對于此次創(chuàng)新嘗試，鄂爾多斯集團(tuán)電力事業(yè)部項目負(fù)責(zé)人廖工表示了認(rèn)可與支持。“這種高速直驅(qū)變頻方案目前在國內(nèi)還沒有應(yīng)用先例，是一種全新的節(jié)能方案，”廖工說道，“我們在前期經(jīng)歷了一段很長的調(diào)研和論證，通過對變頻器、電機(jī)、液力耦合器、給水泵泵體等多個環(huán)節(jié)的節(jié)電率計算，我們認(rèn)定，高速直驅(qū)變頻節(jié)能方案的平均節(jié)電率更突出，且投資回報率更高。”

 (改造前）

（改造后）

基于鄂爾多斯電力、合康新能雙方相互信任，最終，在#1-#4機(jī)組給水泵變頻節(jié)能改造項目分為兩期進(jìn)行，均采用高速電機(jī)直驅(qū)+變頻調(diào)速解決方案。而這不僅是鄂爾多斯集團(tuán)電力事業(yè)部的一次勇敢嘗試，也是在“雙碳”目標(biāo)下，雙方攜手為新時期全國火力發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗打了個樣。

從方案到落地，節(jié)能改造精益求精

鄂爾多斯電力#1-#4機(jī)組給水泵高速直驅(qū)變頻節(jié)能改造項目方案確定后，合康新能技術(shù)團(tuán)隊開始牽頭，全面負(fù)責(zé)施工、組織、設(shè)計以及設(shè)備的制造、購買、集成等工作。

作為該項目合康新能方面的總項目負(fù)責(zé)人，陳敬深有體會。“在一期給水泵的改造過程中確實遇到了很多困難，我們采用的高速直驅(qū)變頻節(jié)能方案是業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，目前國內(nèi)在這一領(lǐng)域的系統(tǒng)集成商還較少，沒有太多可以借鑒的成功經(jīng)驗，一切只能靠我們自己去摸索和解決。也正是靠著每一位現(xiàn)場工作人員都保持著積極的心態(tài)和高度的責(zé)任感，大家朝著一個共同的目標(biāo)去努力，最后才能順利完成這個項目。”

實際上，在該項目中，給水泵、高速電機(jī)、變頻器等主設(shè)備的供應(yīng)是一大難題，也花費了大量的時間，特別是項目采用的高速電機(jī)功率為5500kW、轉(zhuǎn)速高達(dá)6300rpm，這對于電機(jī)的轉(zhuǎn)速震動性能要求較高；此外，項目中的高壓變頻器主要用于升頻運動（最高至108Hz左右），結(jié)合現(xiàn)場實際工況，還需要采用閉式循環(huán)純水冷散熱方式，這些都需要合康新能進(jìn)行定制化開發(fā)制造，無疑也拉長了交付周期。

另一方面，為了讓給水泵的揚(yáng)程和流量設(shè)置盡可能地符合現(xiàn)場實際使用情況，令泵與電機(jī)、變頻器達(dá)到最佳的匹配狀態(tài)，在項目改造之前，合康技術(shù)團(tuán)隊對電廠的負(fù)荷情況、給水泵的用水流量、揚(yáng)程、水溫變化等現(xiàn)場重要數(shù)據(jù)進(jìn)行了三次仔細(xì)的測量，再根據(jù)測得的這些數(shù)據(jù)，量身定制了一整套給水泵調(diào)速自動控制方案，進(jìn)一步確保了給水泵變頻改造后的整體節(jié)電率能夠?qū)崿F(xiàn)更大幅度的提升。

得益于鄂爾多斯集團(tuán)電力事業(yè)部與合康新能高層領(lǐng)導(dǎo)的大力支持和協(xié)調(diào)，雙方的技術(shù)工程人員的全面配合、齊心協(xié)力，甚至到了項目后期，合康新能項目團(tuán)隊基本上處于全員駐廠、夜以繼日的工作狀態(tài)，終于在2024年底，#1-#4機(jī)組給水泵高速直驅(qū)變頻節(jié)能改造項目，第二期正式完工，成功投運。標(biāo)志著整個改造項目畫上了圓滿的句點。

合康新能技術(shù)團(tuán)隊的努力也得到了鄂爾多斯集團(tuán)電力事業(yè)部的充分認(rèn)可。 

（改造后現(xiàn)場）

 （設(shè)備現(xiàn)場運行圖）

“無論是從前期彼此之間的磨合、建設(shè)過程中大家共同往前推進(jìn)這個項目，還是從后期項目完工后的評估效果來看，都讓我們真正感受到，合康新能是一支在技術(shù)設(shè)計、產(chǎn)品、工程施工方面都十分優(yōu)秀的團(tuán)隊，具備的深厚的技術(shù)實力以及認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，讓我們備受感動。”廖工說道。

節(jié)能成果顯著 攜手打造火力發(fā)電節(jié)能標(biāo)桿   

在鄂爾多斯電力一期水泵高速直驅(qū)變頻節(jié)能項目投入運營之后，經(jīng)過對廠電指標(biāo)、節(jié)電率等多個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，卓越的節(jié)能減排效果在鄂爾多斯集團(tuán)內(nèi)部引起強(qiáng)烈反響：

● 改造前，給水泵的耗電量占整個機(jī)組發(fā)電量的3.15%左右，改造完成、兩臺泵投運之后，這個數(shù)據(jù)降到了2.3%左右；

● 廠用電率則從8.1%降到6.9%，實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍；

● 在機(jī)組高負(fù)荷發(fā)電的條件下，項目的綜合節(jié)電率達(dá)到了25%~50%，節(jié)電率提升明顯；

● 年化收益非常可觀，預(yù)計3-4年可收回投資成本。

卓越的節(jié)能效果讓鄂爾多斯集團(tuán)總公司高度肯定了此次節(jié)能改造，第二期項目投入使用后預(yù)計全年節(jié)電費用可達(dá)900多萬，助力鄂爾多斯集團(tuán)煤電事業(yè)部用電損耗大幅下降，簡化人員用工，為設(shè)備穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)提供堅實保障，讓效益全方位馳騁。

美的工業(yè)技術(shù)旗下合康新能這次在鄂爾多斯電力集團(tuán)的創(chuàng)新型應(yīng)用，充分驗證了在火電廠給水泵改造中，高速電機(jī)直驅(qū)+高壓變頻方案的正確性和可行性，為火力發(fā)電行業(yè)樹立起了節(jié)能示范新標(biāo)桿，為大功率設(shè)備變頻節(jié)能改造開創(chuàng)了國內(nèi)應(yīng)用先河，對后續(xù)行業(yè)節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展以及相關(guān)解決方案的探索與推出產(chǎn)生積極作用。