浅析电气自动化工程中的节能设计对策

摘要：现阶段，城市网络的密度和规模不断增加，电网相关电力设施安装量进一步增加。电力设施运行时，一定量的谐波会在一定程度上威胁城市电网，影响电力系统的整体运行，同时也会损失大量电能。本文根据能源需求和节能需求变化的实际情况，重点介绍电气自动化项目中的节能设计技术，分析了在电气自动化工程中存在的问题，并提出了相应的对策。

关键词：电气自动化工程；节能设计；策略

引言

随着全球工业化进程的加速，能源需求持续攀升，电气自动化工程作为工业生产、社会生活的重要支撑，其能源消耗问题日益凸显。据统计，我国工业领域电气系统能耗占全国总能耗的比重超 30%，且电气自动化工程中的能源浪费现象普遍存在，如设备能效低下、传输损耗大等。因此，开展电气自动化工程节能设计研究，对推动节能减排、实现可持续发展具有重要的现实意义。近年来，国内外学者在电气自动化节能设计领域取得了一定成果，国外已形成较为成熟的节能技术体系，国内也在不断探索创新。本研究采用文献研究与案例分析相结合的方法，深入剖析节能设计问题，探索创新节能设计策略，旨在为电气自动化工程节能实践提供理论依据与技术参考，助力行业绿色低碳转型。

一、电气自动化工程节能设计的理论基础

1.1电气自动化工程概述

电气自动化工程是以电力电子技术、计算机技术、控制理论为核心，通过智能化设备与系统集成，实现对电力生产、传输、分配及使用过程的自动化控制与管理的综合性技术领域。主要由供电系统、系统传动系统、控制系统、测控仪表和数据通讯系统构成，通常存在于工厂车间、大厦楼宇、交通工具、矿场油田等环境。

1.2节能设计的基本原理

所谓节能设计就是在满足电气自动化系统功能的前提下，运用先进技术、采用科学管理模式节约耗能、提升能量利用率。在节能设计过程中应体现能量循环利用概念，如把工业余热利用温差发电，或者用太阳能、风能等分布式能源取代传统电力，起到“自发自用、余电上网”的能源结构的作用。

1.3节能设计的重要性

在当前的全球能源危机下，我国整个工业的用电量所占全社会用电量在65%以上，其中，电气自动化设备用电所占整个电气设备用电量的40%以上。其中，钢铁行业整个车间的电机系统耗能占整个工序能耗的70%以上，通过节能改进可以减少15%-20%。重视节能设计是实现国家的双碳目标、保证国家能源安全的重要手段。节能设计不只降低了用电成本，同时降低了设备寿命和维护成本。某化工厂对反应釜的搅拌电机进行变频的改造后，每年节约了28%的电，投资回收期只要1.5年，智能照明系统可以减少商业建筑照明用电30%-50%，它包括了通过人体感应功能、光照功能调节等多种方式。

二、电气自动化工程节能设计现状与问题分析

2.1节能设计现状

现代电气自动化工程节能设计工作在政策引导和技术更新下，变频调速器、节电用高效电机、无功补偿装置等在很多工业项目已经成为普遍配置：工信部部长苗圩2020年提出，我国高效节能电机市场份额已上升至45%，相比2018年增长了28个百分点；在钢铁、化工两大领域90%以上的新建项目已经采用了变频调速，平均节省25%—30%的电力。30%以上的大型建筑物的照明电器已经用上自动化照明系统，全国的建筑物单位能耗降低了20%—35%。

2.2存在的问题

中小型大中型企业还普遍存在IE2级以下低效电机，且改造成本过高，缺乏专业技术支持，改造更新慢；没有系统节能设计：个别项目只针对单一设备节能，没有供配电系统、管网系统的协同优化，形成局部节能，系统整体低效，如某水厂单台泵效率提升10%，但因其管网阻力未做优化，所以系统综合效率仅仅提升3%。大部分项目仍旧以替换高能效设备为主，没有主动式节能设计。某食品加工厂不改变生产线布局，只替换其灯具，节能率不足8%，通过改变流水线缩短设备运行时间，理论节能空间20%以上。

2.3 问题产生的原因

企业节能改造具有囚徒困境特征，中小企业面临节能改造成本高、回报周期长的困境，大型企业受既有设备折旧的约束，不愿意提前淘汰仍在服役的低效设备。节能技术创新供给与企业需求不匹配，中小企业缺少适用的“轻量化”节能技术。某抽样调查统计结果显示，78%的中小企业渴望得到投资少于10万、时间周期少于1年的节能技术，但是市场成熟的大多是重资产型改造方式。

2.4人才与管理短板

节能设计需兼具电气技术、能效分析、项目管理等复合能力，但当前行业缺乏专业人才，90%的设计院无专职节能设计师，项目负责人多按传统设计流程开展工作，对节能规范、新技术应用掌握不足。

三、电气自动化工程节能设计原则与策略

3.1 节能设计原则

节能对策不能对系统的基本功能和运行安全造成影响。同时应综合判断节能的投入和产生的效益之间的比值。对某项目欲用的磁悬浮冷水机组，计算可知，其在热带地区的年节能率可达40%，静态投资回收期仅为2.8年，该投资也是经济的；对一个小型办公室在设置光伏系统时缺乏经济的合理性。优先选用成熟高效的节能技术而不盲目追求新技术，如在工业领域中优先考虑已经实际验证过的永磁同步电机而不是处于试验阶段的超导电机，在建筑照明系统中，应用LED+智能控制比OLED更工程适用等。应该考虑设备设计使用到废弃的整个期间的能耗。

3.2 变压器的合理选择与节能设计

变压器作为供配电系统的核心设备，其损耗占电气系统总损耗的30%-40%，

优先选用非晶合金变压器或SCB14型干式变压器。某商业综合体采用10台 1600kVA非晶合金变压器，年节约电量约120万 kWh，节约电费超90万元，合理匹配变压器容量与负荷率，设计负荷率宜控制在40%-70% 区间。采用多台变压器并列运行，根据负荷动态投切。配置智能温控系统，避免变压器长期过载运行。

3.3 降低电能传输损耗的策略

对工厂总平面设计时，把工厂配电室布局靠近负荷中心，平均供电半径由300m下降到150m，可降低线路损耗75%，优先选用铜芯导线代替铝芯，负荷相同条件下可降低损耗40%；选择导线截面按经济电流密度；三相负荷不平衡度保持在15%以内。

3.4 照明系统的节能设计

全面停止白炽灯，以LED替换荧光灯等白炽灯。某商场将4000只20W荧光灯替换为10WLED灯，照度增加30%，约可年省7万kWh。选用自适应照明，依靠感应设备的控制，实现对人员移动轨迹和光照条件的监测，动态调控灯具功率。在建筑的结构设计中合理增大窗户面积和窗户与外围结构的夹角，使用导光管、光棱镜等技术让自然的光照进深处。

电气自动化工程的节能设计是破解能源困局、推动产业升级的关键路径。未来需以全系统优化为核心，融合人工智能、数字孪生等新技术，构建精准设计 — 智能运行 — 动态调控的全周期节能体系。同时，强化政策引导与市场机制协同，培育专业化节能服务生态，让技术创新与管理革新形成合力，为双碳目标实现提供坚实的工程技术支撑，最终达成能源效率提升、企业成本下降与生态环境改善的多重效益。

参考文献

[1]赵辉.电气自动化工程中的节能设计技术[J].冶金与材料，2022，42（02）：79-80.

[2]朱玉颖.浅析电气自动化工程中的节能设计技术[J].电子元器件与信息技术，2022，6（02）：67-69.