摘要：当今时代电力变得日益重要。大多数一次能源被转化为电能，以满足对能源的迫切需求。而能源的低效利用意味着五分之三的能源被白白浪费。提高能源利用效率，不仅有助于节约有限的矿物燃料，而且可以帮助减少碳排放。
当今时代电力变得日益重要。大多数一次能源被转化为电能，以满足对能源的迫切需求。而能源的低效利用意味着五分之三的能源被白白浪费。提高能源利用效率，不仅有助于节约有限的矿物燃料，而且可以帮助减少碳排放。
有效利用能源被认为是解决能源危机的一种可行方案。从能源生产到最终使用的每个环节都存在巨大的节能潜力。ABB 一系列的产品和服务能为发电、输配电到用电等环节的增效节能做出贡献。
能源利用效率低下导致的能源损失十分巨大。通过提高从发电到用电的各个环节的效率，可以防止不必要的能源浪费。通过安装使用能源利用效率高的设备，像中国这样经济快速增长的国家可以降低对能源的需求，并减少有害物质排放1 。迄今为止，煤是中国用于发电最主要的能源，占全国能源消耗量的65%，占全球煤消耗总量的28%。显然，如果中国和其他国家和地区采用效率最高的发电技术和设备，将会显著降低火力发电对矿物燃料储量及环境的不良影响。ABB 燃烧管理软件可以通过优化火力发电厂的燃烧过程提高效率。
发电
优化能源转化过程可以大量节省能源损耗。鉴于用于这种用途的燃料数量巨大，即便稍稍提高效率，也可产生巨大的综合效应
。
燃烧是火力发电中最重要的工艺之一。水经过加热后变成蒸汽，推动与发电机相连的汽轮机。该过程的控制十分复杂，但在这方面进行改进，对于提高整个发电厂的效率至关重要。
ABB 燃烧管理软件包具有如下功能：改善锅炉控制；对火焰质量实施监控；检测和控制燃料流和空气流，以提高燃烧效率；减少氮和一氧化碳排放量。燃烧管理软件的核心是optimax 燃烧优化器。为了通过闭环控制优化燃煤锅炉的燃烧效率，ABB 神经网络模型对燃烧过程中变量众多的、非线性的关联关系进行了模拟。这种模拟方式特别适合难以用数学模型描述的复杂燃烧过程。燃烧管理中采用的模型预测控制（MPC）是系统生成的一种多变量动态控制器和优化器，可以利用动态反馈数据对模型进行更新。该软件拥有一项独特功能，即具有自我学习并预测趋势的能力，可以减少对条件变化的响应时间，从而提高效率。以一套安装在欧盟的经过优化的600 兆瓦机组为例， 上述优化具有如下好处：
在其整个使用寿命中，价值8,000 万美元的二氧化碳证书1)电厂的输出功率增加15 兆瓦以上电厂的效率提高1.5%ABB 在中国哈尔滨建立了一个大型区域供暖系统，利用过去被冷却塔浪费掉的余热，为当地居民供热。
脚注：
1) 二氧化碳证书可用于《京都议定书》倡导的排放量交易。每吨二氧化碳给定一个交易价格（譬如20 欧元），那么， 23 万吨二氧化碳排放相当于460 万欧元（550 万美元）。
2) 无功功率用于描述系统中的电磁场所导致的功率损耗。电力系统中的无功负载会降低电压和吸收电流，结果形成一种错觉，好像它们消耗了功率（实际上没有）。这种“想象的”或者“幻象的”功率以无功伏安（VAr）计算。
优化燃烧过程仅仅是提高能源利用效率的措施之一。火力发电厂一般在蒸汽通过汽轮机做功后，将剩余热能经过冷却塔后直接排放到环境中去。这些未被利用的余热造成了巨大的能源浪费。2007 年，ABB 在中国哈尔滨建立了一个大型区域供暖系统，该系统包括一座新型中央热电联产（CHP）电厂，利用过去被冷却塔浪费掉的余热，为当地居民供热。
这种热电联产发电厂和区域供暖网络不再需要专门用于居民供热的锅炉，减少了传统发电厂中的能源浪费，从而有助于减少能源消耗和综合排放。
输配电
现在， 电力常常需要经过远距离传输，才能从发电站/ 厂到达用户。与传统的交流输电系统相比，高压直流（HVDC）输电技术损耗的电能较少，是目前效率最高的大容量远距离电力输送技术。ABB 在中国已建成的三条±500 kV 高压直流输电线路将三峡水电站与东部的用户连接起来。与容量相同的交流输电系统相比，其节约的电能数量惊人，相当于一座300 兆瓦发电厂的发电量。传统的800kV 交流输电线路每1,500 公里损耗的电能约为7%，而±500 kV 高压直流线路输送同样距离所损耗的电能仅为6%。如果采用±800 kV 特高压直流（UHVDC）输电系统输送6GW 电力，可以进一步将传输损耗降低至5%。
开发800 kV 特高压直流输电技术需要确保所有设备进行重新设计和测试，以实现高压情况下的可靠性。开发±800 kV 特高压直流输电技术的关键在于绝缘和主回路的设计，以实现高可靠性。
针对±800 kV 特高压直流输电系统，ABB 设计、制造了专用的变压器、变压器套管、阀站中的穿墙套管、换流阀、分压器、避雷器、直流滤波电容以及能承受如此高电压的绝缘子，并对这些产品进行了测试。
为了实现更高的可靠性，主回路采用专门设计的换流站3 。换流站采用两个串联的400 kV 12 脉波换流器。如果一个换流器发生故障，另一个换流器可以继续传输一半的额定功率。±800kV 特高压直流输电技术的可用性可达到99.9%。
中国正建设全球第一套±800 kV 特高压直流输电系统，并将于2010 年投入运行。该系统从位于中国西南地区的向家坝大型水电站向东部的上海输送电力，输送距离高达2,000 公里。
脚注：
3）空载损耗：设备以额定电压和频率运行、但不向负载供电时所产生的功率损耗。
4）负载损耗：变压器因绕组电阻产生的铜耗、绕组中的涡流损耗与杂散损耗之和。
HVDC Light.（轻型直流输电系统）建造大型海上风力发电设施的主要困难之一，是如何将风电场所生产的电能可靠而高效地输送到电网中。在电网本身比较薄弱的情况下，这种电力传输尤其困难。HVDC Light. 输电系统可以可靠地进行远距离电力传输，将海上风电场所生产的电能输送到距离遥远的人口聚居区，从而提供可持续发展的能源解决方案，以满足不断增长的电力需求，同时不增加二氧化碳排放量。HVDC Light. 输电系统的这种功能基于电压源换流器（V
SC）和交联聚乙烯（XLPE）直流电缆。HVDC Light 输电系统可以可靠地进行远距离电力传输，将海上风电场所生产的电能输送到距离遥远的人口聚居区.
HVDC Light. 输电系统中采用的VSC，对有功功率和无功功率2）均可独立控制，可提供最佳的功率组合，以稳定电网4 。对于电网电压和频率的控制，以及稳定风场固有的功率波动，这种控制功能都至关重要。
XLPE 直流电缆可以避免交流电缆中的无功充电功率，实现高效的远距离电力输送5 。在开发XLPE 直流电缆过程中，必须克服两个主要障碍：
1. 必须避免绝缘层中产生空间电荷，因为这会在局部引起无法控制的强电场，导致介质击穿。
2. 必须避免因阻抗随温度变化而引起的电压在绝缘层外层的不均匀分布。德国电力公司E.ON 已与ABB 签订合同， 由ABB 提供电力设备， 将世界最大的海上风电场与德国电网连接起来。该风电场位于离北海海岸大约130公里的海上， 由80 个5 兆瓦的风力发电机组构成。发电机组所发的电能首先接入一个36 kV 的交流电缆系统，升压至154kV 后， 再被馈入HVDCLight. 输电系统的海上工作站。接收站建于陆地上，位于离海岸75 公里的Diele，电力在此处被输入380kV 的德国电网资料库。配电变压器配电变压器是电网中第二大电能损耗源，所损耗的电能仅次于输电线路。现有的现代化技术最多可以将此类损耗降低80%。据估计，如果在全球范围内采用高效变压器，节省的电能至少可达200 TWh。配电变压器的电力损耗由空载损耗3）和负载损耗4）构成。使用高性能钢材制作变压器铁芯，可以降低空载损耗。多年以来，人们开发了更适合变压器铁芯的钢材。利用各种处理和涂层技术以及硅含量的降低，人们已开发出了高磁导率晶粒取向硅钢片（HiB）。在欧洲，这种钢材目前仍然是制造配电变压器的标准材料。上世纪80 年代，人们采用激光蚀刻技术调整铁晶体的磁畴。最近，非晶态铁芯的开发使降低变压器铁损的技术迈上了一个新台阶。
ABB 在中国制造的S11型卷铁芯配电变压器受到广泛赞誉，可以帮助客户降低输配电过程中的电力损耗。
除选择合适的钢材外，设计、切割、制造和组装配电变压器的方式也在提高能源利用效率方面扮演着重要的角色。增加铁芯尺寸可降低磁场密度，提高能源利用效率。ABB 在中国制造的S11 型卷铁芯配电变压器受到广泛赞誉，可以帮助客户降低输配电过程中的电力损耗。
非晶态铁芯特别值得关注。采用非晶态铁芯的配电变压器的空载损耗可以比最好的传统产品降低70% 以上，并且使1,000 千乏变压器的效率最高可达99.7%。这些变压器采用经极快速淬火（以避免结晶）的铁合金制成的非晶态铁芯绕组。目前已经证实，非晶态技术特别适合10 MVA 以上的变压器，其应用范围正在逐步扩大。
用电
全球特别是中国对钢材的巨大需求，促使钢材制造商增加冶炼能力，并为此改善电力供应。遗憾的是，钢厂使用的电弧炉在操作时会引起电压波动，这种波动通常会引起电压闪变和其他供电质量问题。对于稳定性较差的电网，情况尤其严重。这种闪变不仅会影响其他电力用户，而且会降低电弧炉自身的生产率和效率。静止无功功率补偿（SVC）5）设备可以快速提供无功功率补偿，有效解决电压闪变问题，改善电弧炉的电力供应。ABB 是全球最大的SVC 供应商，在用或在建的SVC 设备超过400 套。
供电质量和能源利用效率
ABB SVC Light. 技术专为解决电弧炉引起的严重电压波动而设计。这项新技术的响应时间不到1 毫秒。与HVDC Light 类似，SVC Light 采用由绝缘栅极双极晶体管（IGBT）这种高压开关器件构成的VSC。这些开关器件可用很高的频率工作，并允许串联连接。SVC 中采用脉宽调制（PWM），开关频率达到千赫兹量级。这种高开关频率使VSC 的输出电压十分平滑。SVC Light 的快速响应时间意味着它可以用作有源滤波器。在瑞典Hagfors 的Uddeholm Tooling AB 钢铁公司，一套额定参数为10.5 kV、0 至44 Mvar 设备于1999 年投入运行6 。
在Uddeholm 工厂，我们分别对使用和不使用SVC Light 有功功率消耗进行了测量。通过动态补偿使电压稳定，提高了电弧炉的有效功率。当SVC Light工作时，有功功率的增加使电弧炉的生产能力从每小时27.5 吨上升至31.4吨。有功功率的增加，使电弧炉中的物料熔化更快，从而节约能耗。时间越长，节能效果越明显，最终可使熔化每吨钢材所消耗的电能减少25 kWh，可为工厂经营者节省大约4% 的能源。
智能化建筑
在中国，建筑物中因不必要的能源浪费而造
成的损失可能达到成千上万亿美元。减少消费者的能源浪费，可从源头上减少对发电的需求量。ABB i-bus. EIB （欧洲安装总线）是一种智能化的建筑安装系统，于世纪之交被引入中国。它可以提高办公楼、厂房和居民楼的安全性、效率、便利性和灵活性。该系统可控制照明、光线、供暖系统和空调系统，并可根据用户的要求订制。该系统十分灵活，可以根据各类建筑物的需要进行调整，包括居民楼和展览中心、旅馆、博物馆、学校、车库和会议中心等商业建筑。自该系统被引入中国后，ABB i-bus.EIB 系统已被广泛应用于各种建筑物中，包括厦门展览会议中心、杭州大会堂、长沙展览会议中心、合肥展览会议中心、上海新国际博览中心、大连现代博物馆、国家图书馆、中央政府办公大楼会议室。一般而言，系统运行半年所节约的能源就可以收回安装该系统的成本。安装本系统可以显著减少一国对能源的需求，尤其是对于中国这样幅员辽阔的国家情况更是如此。
绿色航运
世界大多数船舶大都以柴油发动机作为主要推进动力源。这些柴油机都存在一个理想的工作效率范围，在该范围内，燃料消耗和废气排放量达到最优状态。但是，一旦船舶的速度放慢，柴油机就不能工作在理想转速范围内。解决方案是设法使柴油机一直工作在理想转速范围内。
在Azipod 系统中，电动机安装在吊舱中。推进器直接与电机轴相连，而无需变速箱，因此可以达到更高效率。
采用传统机械传动系统时，柴油机转速必须与螺旋桨转速保持严格的耦合关系，因此不可能使柴油机的转速保持在理想范围内。如果采用电传动（发电机和电动机之间以电缆连接），就不存在这种问题。当柴油发动机以恒定且最优的转速工作时，燃料消耗低于变速工作时的消耗。另外，在齿轮传动推进系统中，会出现减速和双引擎工作模式向单引擎模式转换的情况，必须对螺旋桨的速度和桨叶加以控制，以免柴油发动机过载。
在Azipod. 系统中，电动机安装在吊舱中。推进器直接与电机轴相连，而无需变速箱，因此可以达到更高效率8 。通过滑环向Azipod 电机供电， 使Azipod 单元可以360 度旋转。由于Azipod 系统采用定桨推进器， 可以通过变频传动向Azipod 单元供电，实现对传动器电机的速度控制。
对转推进器（CRP）可以进一步提高燃料利用效率。它可以改善推进系统的水动力特性，降低燃料消耗。CRP理念巧妙地将传统推进系统与Azipod推进系统结合在一起。推进系统共轴排列，但相互之间不存在任何物理的连接9 。Azipod 单元的牵引推进器与主推进器的旋转方向相反，主推进器由直接与柴油发动机相连的传动轴驱动。由于可通过拖动Azipod 单元的旋转牵引系统来操作船舶，因此不需要传统的方向舵。为了更好实现冗余配置，两台推进器分别由各自独立的电源供电。这种配置便于主推进器恢复前进方向的转速。
对转推进器（CRP）将传统推进系统与Azipod 推进系统结合在一起，可以将效率提高5% 至8%。
三星公司和ABB所做的一项研究表明，这种新型推进系统提高效率的效果受船舶类型、船舶速度、功率等级和载荷等因素的影响。一般情况下，CRP系统可以将效率提高5% 至8%。鉴于航运业消耗的矿物燃料占全球总量的2% 至3%， 这种效率的提高对燃料消耗和废气排放量具有深远的影响。电力助推经济发展在中国，ABB 的紧凑型Azipod 推进系统已被应用于渡船和一条海洋监测船，节省了燃料消耗。预计在不久的将来，这项技术将被用于中国的超大型集装箱船、高速渡船和海上作业船。
能源效率
提高能源利用效率是降低燃料消耗和减少碳排放的有效途径。采用能源利用效率最高的设备，将对降低矿物燃料消耗产生深远的影响，并有助于减少碳排放。对于那些经济高速增长的国家，能源效率更加值得关注。
