电力需求侧管理(DSM)

电力需求侧管理（DSM）

目录

第一章概论.......................................................................1

第一节综合资源规划基本思路..................................................I

第二节电力需求侧i方）管理概述.............................................1

一、电力需求侧（方）管理基本概念........................................I

二、运营特点.............................................................1

第三节供应方资源与需求方资源...............................................2

一、供应方的资源.........................................................2

二、需求方资源...........................................................2

第四节效益分析..............................................................2

第五节实施环境..............................................................3

一、政府的作用...........................................................3

二、电力公司的作用.......................................................3

三、能源服务公司类中介机构的作用........................................4

四、电力用户的作用.......................................................4

第二章管理的技术手段............................................................6

第一节改变用户的用电方式....................................................6

一、电力系统的负荷特性..................................................6

二、负荷整形技术.........................................................8

第二节提高终端用电效率的一般途径..........................................13

第三章照明节电..................................................................15

一、电光源的种类与特性..................................................15

二、电光源的技术特性参数...............................................18

三、电子镇流器..........................................................21

四、高效照明电光源的节电量.............................................21

第四章电力拖动简介.............................................................25

一、电力拖动系统和电动机的分类.........................................25

二、感应电动机的运行特性...............................................28

第五章电力拖动的调速技术.......................................................34

一、电力拖动的节电途径.................................................34

二、调速方式的类别......................................................34

三、调速方式的技术特性.................................................35

第六章风机和泵类节电技术.......................................................43

一、工作机械的负载特性.................................................43

二、风机和泵类拖动调速的节电效果.......................................43

三、单位千瓦节电量......................................................45

第七章蓄冷空调节电技术.........................................................47

一、空气调节的工作原理.................................................47

二、蓄冷系统的类别......................................................49

三、蓄冷系统的工作循环.................................................52

四、蓄冷系统的工作模式.................................................56

五、蓄冷空调的实践分析.................................................58

电力需求侧管理（DSM）

第一章概论

第一节综合资源规划基本思路

电力需求侧管理来自综合资源规划的基本思路，是电力资源规划的主要内容。

综合资源规划是将供应方和需求方各种形式的资源作为一个整体进行的资源规划。概括

地说，它的基本思路是：除供应方资源外，还把需求方提高资源使用效率减少消耗视为一种

资源同时参加规划。旨在通过需方管理更合理配置和有效地利用能源资源、控制环境质量，

减少投资和成本，形成对社会和供、需各方都有利的情况。

所以综合资源管理建立了以提高需求方终端利用效率所节约的资源同样可以作为供应

方最合适的替代资源这样一个新概念，对资源配置及管理产生了变革性的影响。

资源观点、效益观点、实施观点是综合资源规划的基本观点。

第二节电力需求侧（方）管理概述

一、电力需求侧（方）管理基本概念

电力需求侧管理（DemandsideManagement）简称DSM,它是综合资源规划方法在电力资

源规划上的运用。即除电力供应方资源外，还把需求方提高用电效率减少的电量消耗和改变

用电方式降低的电力需求视为一种资源同时参与电力规划。

因此它和综合资源规划方法一样具有下列基本观点：

（1）改变了传统的资源观念，把节电作为资源与供电资源置于同等地位参与规划，目

的是最经济、有效地利用电力资源。

（2）改变了传统的规划模式，把综合经济效益置于突出地位，以成本效益为准则，以

社会效益为主要评价标准，注意协调供、需双方的贡献和利益，达到改善社会整体环境为目

的。

（3）把终端节电的实施作为一个重要的规划领域。把节电的落脚点放置在终端的具体

用能技术设备上，关注的是实实在在的节能节电活动，防止以往规划与实施脱节的倾问。

二、运营特点

需求方管理与电力部门传统的用电管理相比本质上不是一码事，而是管理方式的一种演

进和变革。

（1）需求侧管理非常强调在提高用电效率的基础上取得直接的经济效益。需求方管理

是一种运营活动，它既求效率，更追求效益。任何一项节电措施，都要给社会、电力公司和

用户带来经济效益，使电力公司和用户都有利可图。电力公司在运营过程中，在获得允许的

节电收益前提下，要采取以鼓励为主的市场手段推动用户主动节能节电。

（2）需求侧管理也非常强调建立电力公司与用户之间的伙伴关系。改变过去用电户对

电能使用无选择余地的求助地位。电力公司要调动用户节电的主动性。需求侧管理要求电力

公司和用户间建M起融洽的合作感情，为供电和用电效益上共同承担风险，共同争得利益。

（3）需求侧管理还非常强调基于用户利益基础上的能源服务。电力公司必须树立优质

能源服务观点，摒弃不顾用户承受能力和经济利益强行限电等做法去减少用电需求。更多的

是鼓励采用科学的管理方法和先进的技术手段，促使川户主动改变消费行为和用电方式，提

高用电效率和减少电力需求，做到既提高电网运行的经济性，又节省了用户的电费支出。

第三节供应方资源与需求方资源

为便于规划和运营管理，必须划清双方的资源。供需双方资源的界定和划分，是以用户

计费电能表为界限。计费甩表以上为供应方，以下为需求方。

一、供应方的资源

（1）各种类型的电厂；

（2）外购电；

（3）电力系统节省的电力和电量。

二、需求方资源

需求方资源指的是用户潜在的节电资源，大体上包括：

（1）提高照明、空调、电动机、电热、冷藏、电化学等设备用电效率所节约的电力和

电量；

（2）蓄冷、蓄热、蓄电等改变用电方式所节约的电力；

（3）能源替代、余能回收减少和节约的电力和电量；

（4）合同约定可中断负荷所节约的电力和电量；

（5）建筑物保温等完善用电环境条件所节约的电力和电量；

（6）用户改变消费行为减少用电所节约的电力和电量；

（7）自备电厂参与调度后减供的电力和电量。

第四节效益分析

由需求方管理采取的节电措施，只有在社会、电力公司、用户等各方收益大于成本时,

鼓励措施，实施需求方管理的投资回报率应允许略高于投资电源开发的回报率。

这不会使电价提高，因节电成本远低于新增供电成本。

（3）政策上要允许电力公司以财政激励手段推动需求方管理归划的实施。

财政激励是需求方管理对用户节电响应能力最主要的手段。财政激励手段主要按制订：

1）制订多种可供选扭的电价。如峰谷电价、容晶电价、季节性电价、可中断负荷电价

等等；

2）采用节电技术设备的折让销售、节电设备的免费安装、节电设备租赁、节电招标等;

3）提供低息无息节电贷款、节电效益还贷、节电特别奖励等手段。

这部分激励资金通过供电电价给予回收，实质上是以节电收益推动节电，可理解为电力

公司用这笔激励资金在“负瓦”市场I:向用户购电。这笔花费只要低于新增电量成本即可获

利。

4）在电源开发的审批制度中杷需求方管理计划纳入法定的审批程序。

把电源开发和电力节约视为一个整体纳入审批程序,把需方管理计划列入其中的审批内

容并参加电力电量平衡，使开发与节约紧密联系在一起，统一筹划，同步实施，把节约落在

实处。

三、能源服务公司类中介机构的作用

能源服务公司•类的中介机构，可向用户提供有关需求方管理内容的各种形式的中介服

务，协助政府和配合电力公司实施需求方管理计划”

各种服务包括能源审计、节能诊断、筹集节能投资、节能设计、安装和操作培训到获得

节能节电收益的一条龙服务。

四、电力用户的作用

用电是终端节能节电的主体，只有用户的积极参与才能提高终端用电效率节约能源，移

峰填谷减少发电装机容量，由此不但减少了包括发电和输配电在内的电力建设投资，降低了

供电成本，而且还减少了与其相关的燃料开采、运输投资以及环保控制费用。所以用户是节

能节电整体增益的贡献者3

因此要根据政府的决策和电力公司的经营策略来调动用户节电的积极性、主动性，使其

也能从中得益。

图是综合资源规划与需求方管理的职能和服务对象简图。

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第二章管理的技术手段

电力需求方管理的目标，主要集中在用户电力和电量的节约上。

(1)通过负荷管理技术改变用户的用电方式，降低电网的最大负荷，取得节约电力、

减少电力系统装机容量的效益。

(2)通过用户采用先进技术和高效设备提高终端用电效率，减少电量消耗，取得节约

电量效益，同时获得节约电力减少系统装机容量的效益。

第一节改变用户的用电方式

一、电力系统的负荷特性

电力系统的负荷特性又称电力系统的负荷方式，它每时每刻都在发生变化，通常是用负

荷特性曲线来表示。主要包括负荷特性曲线和日负荷特性曲线两种来表示，有的还有周、月

和季负荷特性。

年负荷特性基本上有两种：一种是负荷峰期出现在冬季(见图2-1),另一

B2-1华北地区某电网具注年负荷特性■胡明(1烈2年)种是负荷峰期出现在

夏季（见图2-2）。图2-2南方地区某电网奥型年负荷新性曲缀图（199J年）

图2・3中蟀地区某电网具世日负替特性麹线图（1992年）

图2-4南方轴区某电网典型日负荷特性融线图U992年）

H负荷特性也有两种：•种是峰期最大负荷出现在夜晚（见图2-3）,另•种是峰期最

大负荷出现在白天（见图2-4）。它们的负荷谷期均出现在后夜。

电力系统的负荷特性与一系列因素有关，主要取决于电网所在地区的经济结构和用户的

生产特点，当地的气候条件、生活水平和风俗习惯，以及电网规模等。对一个具有一定规模

的电网来讲，电力系统的负荷方式主要是由终端用电方式决定的，要改变电力系统的负荷方

式就要改变终端用电方式，由于供电能力不足和线路容量堵塞等拉闸停电的影响，图示的负

荷特性不是完全满足终端用电需求的自然负荷特性，否则还要拉大电网负荷的峰谷差距。随

着市场经济的发展和人们生活素质的不断提高，电网负荷的峰谷差还有进•步拉大的趋势。

二、负荷整形技术

改变用户的用电方式是通过负荷管理技术来实现的，负荷管理技术就是负荷整形技术。

它是根据电力系统的负荷特性，以某种方式将用户的电力需求从电网负荷高峰期削减、转移

或增加在电网负荷低谷期的用甩，以达到改变甩力需求在时序上的分布，减少日或季节性的

电网峰荷，以期提高系统运行的可靠性和经济性。在规划中的电网，主要是减少新增装机容

量和节省电力建设投资，从而降低预期的供电成本。

负荷整形主要有削峰、填谷、移峰填谷三种。

(MW)

(t)

(1)削峰(见图2-£)®2-5型峰示意在

削峰是在电网高峰负荷期减少用户的电力

需求，避免增设边际成本高于平均成本的装机容

量，并且由十平稳了系统负荷，提高了电力系统

运行的经济性和可靠性，降低了平均发电成本。

另一方面，削峰会减少一定的峰期售电量，也降

低了电力公司的部分收入，

削峰的控制手段主要有两个：一个是直接负

荷控制，另一个是可中断负荷控制。

直接负荷控制是在电网峰荷时段，系统调度

人员通过远动或自控装置随时控制用户终端用电的一种方法。由于它是随机控制，常常冲击

生产秩序和生活节奏，大大降低了用户峰期用电的可靠性，大多数用户不易接受，尤其是那

些可靠性要求很高的用户和设备，负荷的突然甩减和停止供电有时会酿成重大事故和带来很

大经济损失，即或采用降低直接负荷控制的供电电价也不太受用户欢迎，限制了这种控制方

式的应用范围。在电力供应严重短缺、大量外购峰荷甩力的电网，在失去电力平衡时往往采

用这种方法削减峰荷，然后对用户予以电价补偿。直接奂荷控制多于城乡居民的用电控制，

对于其他用户以停电损失最小为原则进行排序控制。

可中断负荷控制是根据供需双方事先的合同约定，在电网峰荷时段系统调度人员向用户

发出请求信号，经用户响应后中断部分供电的一种方法。它特别适合可以放宽对供电可靠性

苛刻要求的那些“塑性负荷”，主要应用于工业、商业、服务业等，如有工序产品或最终产

品存储能力的用户，可通过工序调整改变作业程序来实现躲峰；有能量(主要是热能)贮存

能力的用户，可利用贮存的能量调节进行躲峰；有燃气供应的用户，可以燃气替代电力躲避

电网尖峰；那些用电可靠性要求不高的用户，可通过减少或停止部分用电躲开电网尖峰，等

等。不难看到，可中断负荷控制是一种有一定准备的停电控制，由于这种电价偏低或给予中

断补偿，有些用户愿意以较少的电费开支降低有限的用电可靠程度。它的削峰能力和终端效

益，取决于用户负荷的可中断程度和这种补偿是否不低于用户为躲峰所支出的费用。

利用时间控制器和需求限制器等自控装置实现负荷的间歇和循环控制，是对电网错峰比

较理想的控制方式。它虽然改变了用户的发电方式，但通常并不或较少影响用户的用电模式

和服务质量。如空调、风机、水泵、大耗电工艺设备等的间歇和循环控制。但是，它需要有

完善的控制系统。

（2）填谷（见图2-£）S2-6填谷示意图

填谷是在电网低谷时段增加用户的电力

电量需求，有利于启动系统空闲的发电容量，

并使电网负荷趋于平稳，提高了系统运行的

经济性。由于它增加了销化:电量，减少了单

位电量的固定成本，进一步降低了平均发电

成本，使电力公司增加了销售收入。尤其适

用于电网负荷峰谷差大、低负荷调节能力差

又压电困难，或新增电量长期边际成本低于

平均电价的电力系统。

比较常用的填谷技术措施有：

1）增加季节性用户负荷。在电网年负荷低谷时期，增加季节性用户负荷：在丰水期鼓

励用户多用水电，以电力替代其他能源。

2）增添低谷用电设备。在夏季尖峰的电网可适当增加冬季用电设备，在冬季尖峰的电

网可适当增加夏季用电设备。在FI负荷低谷时段，投入电气锅炉或蓄热装置采用电气保温，

在冬季后夜可投入电暖气或电气采暖空调等进行填谷。

3）增加蓄能用电。在电网口负荷低谷时段投入电气蓄能装置进行填谷，如电气蓄热器、

电动汽车蓄电瓶和各种可随机安排的充电装置等。

填谷非但对电力公司有益，用户利用廉价的谷期电量可以减少电费开支。但是，由于填

谷要部分地改变用户的工作程序和作业习惯，也增加了填谷技术的实施难度。

填谷的重点对象是工业、服务业和农业等部门。

（3）移峰填谷（见图2-7）图2-7移峰填谷

移峰填谷是将电网高峰负荷的用电需求推移

到低谷负荷时段，同时起到削峰和填谷的双重作

用。它既可减少新增装机容量、充分利用闲置容

量，又可平稳系统负荷、降低发电煤耗。移峰填

谷一方面增加了谷期用电量，从而增加了电力公

司的销仕:电量；另一方面却减少了峰期用电量，

乂减少了电力公司的销售电量。电力系统的销售

收入取决于增加的谷电收入和降低的运行费用

对减少峰电收入的低偿程度。在电力严重短缺、

峰谷差距大、负荷调节能力有限的电力系统，一直把移峰填谷作为改善电网经营管理的一项

主要任务。对于拟建电厂，移峰填谷可以减少新增装机容量和电力建设投资。

比较主要的移峰填谷技术措施有：

1）采用蓄冷蓄热技术。中央空调采用蓄冷技术是移峰填谷最为有效的手段，它是在后

夜电网负荷低谷时段制冰或冷水并把冰或水等蓄冷介质贮存起来，在白天或前夜电网负荷高

峰时段把冷量释放出来转化为冷气空调，达到移峰填谷的目的。蓄冷中央空调比传统的中央

空调的蒸发温度低，制冷效率相对低些，再加上蓄冷损失，在提供相同冷量的条件下要多消

耗电量，但它却是有利于电网的填谷电量。

蓄冷技术是一种在用的成熟技术，1993年深圳中电大厦冰蓄冷中央空调首次投入运转,

实践证明它特别适用于商业、服务业和工业部门，以及居民楼区的集中空调。如大型商厦、

贸易中心、酒楼宾馆、公寓、写字楼、娱乐中心、影视院、体育馆、健身房、大型住宅区以

及大面积使用空调的电子、医药、纺织、化工、精密制造、食品加工、服装等生产企业。

采用蓄热技术是后夜电网负荷低谷时段，把电气锅炉或电加热器生产的热能存储在蒸汽或热

水蓄热器中，在白天或前夜电网负荷高峰时段将其热能用于生产或生活等来实现移峰填谷。

用户采用蓄热技术不断减少了高价峰电支出，而FL还可以调节用热尖峰、平稳锅炉负荷、减

少锅炉新增容量。当然，它也要多消耗部分电量。蓄热技术也是一种在用的成熟技术，是移

峰填谷有效的技术手段，对用热多、热负荷波动大，锅炉容量不足或增容有限的工业企业和

服务业尤为合适。

用户是否愿意采用蓄冷和蓄热技术，主要取决于它减少高峰电费的支出是否能补偿多消

耗低谷电量支出电费，并获得合适的收益。

2）能源替代运行.在夏季尖峰的电网，在冬季用正加热替代燃料加热，在夏季可用燃

料加热替代电加热；在冬季尖峰用电，在夏季可用电加热替代燃料加热，在冬季可用燃料加

热替代电加热。在日负荷的高峰和低谷时段，亦可采用能源替代技术实现移峰填谷，其中燃

气和太阳能是易于与电能相互替代的能源。

3）调整作用程序。调整作业程序是一些国家曾经长期采取的一种平仰电网日内高峰负

荷的常用办法，在工业企业中把一班制作业改为二班制，把二班制作业改为三班制。作用制

度大规模的社会调整，对移峰填谷起到了很大作用，但却也在很大程度上干扰了职工的正常

生活节奏和家庭生活节奏，也增加了企业不少的额外负担，尤其是在硬性电价卜，企业这种

额外负担不能得到任何补偿，不易被社会所接受，也是电力部门能力不足的表现。实践证明：

随着市场经济的发展，不顾及用户接受能力强制推行多班连续作用的办法将逐渐失效。对那

些客观上不需要多班连续作业的企业，要它以调整作业程序来移峰填谷必须采取更有力的市

场手段。

4）调整轮休制度。调整轮休制度也是一些国家长期采取的一种平仰电网FI间高峰负荷

的常用办法，在企业间实行周内轮休来实现错峰，取得了很大成效。由于它改变了人们早已

规范化了的休整习惯，影响了社会正常的活动节奏，冲击了人们的往来交际，又没有增加企

业的额外效益，一•般难于被广大用户所乐意接受。电网应服务于社会大众，不该影响甚至左

右人们的正常活动习惯。尤其是随着社会的进步和不断增长的物资与精神文明，那种使社会

的运转步调去屈从于电网调荷需要的概念将逐步消失殆尽。然而，在一些严重缺电的地区，

在已经实行轮休制度的企业，采取必要的市场手段仍然可能为移峰填谷做出贡献。

第二节提高终端用电效率的一般途径

提高终端用电效率是通过改变用户的消费行为，采用先进的节能技术和高效设备来实现

的，其根本目的是节约用电、减少电量消耗，其中包括直接节电和间接节电。

直接节电是采用科学的管理方法和先进的技术手段来节电；间接节电是依靠改善经济管

理，采取调整和控制手段后少用的电能。它要依靠调整经济结构、生产力合理布局、节约原

材料、提高产品质量。最终产品的节约利用、增加高能耗产品的进口等等的经济管理来实现。

本章主要介绍直接节电的一般途径：

(1)照明方面:采用紧凑型荧光灯替代普通白炽灯，用细管荧光灯替代普通粗管荧光灯，

由钠灯替代汞灯，用高效电感镇流器替代普通电感镇流搭，用电子镇流器替代普通电感镇流

器，用高效反射灯罩替代普通反射灯罩等高效节电灯具，以及采用声控、光控、时控、感控

等智能开关和钥匙开关控制等实行照明节电运行等等。

(2)电动机方面：选用高导电、高导磁性能的电动机替代普通电动机，选用与生产工

艺需要容量相匹配的电动机提高运行的平均负载率，应用各种调速技术实现电动机节电运

行，实现流水作业降低电动机空载率等等。

(3)在制冷空调方面：应用溟化理吸收式制冷减少用电，应用智能控制高效空调器节

约用电，利用热泵替代电阻加热的取暖空调节约用电，建立适应人体生理条件的消费行为降

低用电等等。

(4)在变配电方面：采用低铜铁损的高效变压器，减少变电次数，实行变电器节电运

行，配电线路合理布局和采用无功就地补偿减少配电损失等等。

(5)在余能余热【回收方面：应用干法熄焦高温余热【可收发电、工业炉窑高温余热回收

发电、高炉炉顶排气压力发电、工业锅炉余压发电等可用来提高能源利用率和增加终端用户

自给电量，采用热泵、热管和高效换热器等热回收和热传导设备能直接或间接地减少用电消

耗。

（6）在作用合理调度方面：实行专业化集中生产，提高炉窑地装载率，降低单位产品

电耗；实行连续作业，减少开炉停炉损失，提高设备的月电效率；风机、泵类、压缩机实行

经济运行等等。

（7）在建筑方面：采用绝热性能高的墙体材料和门窗结构，充分利用自然光和热等。

（8）在能源替代方面：要把太阳能和燃气作为与电能相互替代的主要对象，更经济合

理地利用能源资源。

第三章照明节电

电气照明是最先进的现代照明方式，它是由电能转化为可见光能而发出光亮。电气照明

灯具，包括电光源和照明器具两个部分。电光源指发光的器件，如灯泡和灯管等，器具指包

括引线、灯头、插座、灯罩、补偿器、控制器等等，照明节电与整个照明灯具的选择、安装

和使用都有直接的关系，这里重点讨论电光源，它是照明节电的主要器件。

一、电光源的种类与特性

照明电光源的分类方式有多种，按电光转换机理分类有两种：一种是热辐射光源，另一

种是气体放电光源，如图3T所示。

1.热辐射光源

热辐射光源是依靠电流通过灯丝发热到白炽灯程度而发光的电光源。

(1)白炽灯：普通白炽灯是利用最早最多的一种电光源，几乎遍及了照明的各个领域。

普通白炽灯的显色性好、光谱连续、结构简单、易于制造、价格低廉、使用方便，是应用最

广的灯种。但它的能量转跌效率低，大部分能量转化为红外辐射损失，可见光不多，发光效

率低和使用寿命短是它的主要缺点。

近些年发展起来的涂白白炽灯、氟气白炽灯和红外反射膜白炽灯，在提高发光效率和延

长使用寿命方面有了进一步的改善。涂白白炽灯是在灯泡的玻璃壳上涂以白色的无机粉末，

可提高5%的发光效率，还比普通白炽灯发光柔和、感觉舒适。氮(Kr)气白炽灯是以导热

率低的氨气替代普通白炽灯的氢(Ar)气和痰(N)气等情性气体作为充填气，可减少灯丝

的热损失和气化速率，发光效率可提高10%,使用寿命能延长一倍。红外线反射膜白炽灯

是在灯泡玻璃表面镀上透光的红外线反射膜，把灯丝反射的红外线再反射回灯丝，借提高灯

丝温度来提高发光效率，可节电1/3以上。这些新的白炽灯种，依靠在光效和寿命方面的优

势，正在部分地取代普通白炽灯。

(2)卤铝灯：卤鸨灯是在灯泡内含有一定比例卤化物地一种改进型白炽灯。普通白炽

灯在使用过程中，由于从灯丝蒸发出来的鸨(W)沉积在灯泡内壁上导致玻璃壳体黑化，降

低了透光性，使发光效率逐步下降，也减少了铅丝的使用寿命。卤鹤丝在灯泡内除充填惰性

气体外，还充入少量的卤族光素，如氟(F)、氯(C1)、澳(Br),碘(I)或与其相应的卤化

物，使它在灯泡内形成卤铛再循环过程，以防止鸨沉枳在玻璃内壳上，降低灯丝的老化速度。

卤鸨灯与普通白炽灯相比，发光效率可.樨高到30%左右，高质曷的卤鸨灯寿命标高到普通

白炽灯寿命的3倍左右。在公共建筑、交通和影视照明等方面得到了广泛的应用。

2.气体放电光源

气体放电光源是电极在电场作用下，电流通过一种或几种气体或金属蒸气而发光的电光

源，气体放电光源的电弧具有负的伏安特性，即电压随电流的增加而下降，为使灯稳定地工

作，在电路上安装了镇流器，它要同时消耗有功和无功功率，为灯的启动还加装了启辉器等

电气附件.值得重视的是，要减少和防止它在生产过程中和在灯泡灯管废弃物中汞等重金属

对环境的污染。

气体发电光源的种类繁多，按充气压力大小可分为两大类：一类是低压气体放电灯，另

一种是高压气体放电灯。高压气体放电灯主要有高压汞灯和高压钠灯，高压汞灯中使用最多

的是荧光高压汞灯和金属卤鸽物灯两种。低压气体放电灯主要有荧光灯和低压钠灯，在荧光

灯中使用最多的是直管蛰、环管型和紧凑型荧光灯三种。气体放电光源比热辐射光源的发光

效率高得多，应用广泛，市场占有率还在不断提高。

(1)荧光灯：荧光灯是利用低压汞(Hg)蒸气放电产生的紫外线，去激发涂在灯管内

壁上荧光灯而转化为可见光的电光源，又称日光灯。它的发光效率上普通白炽灯的3倍以上,

使用寿命差不多是普通白炽灯的4倍，而且灯壁温度很低，发光比较均匀柔和。它的缺点是

在使用电感镇流器时的功率因数颇低，还有频闪效应。荧光灯的应用领域极为广泛，仅次于

白炽灯，在住宅、办公、商场、宾馆、车间、医院、展示厅等很多场所得到了广泛应用，它

也是替代低效白炽灯的主要灯种。

直管荧光灯有两种类型：一种是粗管灯，也就是普通直管灯，灯管标称直径38mm；另

一种是细管灯，它是一种新型管灯，标称直径26mm的细管灯是应用最多的细管灯种。粗管

灯的灯管内壁一般涂以卤璘酸盐荧光粉，细管灯的灯管内壁涂以三基色荧光粉，三基色荧光

粉能把紫外线转换成更多的可见光，因而细管灯比粗管灯的发光效率高，在提供相同的光通

量条件卜，装灯效率减少10%。标称直径26nlm的细管灯可直接使用标称直径38mm粗管灯

的灯头插座，可以用电感镇流器，也可以用电子镇流器，用细管灯来替代粗管灯非常便利，

是替代普通粗管灯进一步提高光效的直管灯种。

紧凑型荧光灯是镇流器和灯管一体化的新型电光源，由于灯管造型和结构紧凑而得名。

它可以配电感镇流器，也可以配电子镇流器，我国常把配上电子镇流器的紧凑型荧光灯称为

电子节能灯。这种灯使用三基色荧光粉，可获得很高的发光效率，再配上.低功耗的电子镇流

器，可获得明显的节电效果。它的显色性好，大幅度地改善了频闪效应，提高了启动性能，

兼有白炽灯和荧光灯的主要优点。紧凑型荧光灯可育.接安装在白炽灯的灯头卜.，在同样光通

量下可节电70%〜80%,是替代白炽灯最理想的电光源。

(2)高压汞灯：高压汞灯是利用汞放电时产生的高气压获得可见光的电光源，它在发

光管的内部充有汞和鼠气，有的在内壳上涂以荧光粉，有的是完全透明的。它的发光效率与

普通荧光灯差不多，使用寿命却比较长。它的缺点是显色性差些，发出蓝绿色的光，缺少红

色成份，除照到绿色物体匕外，其他多呈灰暗色，而且不能瞬时启动。

高压汞灯多应用在高照度的照明场所，如高大厂房,体育场馆、仓储货栈、公路街道、

广场、车站、码头、停车厂、立交桥、交易市场等等，是在公共场合应用很广的一个灯种。

(3)金属卤化物灯：金属卤化物灯是通电后，使金属汞(Hg)蒸气和钠(Na)、鸵(T1)、

钢(In)、铳(Sc)、镐(Dy)、钠(Cs)、锂(Li)等金属卤化物分解物的混合体辐射而发光

的电光源。它是在高压汞灯的基础上发展起来的一个新灯种，在高压汞灯内添加金属卤化物,

结构与高压汞灯相似。

金属卤化物灯比高压汞灯的发光效率高得多，显色性也比较好、使用寿命也比较长，为

避免影响光电特性，使用中有位置朝向要求。

金属卤化物灯除可替代高压汞灯外，还可以用在要求显色性较好的场所，如展示厅、美

术馆、康乐中心、大型公园、宾馆酒楼的室外照明等。小功率的金属卤化物灯也可作为在没

启动性能要求的居宅和办公楼的室内照明，用以替代低效白炽灯。

(4)高压钠灯：高压钠灯是利用高压钠蒸气放电发光的电光源。它在发光管内除充有

适量的汞和灵气或总(Xe)气外，并加入过量的钠，钠的激发电位比汞低，以钠的放电发光

为主，所以称为钠灯。

高压钠灯发出的是金黄色的光，是电光源中发光效率很高的一种电光源。它的发光效率

比高压汞灯要高出1倍左右，使用寿命也比高压汞灯要长些。它的主要缺点是显色性差，但

已有比普通型高压汞灯显色性好的改进型和高显色性钠灯问世。普通高压钠灯主要用于对光

色要求较低的场所，己被广泛地应用在道路、隧道、港II、码头、车站、广场、大桥等地方,

在某些工厂厂房、体育和康乐场馆等地方亦多被采用，不断扩大了高压钠灯的使用范围。在

许多场合，高压钠灯可替代高压汞灯来节约照明用电。

（5）低压钠灯：低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源，在它的玻璃外壳内涂

以红外线反射膜，是光衰较小和发光效率最高的电光源。低压钠灯发出的是单色黄光，显色

性很差，用于对光色没有要求的场所。但它的透雾性好，能使人清晰地看到色差比较小的物

体。为保证正常工作和避免减少使用寿命，点燃时不宜移动，尽量减少开闭次数。低压钠灯

也是替代高压汞灯节约用电的一种高效灯种，应用场所也，在不断扩大。

二、电光源的技术特性参数

在选择、替代和使用电光源时，必须掌握评价电光源的技术特性参数。从照明节电角度

出发，主要有：发光效率、光源寿期、光源颜色和有关的电气性能。

1.发光效率

发光效率，简称光效。它是电光源发出的光通量和它用电功率之比，单位是流明/瓦

（lm/W）,是评价电光源用电效率最主要的技术参数“光通量是指单位时间内光辐射量的大

小，用流明来表示。光源单位用电功率发出的光通量越大、则电能转换光能的效率越高，即

光效越高。

电光源是照明节电的主体部件，在能完成相同的照明功能条件下，要优先选用光效高的

电光源替代光效低的电光源。

2.光源寿命

光源寿命，又称）匕源寿期。电光源的寿命通常用有效寿命和平均寿命两个指标来表示。

（1）有效寿命：指灯开始点燃至灯的光通量衰减到额定光通量的某一百分比时所经历

的点灯时数。一般这一百分比规定在70%〜80%之间。

（2）平均寿命：指一组试验样灯，从点燃到其中的50%的灯失效时，所经历的点灯时

数。

寿命是评价电光源可靠性和质量的主要技术参数，寿命长表明它的服务时间长，耐用度

高，节电贡献大。对照明用户来讲，他们希望购置有效寿命比较长的灯种。

3.光源颜色

光源的颜色，简称光色。它用色温和显色指数两个指标来度量。

（1）色温：当光源的发光颜色与把黑体（能全部吸收光能的物体）加热到某一温度所

发的光色相同（对于气体放电等为相似）时，该温度称为光源的色温。色温用热力学温度

来表示，单位是开尔文，符号为K。

光源的色温是灯光颜色给人直观感觉的度量，与光源的实际温度无关。不同的色温给人

不同的冷暖感觉，高色温有凉爽的感觉，低色温有温暖的感觉。一般地说，在低照度下采用

底色温的光源会感到温馨快活；在高照度下采用高色温的光源则感到清爽舒适。在比较热的

地区宜采用高色温冷感电光源，在比较冷的地方宜采用低色温暖感的电光源。因此，可根据

各自的环境条件和爱好，选择适宜色温的电光源（见表3-1）。

表3T色温与感觉的关系

色温（k）>50003300—5000<33C0

感觉冷中间暖

注：资料来源，见参考文献［20］。

（2）显色指数：显色指数是指在光源照到物体后，与参照光源相比（一般以口光或接

近日光的人工光源为参照光源）对颜色相符程度的度量参数，是衡量光源显色性优劣或在视

觉上失真程度的指标。参照光源的显色指数定为100,其他光源的显色指数均小于100,符

号是Ra。Ra越小，色差越大，显色性也越差，反之显色性越好。

国际照明委员会（CIE）用显色指数把光源的显色性分为优、良、中、差四组作为判别

光源显色性能的等级标准（见表3-2）。

表3-2显色性的等级标准

显色性组别忧良中

差

显色指数范围80-10060-7959-4020-391

注：资料来源，见参考文献［15］。

显色性是择用电源的一项重要因素，对于显色性要求很高的照明用途更是如此。例如，

美术品、艺术品、古玩、高档衣料等的展示销售，为避免颜色失真，就不宜采用显色性比较

差的电光源。但是，在显色性能要求不高，而要求彩色调节的场所，可利用显色性的差异来

增加明亮提神的气氛。如汞灯以绿色为主，白炽灯以红光为主，它们分别照到绿色和红色物

体上就更加鲜艳，对于追求装饰性和娱乐性的某些场合，可选择与装饰色调相匹配的灯种，

或采用混合照明。

4.光源启动性能

光源的启动性能是指灯的启动和再启动特性，它用启动和再启动所需要的时间来度量。

一般地讲，热辐射电光源的启动性能最好，能瞬时启动发光，也不受再启动时间的限制；气

体发电光源的启动特性不如热辐射电光源，不能瞬时启动。除荧光灯能快速启动外，其他气

体放电灯的启动时间最少在4min以上，再启动时间最少也需要3min以上。不能承受启动和

再启动约束的场合，像住宅、商厦、宾馆、酒楼、康乐场所等的室内照明只能择用普通白炽

灯、卤鸨灯和荧光灯。

5.普通照明灯电光源技术特性参数表

表3-3是为照明节电技术经济分析提供参考的电光源技术性能参数，它指的是合格的一

般产品，不是具体的产品指标，在编制需求方管理计划缺少必要的计算和评估参数时可参酌

使用。

表3-3普通照明电光源性能参数表（参考值）

光源功率汨围发光效率色温泊围显色指平均功率因销流器功率启动再总动

类别（W）（Im/W）（k）数（Rd）寿期数损耗系数时间时间

（h）

普通白10~10-152400-95-8001.0—瞬时瞬时

炽灯1000295099

1000

瞬时

卤铝灯500-15-202970-95~1✓0001.0瞬时

2000305099/>

1500

荧光高5~30-5055004。~50000.450.05-5~

/%✓

压汞灯100。（外（外镇式）（外销450.258minlOmin

楂式）22-30式）70000.65［外镇

250~（目镇式）4400式）3

750（自（自植式）

镇式）6min

（自销

式）

金属卤400~60-805000-65~50000.450.1410~

化物灯1000650080(NYI)8min15min

7000

蠹灯1000-20-505500-go-500瞬时瞬时

50000600094

1000

图压钠35~60~210020~50000.4（外0.18（外镇

灯100010025镇式）式）8min15min

10000

低压常1UU~差5UUUO.bU.207~

灯150zszlOmin

7000

荧光灯4—10020-603000-50~30000电感式电感式（管1~4s

6500800.42型）0.2~4s牌瞬时

500000.27电子时

0.53

电子式式0.05~

09~S1（管型）

0.950.15^0.3

（紧凑型）

注：资料来源,见参考文献口5］和［20］。

三、电子镇流器

镇流器是气体放电灯用于启动和限流的控制器件，臼于气体放电灯具有负伏安特性，要

配以镇流器来启动灯的放电和限定灯内惰性气体电离升温并使水银蒸气压上升，当电子轰击

汞蒸气放电后生成的紫外线激发荧光灯而发光，启动完成后镇流器起限流器的作用，使灯开

始正常工作。常用的镇流器是电感镇流器。

电感镇流器是一个高感抗和高电阻的器件，一直串联在电路中与灯一起工作，不但要消

耗有功功率，还要消耗无功功率，功率因数也很低，致使照明用电效率下降。电子镇流器与

普通电感镇流器相比，具有有功消耗少、功率因数高、点燃速度快、无噪声干扰等优点，节

电率高达75%左右，功率因数可由0.5左右提高到0.9以上。同时，由工频50Hz提高到25〜

40kHz高频供电，频闪效应微乎其微，有利于视力保护和生产安全，极大地减轻了视力疲劳

和减少了人身伤害机会。在视力健康要求较高的场合或在旋转机械作业的场所，最好不用电

感镇流器。

值得注意的是：市场上销售的产品优劣并存，良莠不齐，使用电子镇流器，特别是紧凑

型荧光灯，除要关注有效寿期外，还要防止高次谐波，尤其是防止三次谐波对电网地污染，

大量使用质量低劣的产品有可能烧毁灯具，威胁其它用电设备的安全运行。

四、高效照明电光源的节电量

电光源的节电量是指在提供相同光通量条件下，用高效电光源替代相对低效电光源所节

约的电量，那种降低照明服务水平和关灯不用等少用的电量不包括在照明节电讨论之内.

在需求方管理的电光源节电分析中最为关心的节电量有两个，一个是寿命节电量，另一

个是年节电量。

1.寿期节电量

△Wz.s=[(A+△月)-(8+△&)]•初(3-1)

或

△W/.s=3•依$•(4+△©)(3-2)

式中----寿期节电量，kW•h；

Pd一一原用灯功率，kW；

凡一一高效灯功率，kW；

△R——原用灯镇流耗功耗，kW；

几一一高效灯镇流器功耗，kW；

k---高效灯寿期，h：

3一—照明电光源节电率。

2.年节电量

△Wz,n=[(月+△月)—(几+△几)]•/Un(3-3)

或

△Wz.n=Az-hz.n・(4+△4)(3-4)

式中△旧.0一一年节电量，kW-h；

1一一年照明时数，h。

照明用电的负荷特性与其他一些用电设备有所不同，基本上属于恒额定功率负荷，在不

考虑光衰的情况下，一旦接通电源正常工作就满负荷运行，所以电光源的照明节电率3可

以认为是个固定值，在节电计算时要包括镇流器的功率损耗在内。

3.算例

【例3-1J如果用一只11W紧凑型荧光灯替代一只60W的普通白炽灯，认为它们可以提

供相同的光通量，假定紧凑型荧光灯的有效寿期是2500h,电子镇流器功耗是3W,年照明时

数为2000h,节电率为0.75,问它们的寿命节电量和年节电量各是多少？

根据式(3T)的寿命节电量为

△Wz.s=[(4+z\q)-(»■△&)]•

=[(0.06+0)-(0.011+0.003)]X2500

=115(kW•h)

根据式(3-2)的寿命节电量为

△%上=3•力q•(月+△月)

=0.75X2500X(0.06+0)

=112.5(kW•h)

根据式(3-3)的年节电量为

△Wz.„=[(凡+aA)—十Z\/p]-

=[(0.06+0)—(0.011+0.003)1X2000

=92(kW•h)

根据式(3-4)的年节电量为

△Wz.n=，z・hz.n-(&+△©)

=0.75X2000X(0.06+0)

=90(kW•h)

△W-和的两种算法所得的结果大体相等。

【例3-2]如果用一只36W细管荧光灯和与其匹配的电子镇流器替代一只附有电感镇流

器的40TV粗管荧光灯，并且认为它们可以提供相同的光通量，假定电子镇流器的功耗为2肌

电感镇流器功耗的功耗为8W,细管荧光灯的有效寿命为3000h,年照明时数为2000h,节电

率为0.21,问它们的寿命节电量和年节电量各是多少？

根据式(3T)的寿命节电量为

△W2.s=[(a+Z\R)-(R+ZXE)]•加」

=[(0.04+0.008)-(0.036+0.002)]X3000

=30(kW・h)

根据式(3-2)的寿命节电量为

△Wo=3•瓦-•(巴+△月)

=0.21X3000X(0.04+0.008)

=30.24(kW*h)

根据式(3-3)的年节电量为

△优.n=[(8+△4)—(几+△E)]•A.n

=[(0.04+0.008)-(0.036+0.002)]X2000

=20(kW・h)

根据式(3-4)的年节电量为

△Wz.n=L*hz.n*(£+△4)

=0.21X2000X(0.04+0.008)

=20.6(kW•h)

△区.,和△W,,n的两种算法所得的结果彼此接近。

4.普通照明电光源和镇流器的替代节电率参数表

表3-1是为照明节电计算提供的电光源和镇流器的各种替代方案及其相应的节电率，它

是指合格的一般产品，不是具体的产品指标，在制定需求方管理计划缺少必要的计算和评估

参数时可参酌使用。

表3-4电光源和镇流器替代节电率与寿命比(参考值)

项目替代灯具平均节电率（N）平均寿期比|

白炽灯粗管荧光灯,电感镇流器70

紧凑型荧光灯（电子镇流器）752.5

带红外线反射腹白炽灯351

卤鸨灯301.5

粗管荧光灯（40W,细管荧光灯（36W,4126mm）101.2

038mm）

粗管荧光灯+粗管荧光灯+电子镇流器12—

电感镇流器细管荧光灯,电感销流器8—

细管荧光灯♦电子镇流器21—

自压汞灯局压钠灯501.2

低压钠灯701

金属卤化物灯401

电感镇流器电子镇流器（售型荧光灯）75

（管型荧光灯）

第四章电力拖动简介

电力拖动是以电动机作为原动机拖动机械做功的•种作业方式，电力拖动又称电气拖动

或电力转动。

1995年我国用于电力拖动作业的电动机总容量在350〜450GW,其中交流电动机占90%

左右,1995〜2000年交流电动机的预期产量达30GW,每年用于电动机的电费开支是电动机

造价的10〜20倍・，是用甩量最大和电费开支最多的终端用电设备，也是需求方管理的一个

重点终端设备。

一、电力拖动系统和电动机的分类

1.电力拖动系统

电力拖动系统主要由电动机、传递机构和工作机械等装置组成的机电系统（见图3-2）。

电力拖动的任务就是使电动机实现由电能向机械能的转换，完成工作机械启动、运转、调速、

制动工艺作业的要求，因此如何选择和运用好电动机是电力拖动节电的中心环节。

按供电制式的不同，可分为直流电力拖动和交流电力拖动两种，交流电力拖动节电是本

节讨论的重点。

控制装置小电动机*传递结构*工作机械

图3-2电力拖动系统简图

2.电动机的类别

电动机的分类方式有多种，按电源使用的种类划分主要有两大类：一类是直流电动机,

另一类是交流电动机（见图3-3）。

他

励

电自

动励

研

2极式电动机

同步电动机f

稳极式电动机

交流电动机