Elektrische Energiespartechnologien in Strategien für nachhaltige Entwicklung

1. Einleitung

Die Energiestrategie ist ein wichtiger Bestandteil der Strategie für nachhaltige Entwicklung. Als oberste Priorität der Energiestrategie meines Landes spielt Energieeinsparung eine entscheidende Rolle für die nachhaltige Entwicklung. Kohle, Strom, Öl und Gas sind die wichtigsten Energieträger und eng mit der nationalen Wirtschaftsentwicklung und dem Leben der Bevölkerung verbunden. Kohle- und Stromengpässe können die Produktion und den Alltag der Menschen erheblich beeinträchtigen. Andererseits ist die Energieeffizienz meines Landes aufgrund mangelnder rationeller und wissenschaftlicher Energienutzung sehr gering. Der Energieverbrauch pro Produktionseinheit gehört zu den höchsten weltweit und ist etwa 7,4-mal so hoch wie in den USA, 12,8-mal so hoch wie in Japan und 4,3-mal so hoch wie im Weltdurchschnitt. Der Energieverbrauch pro Produktionseinheit liegt 30 bis 80 % höher als in Industrieländern, was zu erheblicher Energieverschwendung führt. Aus einer anderen Perspektive betrachtet, verfügt mein Land über ein enormes Potenzial zur Energieeinsparung. Die unterirdischen Reserven an Kohle, Öl und Gas sind endlich und nicht erneuerbar; daher ist Energieeinsparung für das Wohl zukünftiger Generationen unerlässlich. Laut der staatlichen Umweltschutzbehörde sind 80 % der Luftverschmutzung in meinem Land auf die Kohleverbrennung zurückzuführen. In China entstehen bei der Verbrennung einer Tonne Kohle durchschnittlich 490 _kg CO₂, 13,6 kg Staub und 14,8 kg _SO₂ . Da Kohle mehr als drei Viertel des chinesischen Energiebedarfs deckt, ist Energieeinsparung eine entscheidende Maßnahme zum Schutz der nationalen Ressourcen, zur Verringerung des Ungleichgewichts zwischen Energieangebot und -nachfrage, zur Senkung der Unternehmenskosten und zum Umweltschutz. Elektrizität ist die wirtschaftlichste, praktischste, sauberste, bequemste und am einfachsten zu übertragende, zu steuernde und umzuwandelnde Energieform. Daher kann die Förderung energiesparender Technologien den Primärenergieverbrauch und die Umweltverschmutzung deutlich reduzieren.

Im Jahr 2005 initiierte die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission zehn zentrale Energiesparprojekte zur Umsetzung des „Mittel- und Langfristigen Sonderplans zur Energieeinsparung“. Durch die Umsetzung dieser zehn Projekte sollte im Zeitraum des 11. Fünfjahresplans das Ziel einer Einsparung von 240 Millionen Tonnen Standardkohleäquivalent erreicht werden. Zu diesen Energiesparprojekten zählten: die Einsparung und der Ersatz von Erdöl, die Modernisierung kohlebefeuerter Industriekessel, regionale Kraft-Wärme-Kopplung, die Nutzung von Abwärme und -druck, Energieeinsparung in Motoren, die Optimierung von Energiesystemen, die Energieeinsparung in Gebäuden, umweltfreundliche Beleuchtung, Energieeinsparung in Regierungsbehörden sowie der Aufbau von Energieüberwachungs- und technischen Servicesystemen. Die meisten dieser Maßnahmen bezogen sich auf die Einsparung elektrischer Energie.

In den folgenden Abschnitten werden verschiedene Aspekte näher erläutert, darunter Stromversorgungssysteme, Beleuchtungstechnik, elektronische Geräte und neue Energiespartechnologien.

2. Energiespartechnologien für Stromversorgungssysteme

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts steht die Menschheit vor einer zunehmend gravierenden Energiekrise. Energieeinsparung ist daher eine unabdingbare Voraussetzung für die nachhaltige Entwicklung meines Landes und der Welt. Die Energiewirtschaft ist sowohl ein wichtiger Energieerzeuger als auch ein bedeutender Energieverbraucher. Das Stromnetz selbst erleidet erhebliche Energieverluste bei Erzeugung, Versorgung und Verbrauch; der jährliche Gesamtenergieverlust meines Landes beläuft sich auf 300–370 Milliarden kWh. Daher ist die Ausschöpfung von Energiesparpotenzialen, die Reduzierung von Stromnetzverlusten und die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Stromversorgung von großer praktischer Bedeutung.

2.1 Energieeinsparung im Stromnetz

Das Stromnetz ist ein zentraler Bestandteil des Energiesystems und umfasst alle Übertragungsleitungen von Kraftwerken zu den Verbrauchern, Transformatoren, Schalter, Steuerungs- und Schutzeinrichtungen sowie weitere Betriebsmittel. Je nach Spannungsebene und Anwendungsbereich lässt sich das Stromnetz in Übertragungs- und Verteilungsnetze unterteilen. Die Leitungsverluste im Stromnetz beziehen sich hauptsächlich auf Transformator- und Leitungsverluste. Die Verlustrate der Leitungen ist eng mit dem Energieverbrauch der Transformatoren und verschiedenen Aspekten des Energiesystems verknüpft, darunter Erzeugung, Übertragung, Umwandlung, Verteilung und Verbrauch. Daher ist die Reduzierung von Leitungs- und Transformatorverlusten zu einer zentralen Maßnahme zur Energieeinsparung im Energiesystem geworden.

2.1.1 Energiesparende Technologie für Stromleitungen

1) Verwenden Sie im Stromnetz Ringstromversorgungs- und Mehrkreisstromversorgungsmethoden. Vermeiden Sie sich kreuzende, überlappende und umlaufende Stromleitungen.

2) Notfallleitungen in Betrieb nehmen. Einige Nutzer verfügen bereits über Notfallkabel und -leitungen. Durch deren Inbetriebnahme lässt sich die Fläche der Stromverteilungsleitungen ohne zusätzliche Investitionen um ein Vielfaches vergrößern, was zu erheblichen Energieeinsparungen führt.

3) Leerlaufverluste reduzieren. Durch Trennen der Stromversorgung bei Nichtgebrauch lassen sich die Leerlaufverluste der Leitung in der Regel um 3 % bis 5 % senken. Der Einsatz eines zeitgesteuerten Leistungsreglers verbessert die Energieeinsparung zusätzlich.

4) Setzen Sie energiesparende Blindleistungskompensationsgeräte ein, um den Leistungsfaktor zu verbessern. Die Blindleistungskompensation in Stromversorgungssystemen wird in zentrale und dezentrale Kompensation unterteilt. Erstere wird hauptsächlich am Versorgungsknoten von Mittelspannungsnetzen eingesetzt, um Leitungsverluste bei der Blindleistungsübertragung zu beheben und somit den Leistungsfaktor zu verbessern. Letztere wird hauptsächlich an den Endverbrauchern des Verteilnetzes eingesetzt, um das Blindleistungsgleichgewicht auf Verbraucherseite zu lösen. Dadurch können Verbraucher eine lokale Blindleistungskompensation am Lastende erreichen und Leitungsverluste in den Verteilleitungen reduzieren. Die zentrale Kompensation behebt einen Teil der Leitungsverluste, während die dezentrale Kompensation die Leitungsverluste minimieren kann. Die Kombination beider Verfahren führt zu einem optimalen Ergebnis.

5) Niederspannungs-Stromverteilungsleitungen sollten modernisiert und erneuert werden. Dabei sollten energiesparende Verbindungsstücke verwendet oder der Leiterquerschnitt vergrößert werden, um die Isolationsqualität zu verbessern und Übertragungs- und Leckverluste zu reduzieren. Messungen zeigen, dass ein einzelnes nicht energiesparendes Verbindungsstück einen Leistungsverlust von ca. 10–15 W verursacht. Da sich an der Leitung Zehntausende solcher Verbindungsstücke befinden, ist die Energieeinsparung durch den Einsatz energiesparender Verbindungsstücke beträchtlich.

6) Die Einführung von flexiblen Wechselstromübertragungssystemen (FACTS) und Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) unter Verwendung von Hochleistungselektronik und anderen Leistungselektronikkomponenten zur Bildung von FACTS-Einheiten ermöglicht die flexible und kontinuierliche Anpassung und Steuerung von Netzparametern (Leitungsimpedanz, Phasenwinkel, Leistungsfluss usw.). Dadurch wird die Übertragungskapazität deutlich erhöht und die Übertragungsverluste werden reduziert. Diese Technologie hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und wird in Höchstspannungs-Übertragungsprojekten in den USA, Japan, Schweden, Brasilien und anderen Ländern eingesetzt. In meinem Land liegt die Übertragungskapazität von 500-kV-Leitungen in der Regel nur bei 300–400 MW, maximal bei 700 MW, und damit deutlich unter den 900 MW in Nordamerika. Der Einsatz von FACTS ist eine der wichtigsten Maßnahmen zur Verbesserung der Übertragungskapazität. Mein Land hat bereits ein 220-kV-Höchstspannungs-TCSC-Demonstrationsprojekt abgeschlossen und baut derzeit FACTS-Demonstrationsprojekte wie STATCOM und Schwungradspeicher. Auch die Planungs- und Entwurfsphase für Ultrahochspannungsnetze mit 1000 kV Wechselstrom und ±800 kV Gleichstrom ist im Gange.

2.1.2 Energiespartechnologie für Transformatoren

Transformatoren verursachen bei der Stromübertragung Wirkleistungsverluste und Blindleistungsverbrauch. Mehrstufige Transformatorennetze verfügen über eine große Anzahl von Transformatoren mit erheblicher Kapazität. Statistiken zeigen, dass die Energieverluste der Transformatoren etwa 30 % der Gesamtverluste im Stromnetz während der Stromerzeugung, -versorgung und des -verbrauchs ausmachen. Daher ist die Ergreifung technischer Maßnahmen zur Reduzierung dieser Verluste ein entscheidender Faktor für die Energieeinsparung.

Energiesparmaßnahmen für Transformatoren umfassen typischerweise Folgendes:

1) Energiespartransformatoren einsetzen. Die Energiespartransformatoren in meinem Land haben qualitativ bereits ein hohes Niveau erreicht, und ihr Gesamtenergieverbrauch kann im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren um mehr als 25 % gesenkt werden. Bei der praktischen Anwendung von supraleitenden Transformatoren wäre der Energiespareffekt erheblich.

2) Einsatz von statischen Blindleistungskompensatoren (SVCs) zur Verbesserung des Leistungsfaktors und Reduzierung der Transformatorwicklungsverluste. In Stromversorgungssystemen werden häufig Induktionsmotoren und andere induktive elektrische Geräte eingesetzt, die einen hohen Bedarf an Blindleistung haben. Diese Blindleistung führt nach Übertragung und Umwandlung über mehrere Leitungsebenen und Transformatoren zu Blindleistungsverlusten und damit zu einem Blindleistungsmangel im Stromnetz. Dies reduziert nicht nur die Leistungsfähigkeit von Erzeugungs- und Versorgungseinrichtungen und verursacht Spannungsschwankungen im Netz, sondern erhöht auch die Energieverluste. Der Einsatz von SVCs kann die Schwächen herkömmlicher Blindleistungskompensationsanlagen ausgleichen und die Blindleistungsverluste deutlich reduzieren.

3) Die Berechnung der Grundgebühren für Strom auf Basis des maximalen Bedarfs fördert den wirtschaftlichen Betrieb von Transformatoren und trägt somit zur Energieeinsparung bei. Diese Abrechnungsmethode regt die Nutzer dazu an, die zu betreibende Transformatorleistung wirtschaftlich zu wählen. Teilen sich mehrere Transformatoren eine Gesamtlast, kann die Anzahl der in Betrieb genommenen Transformatoren ebenfalls im Sinne eines wirtschaftlichen Transformatorbetriebs sinnvoll festgelegt werden.

4) Die Lastverteilung zwischen der Sekundär- und der Tertiärwicklung des Transformators anpassen und ausgleichen.

5) Passen Sie den Betriebsmodus der Transformatoren im Stromnetz an. Bei Einzeltransformatoren mit starken Lastschwankungen sollten durch zeitbasierte Berechnungen zusätzliche Transformatoren mit geringerer Leistung für den Betrieb bei geringer Last hinzugefügt werden. In Umspannwerken mit starken Lastschwankungen sollten zwei Transformatoren unterschiedlicher Leistung installiert werden. Der Transformator für den Dauerbetrieb sollte über überlegene technische Eigenschaften verfügen, der Transformator für den Kurzzeitbetrieb hingegen über gute technische Eigenschaften.

6) Um die Betriebseffizienz von Transformatoren zu steigern und einen wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten, wird eine wirtschaftliche Lastverteilung implementiert. Hierfür wird die Transformatorleistung häufig anhand der Auslastung gewählt. Je nach Bedarf werden Parallel- oder Deparallelbetrieb eingesetzt, um den Stromverbrauch der Kühlgeräte zu reduzieren. Die Kühler werden zur Steuerung gruppiert, und die Hilfseinrichtungen werden mit variabler Drehzahl betrieben. Die Praxis hat gezeigt, dass durch den wirtschaftlichen Betrieb von Transformatoren deren Energieverbrauch um mehr als 10 % gesenkt werden kann.

2.1.3 Energiesparende Technologien für Betrieb und Management

1) Gesamtlastverteilung im Stromnetz. Die Gesamtlastverteilung im Stromnetz umfasst die Lastverteilung zwischen den Leitungen, die Verteilung der Drehstromlasten auf die Leitungen, die Lastverteilung zwischen den Transformatoren und weitere Aspekte. Durch die Gewährleistung eines wirtschaftlichen Betriebs der Lasten können die Netzverluste deutlich reduziert werden.

2) Die Stromverbrauchszeiten der Nutzer sollten angepasst werden, um den Auslastungsgrad zu erhöhen. Der Auslastungsgrad ist das Verhältnis von durchschnittlicher zu maximaler Last. Ein niedriger Auslastungsgrad deutet auf starke Lastschwankungen und erhebliche Leistungsverluste im Stromnetz hin. Um diese Verluste zu reduzieren, ist es notwendig, die Stromverbrauchszeiten der Nutzer sinnvoll anzupassen und die Stromerzeugung für einige Produktionsanlagen außerhalb der Spitzenzeiten zu planen.

3) Vereinfachung der Spannungsebenen. Die Einführung von Hochspannung in den Lastzentren und die Erhöhung der Spannungsebenen innerhalb der Nennspannungsgrenzen sind wirksame Maßnahmen zur Reduzierung der Leitungsverluste. In Verteilungsnetzen gilt: Je höher die Versorgungsspannung, desto geringer die Leitungsverluste. Die Leitungsverluste nehmen quadratisch mit der Spannung ab. Daher kann, sofern die Bedingungen es zulassen, die Versorgungsspannung von 3–6 kV auf 10–20 kV erhöht werden. Städtische Stromnetze sollten die 35-kV-Leitung abschaffen und die Lastzentren direkt mit 110–220 kV versorgen. Dies erhöht die Übertragungskapazität und reduziert die Leitungsverluste deutlich.

4) Implementieren Sie eine wirtschaftliche Lastverteilung im Stromnetz, um die Energieverluste im Stromnetz zu reduzieren. Die wirtschaftliche Lastverteilung nutzt die vorhandenen Übertragungs- (Verteilungs-) und Umspannwerke im Stromnetz optimal aus und optimiert den Betrieb von Transformatoren und Stromleitungen durch wissenschaftliche, quantitative Berechnungen. Technische Maßnahmen wie die wirtschaftliche Lastverteilung und der optimierte Betrieb von Transformatoren und Stromleitungen können die Wirk- und Blindleistungsverluste von Transformatoren und Leitungen erheblich reduzieren.

5) Auswahl eines geeigneten Netzplanungskonzepts: Die Optimierung des Netzentwicklungsplans ist einer der Schlüsselfaktoren für die Messung der Leitungsverluste im Netz. Zu den Hauptmerkmalen einer mangelhaften Netzplanung gehören: geringe Blindleistungskapazität und niedrige Auslastung; eine unzweckmäßige Netzstruktur, die zu hohen theoretischen Leitungsverlusten führt; und eine unkoordinierte Entwicklung von Wasserkraft und Wärmekraft, die keine einheitliche Planung ermöglicht. All diese Faktoren tragen zu erhöhten Netzleitungsverlusten bei; daher ist die Auswahl eines geeigneten Netzplanungskonzepts unerlässlich.

2.2 Energiesparende Technologie für die kombinierte Kühlung, Heizung und Stromerzeugung (KWKK)

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWKK) nutzt das Prinzip der Energiekaskade: Der in einem Kessel erzeugte Dampf wird mittels einer Dampfturbine zur Stromerzeugung genutzt. Im Winter wird die Abwärme der Turbine zur Wärmeversorgung der Verbraucher verwendet, im Sommer sorgen Absorptionskältemaschinen für Kühlung. Dieses Verfahren ist eine effektive Methode, um die ungleichmäßigen Winterlasten von Wärmekraftwerken und großen Heizkesseln in Groß- und Mittelstädten auszugleichen, die Spitzenlast im Stromnetz zu reduzieren und die vorhandenen Heizungsanlagen optimal zur Kühlung der Klimaanlagen im Sommer zu nutzen. Einerseits ermöglicht diese Methode eine rationelle Nutzung von Kesseln und Rohrleitungsnetzen, gleicht die starken Lastschwankungen von Wärmekraftwerken oder großen Heizkesseln im Winter aus und deckt den Heiz- und Klimatisierungsbedarf der Bevölkerung. Andererseits verbessert sie die Primärenergieausnutzung für Heizung und Klimatisierung deutlich, senkt den Energieverbrauch und erzielt erhebliche Energieeinsparungen.

2.3 Neue Energien und erneuerbare Energien

Im Bereich der Forschung zu neuen und erneuerbaren Energietechnologien wurden bemerkenswerte Fortschritte erzielt. Solar-, Wind-, Geothermie- und Kernenergietechnologien finden breite Anwendung. Viele weitere neue Energietechnologien wurden im Ausland entwickelt, darunter Meereswärmekraftwerke, Biomassekraftwerke, Abfallverwertungsanlagen, Klärschlammkraftwerke, Hochtemperatur-Gesteinskraftwerke, Meeresgeothermiekraftwerke, Chlorophyllkraftwerke, magnetohydrodynamische (MHD) Kraftwerke und kontrollierte thermonukleare Kraftwerke (CTH). Die MHD-Kraftwerkserzeugung zählt zu den hocheffizienten und emissionsarmen Technologien. Ihre Kombination mit Dampfkraft in einem Kombikraftwerk kann den thermoelektrischen Wirkungsgrad von Kraftwerken deutlich steigern. Experimentelle Berechnungen zeigen, dass sich der Wirkungsgrad um 55 % bis 60 % erhöhen lässt, wodurch im Vergleich zu konventionellen Stromerzeugungsmethoden rund 35 % Brennstoff eingespart werden können. Der Internationale Thermonukleare Testreaktor (ITER) in Großbritannien hat in Experimenten gezeigt, dass die kontrollierte thermonukleare Stromerzeugung innerhalb kurzer Zeit 20.000 MW erreichen kann und der Reaktor eine Leistung von 10.000 MW pro Stunde aufrechterhalten kann. Israels Technologie zur geothermischen und Abwärmenutzung wird von vielen Ländern übernommen. Sie umfasst nicht nur die Stromerzeugung aus geothermischen Ressourcen, sondern auch die Nutzung der Abwärme verschiedener Abwärmeträger in Fabriken, wie beispielsweise heißes Rauchgas, Abwärmegas, heißes Öl und Abgas, zur Stromerzeugung.

3. Energiesparende Beleuchtungstechnologie

Anfang der 1990er-Jahre entstand international das Konzept der „grünen Beleuchtung“, um Energieeinsparung und globalen Umweltschutz zu fördern. Die chinesische Regierung reagierte aktiv und begann Mitte der 1990er-Jahre mit der Umsetzung des Projekts „Grüne Beleuchtung“. Grüne Beleuchtung nutzt unter anderem hocheffiziente Energiesparlampen, moderne Leuchten und Lichtsteuerungstechnik, um die installierte Leistungsaufnahme der Beleuchtung zu reduzieren und gleichzeitig die Lichtqualität zu verbessern. Dadurch werden Strom gespart, die Umweltverschmutzung verringert und das ökologische Gleichgewicht geschützt. Die vollständige Umsetzung des „Energieeinsparungsgesetzes der Volksrepublik China“, die energische Förderung des „Chinesischen Projekts für grüne Beleuchtung“, die Verbesserung der Energieeffizienz und die Schaffung einer hochwertigen, effizienten, wirtschaftlichen, komfortablen und sicheren Beleuchtungsumgebung sind dringende Voraussetzungen für wirtschaftliche Entwicklung und Umweltschutz.

Die Beleuchtung macht einen erheblichen Anteil der gesamten Stromerzeugung aus, etwa 25 % in den Vereinigten Staaten und anderen Industrieländern, in meinem Land hingegen nur etwa 12 %. Statistiken zeigen, dass der jährliche Stromverbrauch für Beleuchtung in meinem Land 120 Milliarden kWh übersteigt und damit die gesamte jährliche Stromerzeugung des Drei-Schluchten-Staudamms (derzeit im Bau) von 84 Milliarden kWh übertrifft. Aktuell lassen sich bei der Beleuchtung Energieeinsparungen von mindestens 20 % erzielen, was jährliche Stromkosteneinsparungen von über 20 Milliarden Yuan ermöglicht. Dies verdeutlicht das enorme Potenzial für Energieeinsparungen im Beleuchtungsbereich. Durch Energieeinsparungen bei der Beleuchtung können die Kosten deutlich gesenkt, die Stromknappheit in meinem Land gelindert und die Umweltbelastung durch Kraftwerke verringert werden.

3.1 Einführung einer neuen Art von energiesparender Lichtquelle

Kern der umweltfreundlichen Beleuchtung ist die Einführung und Förderung hocheffizienter und energiesparender Lichtquellen. Die Auswahlkriterien für Lichtquellen sind:

1) Den Einsatz von Glühlampen minimieren und den Einsatz von dünnen Leuchtstofflampen und Kompaktleuchtstofflampen fördern.

2) Die Verwendung von Hochdruck-Quecksilberdampflampen, insbesondere von selbstballastierten Hochdruck-Quecksilberdampflampen, sollte schrittweise reduziert werden.

3) Hochdruck-Natriumdampflampen, Metallhalogenidlampen und Energiesparlampen aktiv fördern.

Umfragen zeigen, dass die jährlichen Stromeinsparungen der jährlichen Stromerzeugung des Kraftwerks Gezhouba entsprechen würden, wenn alle Glühlampen im Land durch energiesparende Leuchtstofflampen ersetzt würden.

3.2 Schwerpunkt Lichtplanung

Bei der Planung von Beleuchtungsanlagen sollte natürliches Licht optimal genutzt und organisch mit künstlicher Innenbeleuchtung kombiniert werden, wodurch sich viel Energie sparen lässt.

1) Die Lichtplanung muss unter Berücksichtigung der nationalen Beleuchtungsnormen, der Anforderungen an die visuelle Wirkung und der Funktionen kleiner Veranstaltungsorte erfolgen. Dabei ist die installierte Lampenleistung pro Flächeneinheit effektiv zu kontrollieren und der Einsatz von zonierter Allgemeinbeleuchtung sowie ausgereiften energiesparenden Beleuchtungstechnologien zu priorisieren.

2) Unter der Voraussetzung, dass die Anforderungen an die Lichtqualität erfüllt werden, sollten in allgemeinen Räumen und Bereichen Energiesparlampen bevorzugt eingesetzt werden. Für die Beleuchtung von Hochhäusern und Außenbereichen sind hocheffiziente Gasentladungslampen wie Natriumdampf-Hochdrucklampen und Metallhalogenlampen zu verwenden. Durch den Einsatz von Mischbeleuchtungsmethoden lassen sich die Lichtausbeute und die Lichtfarbe verbessern sowie Energie sparen. Die Kombination von Natriumdampf-Hochdrucklampen und Quecksilberdampf-Hochdrucklampen (oder Metallhalogenlampen) ist 70 bis 80 % energieeffizienter als Glühlampen und wird heute häufig zur Allgemeinbeleuchtung von Hochhäusern verwendet.

3) Wählen Sie hochwertige und effiziente Leuchten. Die Effizienz und Lichtverteilung der Leuchten sind entscheidend für die Energieeinsparung. Wählen Sie Leuchten mit hohem Nutzungsgrad, optimaler Lichtverteilung, wenigen oder keinen Zubehörteilen und hoher Lichtstromerhaltung.

3.3 Energiesparmaßnahmen

1) Verbesserung des Leistungsfaktors von Beleuchtungskreisen. Durch Parallelschaltung von Kondensatoren mit den Leuchten oder Beleuchtungskreisen lässt sich die Blindleistung in den Beleuchtungskreisen kompensieren, wodurch Leistungsverluste und Spannungsabfälle in den Leitungen erheblich reduziert werden können.

2) Wählen Sie verlustarme, energiesparende induktive Vorschaltgeräte. Energiesparende induktive Vorschaltgeräte bieten Vorteile wie erhebliche Energieeinsparung, niedrigen Preis, hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer, geringen Oberwellengehalt und keine hochfrequenten Störungen und werden sich daher unweigerlich als dominierendes Produkt auf dem Vorschaltgerätemarkt meines Landes etablieren. Derzeit ist die Qualität elektronischer Vorschaltgeräte auf dem Markt unbefriedigend, und die Konsistenz, Stabilität und Zuverlässigkeit der Produkte sind schwer zu gewährleisten.

Aktuell sind energiesparende induktive Vorschaltgeräte auf dem Markt erhältlich, deren Energieeinsparung mit der von elektronischen Vorschaltgeräten vergleichbar ist. Sie wurden von der chinesischen Regierung als „Produkte zur Förderung umweltfreundlicher Beleuchtung“ ausgezeichnet.

3) Die Steuerungsmethoden für Beleuchtungskörper sollten verbessert und verschiedene Energiesparschalter oder -geräte eingesetzt werden. Je nach Nutzungsart der Beleuchtung können Maßnahmen wie die Zonensteuerung oder die Erhöhung der Anzahl der Lichtschalter ergriffen werden. Dimmerschalter sind für die Beleuchtung in Schlafzimmern, Krankenzimmern, Gästezimmern, Tanzsälen, Bars und Restaurants empfehlenswert. Computergesteuerte oder fotoelektrische automatische Steuerungsgeräte können für öffentliche Bereiche und Außenbeleuchtung verwendet werden. Straßenlaternen sollten in Gruppen gesteuert und die Anwendung energiesparender Steuerungsmethoden für die Nacht gefördert werden. Zeitschaltuhren sollten in Fluren, Treppenhäusern, unter Vordächern, in Toiletten und anderen öffentlichen Bereichen installiert werden, in denen sich Personen nur kurz aufhalten. Der jährliche Stromverbrauch einer 40-W-Dauerlichtlampe in einem Treppenhaus mit einem herkömmlichen Kippschalter beträgt schätzungsweise 160 kWh, mit einer Zeitschaltuhr hingegen nur 20 kWh – ein Unterschied um das Achtfache.

4) Verbessern Sie die Instandhaltung und das Management Ihrer Beleuchtungsanlagen. Reinigen Sie Leuchten und Lampenfassungen regelmäßig von Staub und tauschen Sie veraltete oder beschädigte Leuchten zeitnah aus, um die Effizienz Ihrer Beleuchtungsanlagen zu maximieren. Dies ist ein wesentlicher Aspekt der Energieeinsparung bei Beleuchtung.

5) Den Energieverbrauch energisch fördern und proaktive Maßnahmen zur Stromeinsparung ergreifen, wie z. B. die separate Messung des Stromverbrauchs für die Beleuchtung in Werkstätten, Wohnheimen und Wohnungen, um Energieverschwendung zu reduzieren und gute Gewohnheiten des Stromsparens bei allen Bürgern zu fördern.

3.4 Beschleunigung der Forschung an neuen Beleuchtungstechnologien

Wir müssen die Solarbeleuchtungstechnologie weiter erforschen und verbessern und sie so schnell wie möglich für Hindernisfeuer in der Luftfahrt, Stromversorgungs-Beschilderungssysteme für Hochhäuser (d. h. Photovoltaik-Stromversorgungssysteme) und andere Beleuchtungs-Stromversorgungssysteme einsetzen.

Solarbetriebene Beleuchtung ist derzeit technisch und wirtschaftlich realisierbar und bietet erhebliche Leistungsvorteile. Dadurch stellt sie eine exzellente, umweltfreundliche Lichtquelle mit sehr breitem Anwendungsspektrum dar. Gleichzeitig ist die Weiterentwicklung neuer energiesparender und umweltfreundlicher Lichtquellen sowie die Beschleunigung des Projekts „Grüne Beleuchtung in China“ eine zentrale Herausforderung. Ein Flughafen hat ein LED-Beleuchtungssystem für seine Navigationsbeleuchtung entwickelt und installiert, das eine Energieeinsparung von nahezu 90 % erzielt und gleichzeitig die Lichtqualität verbessert sowie die Lebensdauer der Lampen verlängert. Daher besteht weiterhin erhebliches Potenzial, fortschrittliche Technologien in der Architekturbeleuchtung optimal zu nutzen, um die Lichtqualität zu verbessern und elektrische Energie zu sparen.

4. Energiespartechnologien für elektronische Geräte

Energiespartechnologien für elektronische Geräte lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Hardware und Software. Hardwarebasierte Verfahren nutzen Leistungswandlungstechnologien (basierend auf Leistungselektronik), um Energie zu sparen, während Softwareverfahren auf Energiemanagement setzen. Mit der Entwicklung von Leistungsschaltern, Steuerschaltungen und der Regelungstechnik hat die Leistungswandlungstechnologie die Umwandlungseffizienz maßgeblich verbessert. Digitale Technologien wie digitale Signalprozessoren (DSPs) ermöglichen zudem komplexe Steuerungsvorgänge und spielen eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung des Stromverbrauchs von Steuerschaltungen.

4.1 Großintegrierte Schaltungen (LSI)

1) Die Reduzierung der Versorgungsspannung durch Niederspannung und Hochstrom ist der effektivste Weg, den Stromverbrauch von LSIs zu senken. Angesichts des Trends zur Miniaturisierung in der LSI-Fertigung ist dies eine notwendige Technologie. Aktuell verwenden CPUs eine Betriebsspannung von 18 V, und es besteht der Trend, diese zukünftig auf 1 V zu reduzieren.

2) Steuerung der Betriebsfrequenz: Die Steuerung der Betriebsfrequenz des LSI ist ebenfalls eine Möglichkeit, den Stromverbrauch zu reduzieren. Durch die Reduzierung der Betriebsfrequenz mittels Energiemanagement und die präzise Steuerung der Abschaltung kann der Stromverbrauch gesenkt werden.

3) Leistungsarmes LSI-Netzteil: Um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen, verwendet die Netzteilschaltung einen synchronen Gleichrichter-DC/DC-Wandler. Die wichtigsten Komponenten dieses DC/DC-Wandlers sind der Steuer-IC, die Leistungsdrossel, der Leistungstransistor und der Glättungskondensator. Zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Stromwandlers wurden Steuer-ICs mit extrem niedrigem Stromverbrauch, Leistungs-MOSFETs (FETs) mit niedrigem Einschaltwiderstand und geringer Ansteuerleistung sowie verlustarme Leistungsdrosseln entwickelt.

4.2 Elektrischer Motorantrieb

1) Invertersteuerung: Inverter-Klimaanlagen erfreuen sich derzeit großer Beliebtheit, vor allem dank der Invertersteuerungstechnologie. Diese ermöglicht hervorragende Ergebnisse wie Energieeinsparung, geringe Geräuschentwicklung und hohe Effizienz. Die meisten Haushaltsgeräte wie Kühlschränke, Klimaanlagen und Waschmaschinen verwenden Induktionsmotoren, die mit Netzfrequenzen betrieben werden. Daher ist es schwierig, die Betriebsfrequenz dieser Motoren direkt zu ändern. Durch die Einführung der Invertersteuerungstechnologie und den Einsatz von Leistungstransistoren zur Anpassung der Motorspannung für die Drehzahlregelung lässt sich die Motoreffizienz jedoch deutlich steigern und der Energieverbrauch erheblich reduzieren. Neuere Invertersteuerungen nutzen Pulsamplitudenmodulation (PAM) anstelle der zuvor verwendeten Pulsweitenmodulation (PWM). Dies ermöglicht den Einsatz von drehmomentschwachen, hocheffizienten Motoren zum Antrieb des Kompressors, wodurch die Effizienz bei niedrigen und mittleren Drehzahlen verbessert und signifikante Energieeinsparungen erzielt werden.

2) Um Motoren direkt mit Netzfrequenz zu versorgen und hohe Spannungen sowie gepulste hohe Ströme zu bewältigen, wurde eine neue Generation langlebiger, hochspannungsfester IGBTs mit niedrigem Einschaltwiderstand für die Leistungsschaltung entwickelt. Die erfolgreich entwickelten IGBTs der dritten Generation weisen im Vergleich zur ersten Generation deutliche Verbesserungen hinsichtlich der Abschaltzeit und der Sättigungsspannung auf. Beispielsweise reduziert sich der Leistungsverlust in einem rauscharmen Wechselrichter, der mit 15 Hz arbeitet, durch den Einsatz von IGBTs der dritten Generation im Vergleich zur ersten Generation um etwa die Hälfte. Die Entwicklung von Hochleistungs-Leistungselektronikbauelementen wie GTRs, GTOs, IGBTs, IGCTs, MOSFETs, EITHs, PCTHs und SMAR-POWERs sowie deren Anwendung in der Motordrehzahlregelung, Gleichrichtern, Erregerstromversorgungen, Blindleistungskompensation und Hochfrequenzgleichrichtung von Leuchtstofflampen demonstrieren allesamt signifikante Energieeinsparungspotenziale.

3) Bürstenlose Gleichstrommotoren verwenden Permanentmagnete im Rotor. Durch die Änderung der Magnetform zu einer D-Form lässt sich die magnetische Flussdichte erhöhen und somit der Wirkungsgrad des Motors verbessern. Der Einsatz von Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten mit hohem Energieprodukt als Rotorkern führt zu einem noch höheren Wirkungsgrad und einer deutlich geringeren Baugröße.

4) Motordrehzahlregelung. Hierzu zählen Drehzahlregler wie drehzahlgeregelte Motoren, hydraulische Kupplungen, viskose Drehzahlregler, Kaskadenregler, Spannungsregler und Frequenzumrichter. Die Frequenzumrichter-Drehzahlregelung bietet viele Vorteile; in manchen Fällen lassen sich bis zu 50 % Energie einsparen.

4.3 Reduzierung des Stromverbrauchs im Standby-Modus.

Die Reduzierung des Standby-Stromverbrauchs erfordert die Verbesserung des Wirkungsgrads des integrierten Netzteils. Bei Geräten mit einer Leistungsaufnahme unter 100 W ist das integrierte Netzteil üblicherweise nicht verbaut; stattdessen wird in der Regel ein Stromrichter mit mehreren Ausgängen verwendet. Der Fokus liegt auf der Verbesserung des Wirkungsgrads dieses Stromrichters im ausgeschalteten Zustand (bei einer Last von wenigen Watt). Bei kleinen Netzteilen mit integriertem Netzteil werden aus Gründen der Baugröße und des Preises extern erregte oder selbsterregte Rückkopplungswandler eingesetzt.

5. Neue Energiespartechnologien

5.1 Supraleitende Leistungstechnologie

Der elektrische Widerstand von Metallen sinkt mit abnehmender Temperatur und erreicht bei extrem niedrigen Temperaturen null – ein Zeichen für Supraleitung. Jüngste Durchbrüche bei supraleitenden Materialien haben zur Entdeckung von Werkstoffen geführt, die bei Temperaturen von -194 °C in flüssigem Stickstoff supraleitend sind. Aufgrund ihrer exzellenten Leitfähigkeit ermöglichen Supraleiter erhebliche Energieeinsparungen bei der Stromerzeugung. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf vier Hauptbereiche: Stromerzeugung, -übertragung, Energiespeicherung und fortschrittliche Stromerzeugungstechnologien. Im Vergleich zu konventionellen Generatoren sind supraleitende Generatoren halb so groß und zwei Drittel leichter und erreichen dabei einen Wirkungsgrad von 99,5 %. Die Übertragungsverluste liegen bei herkömmlichen Generatoren bei über 10 %, während supraleitende Kabel praktisch verlustfrei arbeiten. Supraleitende Energiespeicher erreichen einen Wirkungsgrad von 90 %, der 15–40 % höher ist als bei anderen Energiespeichertechnologien. Die von Supraleitern erzeugten starken Magnetfelder werden in der magnetohydrodynamischen Stromerzeugung und in fortschrittlichen Kernfusionstechnologien eingesetzt.

5.2 Hocheffiziente Energiespeicherbatterie

主要用于电动汽车和电力调峰，为了环境保护，现在国际上正在大力开发电动汽车，目前用于电动汽车的高效蓄电池.一次充电已可行200km；用于调峰的蓄电池功率到1000 kW，充入电效率达90％～91％，同样体积的蓄电量可为铅蓄电池的2～3倍。这些高效蓄电池也应用在风力发电与太阳能发电上。

5.3 燃料电池

燃料电池的基本原理与一般电池相似，可将燃料氧化反廊所释放的能量转换为电能。所不同的是燃料电池是燃料（氢气、天然气、石油气、煤制气）连续输入负极，通过电解质，与也连续地输入正极的氧化剂进行化学反应转换成电能和热能，由此，燃料电池能连续不断地输出电能和热能。燃料电池电能转换效率可达50％，如计入副产品热能综合利用，转换效率可达80％，节能显著。它可建成集中供热电厂，也可为分散小单位供热供电.可免去存长距离输送时所需设施和能量损失。

5.4 煤气化联合循环发电（IGCC）

煤气化生成燃料气，燃料气驱动燃气轮机，燃气轮机排烟气加热锅炉，产生蒸气驱动汽轮机发电。目前国外己建、在建的IGCC有20多个，新一代的IGCC供电效率可达43％～46％，我国也正在研究开发。

6. Schlussfolgerung

目前作为主要能源的煤和石油等一次能源，都是不可再生的地球资源。社会经济发展愈迅速，对能源的开采量需求就愈大，地球所蕴藏的化石能源总有天将开采殆尽，这与可持续发展是相矛盾的。因此，合理高效地利用能源，是保持社会适度发展，又尽可能地减少资源消耗的要求。从环境保护方面来说，保持生态平衡、减少环境污染也是可持续发展的重要内容，粗放型经济的发展己使得人类生存环境极度恶化在经济发展中减少对环境的污染、保持人类生存环境已成为全人类的当务之急。

电能作为最经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，其节能技术的推广有助于显著减少次能源的消耗和环境的污染，是合理高效利用能源的有效途径。