Энергосбережение в энергетике

А) Компенсаторы реактивной мощности и фильтры высших гармоник

Экономический эффект от внедрения компенсатора реактивной мощности (КРМ) складывается из следующих составляющих:

1. Экономия на оплате реактивной энергии. Оплата за реактивную энергию составляет от 12% до 50% от активной энергии в различных регионах России.
2. Для действующих объектов — уменьшение потерь энергии в кабелях за счет уменьшения фазных токов. В среднем, на действующих объектах в подводящих кабелях теряется 10…15% расходуемой активной энергии.
3. Для проектируемых объектов — экономия на стоимости кабелей за счет уменьшения их сечения.
4. При значительной загрузке силового трансформатора можно учитывать экономию от продления срока службы трансформаторов за счет снижения температуры перегрева обмоток.

Преимущества использования конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности

Проблемы, которые помогут решить конденсаторные установки

Конденсаторные установки применяются не только для замедления вращения счетчика реактивной энергии. Помимо этого, с их помощью решается ряд других проблем, возникающих на производстве:

Преимущества автоматизированных конденсаторных установок при КРМ

Где необходима компенсация реактивной мощности?

Широкое применение потребителей энергии с резкопеременной нагрузкой и несинусоидальным током, сопровождается значительным потреблением электрической мощности и искажением питающего напряжения, что приводит к росту потерь электроэнергии за счет низкого cos φ и нарушению нормального функционирования потребления электроэнергии.

Это предприятия, где используются:

и производства:

Где необходимы тиристорные конденсаторные установки?

А также там, где нужны эргономичные – малошумные (не контакторные) решения:

Недостатки традиционных КРМ-0,4 по сравнению с тиристорными конденсаторными установками КРМ-Т-0,4:

Достоинства тиристорных конденсаторных установок:

Так как тиристорная конденсаторная установка компенсирует реактивную мощность практически мгновенно, то силовой трансформатор работает на активную нагрузку, что увеличивает его срок службы. Статические тиристорные контакторы не имеют ограничений по числу коммутаций.

Компенсаторы реактивной мощности серии КРМ-Ф

Качество электроэнергии имеет большое значение для многих потребителей. В существующей системе электроснабжения предприятия (СЭСП) присутствует определенный уровень гармонических составляющих, зависящий от мощности и количества нелинейных электроприемников (преобразователь, дуговая печь, сварочная установка, компьютерное оборудование).

Повсеместное внедрение силовой преобразовательной техники (СПТ), например, частотно регулируемых приводов станций управления погружными насосами ЭЦН (ЧРП СУ), ставит перед предприятиями проблему искажения кривой питающего напряжения высшими гармониками, генерируемыми СПТ.

Многие производители (ЧРП), делая попытку сэкономить при внедрении частотных приводов, не оснащают их выходными фильтрами. Впоследствии таким предприятиям приходится решать проблему очень сильного засорения питающего напряжения высшими гармониками.

Высокое содержание высших гармонических составляющих в сети предприятия снижает коэффициент мощности, проводит к перегреву и обусловленному этим преждевременному старению изоляции и выходу из строя элементов СЭС, ложным срабатываниям защит, перебоям в сети работы компьютерного оборудования и т.д. Конденсаторная установка, подключаемая к СЭСП образует, вместе с силовым трансформатором резонансный контур, который может оказаться, настроен на одну из гармоник присутствующих в сети.

Частоты резонанса, конденсаторной установки и понижающего трансформатора 6/0,4 кВ 10/0,4 кВ находятся, как правило, в диапазоне от 150 до 500 Гц. Если с этим резонансом не бороться, мы сталкиваемся с такой проблемой как перегрузка конденсаторов, силовых трансформаторов, и другого распределительного оборудования, а также резонансное усиление гармоник. Чтобы избежать неприятностей с резонансами силовых трансформаторов и конденсаторов необходимо использовать трехфазные дроссели подключаемые последовательно с конденсаторами. Частота резонанса такого контура должна быть ниже, частоты самых низших гармоник присутствующих в сети. Для гармоник с частотами выше, чем частота контура образованного конденсатором и дросселем, резонанс не возникает.

Трехфазные дроссели предназначены для работы в составе конденсаторных установок, включаются последовательно с конденсаторами, и служат для отстройки от частоты превалирующей в сети гармоники, для предотвращения перегрева и пробоя конденсаторов. Как известно, при повышении частоты приложенного напряжения к конденсатору его сопротивление снижается. Поэтому используются дроссели которые вместе с конденсатором образуют контур отстроенный от частоты гармоники и подавляющий ее.

В настоящее время такие дроссели эффективно используются в сетях содержащих гармоники с 5-ой и выше – используются дросселя с расстройкой 14 % = 134 Гц и конденсаторы номинальным напряжением 525 В, и в сетях с гармониками с 7 ой и выше — используются дросселя с расстройкой 7 % = 189 Гц и конденсаторы номинальным напряжением 525 В.

Эти неприятные последствия (насыщение и перегрев трансформаторов, подгорание контактных соединений, сбои в работе электронных блоков автоматических выключателей и оборудования оснащенного ЧПУ) можно исключить.

Для этого, перед внедрением на предприятии установок компенсации реактивной мощности, необходимо произвести замеры качества электроэнергии, выявить присутствующие в сети гармоники и просчитать возможные резонансы при таком внедрении.

В случае возможности резонансных явлений, применение автоматических конденсаторных установок возможно только с фильтрующими дросселями на каждой ступени – КРМ-Ф

В) Экономия расходов при правильном учете электроэнергии (АСКУЭ)

АСКУЭ — ЭТО ИНСТРУМЕНТдля сбора и анализа информации, который получает клиент за свои деньги. И эффект от этого приобретения во многом зависит от того, как этим инструментом воспользуются. Как древнему Питекантропу помогали палка и камень в его доэлектрической жизни, так и АСКУЭ призвана помочь современному электропотребителю (и физическому, и юридическому лицу) в таких аспектах его семейной и производственной деятельности, как:

· достоверность учёта электро-энергии и мощности;

· контроль качества получаемой и потребляемой электроэнергии;

· анализ результатов и выработка решений;

· проведение различных мероприятий по рациональному расходу электроэнергии и выравниванию потребляемых мощностей в определённые периоды времени;

· оптимизация и управление нагрузкой потребителей;

· (и как эффект всего!) снижение платежей за потребляемую электроэнергию.

Перечень и последовательность работ (этапов) по созданию ЭТОГО ИНСТРУМЕНТА,а также порядок его приёмки, освидетельствования, испытаний и ввода в эксплуатацию чётко регламентированы.

Расчёты по эффективности внедрения АСКУЭ начинаются, как правило, до поставок и прочего ещё на стадии проведения квалифицированного обследования энергообъекта.

Не вдаваясь в методические умозаключения о существующих способах расчёта, можно сказать, что эффективность внедрения автоматизированной системы в общем случае определяется на основе моделирования и анализа денежных потоков (финансовые затраты на создание и финансовые результаты от внедрения, сальдо и доход и т.п.) за весь амортизационный период приборов и оборудования, входящих в состав системы, или амортизации АСКУЭ «в целом», но это уже как принято на конкретном предприятии, в соответствии с его бухгалтерской учётной политикой.

Деньги любят счет. Поэтому всё достаточно точно и конкретно считается и обосновывается. Считается предварительно – на проектной стадии и уже более точно – после создания АСКУЭ и, конечно, уже с использованием полученных из АСКУЭ точных и легитимных данных учёта.

Подтверждённые практикой величины экономии затрат на электроэнергию в результате внедрения АСКУЭ.

Одним из факторовснижения затрат на оплату электроэнергии, связанных с внедрением АСКУЭ, являетсяповышение класса точностисчётчиковэлектроэнергии (0,2 вместо 2,0). Такое повышение класса точности может привести к изменению величины в оплате электроэнергии, равной 1,8 %. Правда, этот фактор может сыграть как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Поэтому в ваших предварительных расчётах рекомендуем принять, что эффект в результате действия этого фактора составит примерно0,9 %от базового объёма ваших затрат на электроэнергию.

Следующий момент. Внедрение АСКУЭ является необходимым условием перехода коплате по дифференцированным тарифам за электроэнергию. Эти тарифы позволяют потребителю (и физическому, и юридическому лицу) оптимизировать процесс своего потребления электроэнергии путём определённого увеличения (насколько это позволяет домашний или производственный процесс) ночного потребления и его снижения в часы большей и/или максимальной оплаты.

В РФ принята и действует Программа тарифной политики, которой предусмотрена дифференциация тарифов «по объемам потребления» и «по зонам суток».

Несмотря на некую многоуровневость, тут достаточно просто можно контролировать всё самому (хотя лучше это делать автоматически с использованием точных средств измерения). Но сначала всё же лучше предварительный расчёт на калькуляторе, а потом осознанное решение – автоматизировать учёт или нет.

Однако Законом об электроэнергетике предусмотрен ещё один механизм, который затрагивает как физических, так и юридических лиц.

Речь идёт о дифференциации тарифов на электроэнергию по зонам суток, или так называемых «зональных тарифах».

Действительно, из всего объёма производимой в РФ электроэнергии население потребляет лишь 12 %, остальное приходится на долю промышленных предприятий, юридических лиц, бюджетных организаций, где также необходимо стимулировать энергосбережение.

Основная задача этих тарифов – снизить объём потребления в часы максимума нагрузок энергосистемы и, соответственно, снизить объём необходимых резервов электрической мощности и тем самым уменьшить стоимость самой электрической энергии.

И вот тут-то уже без АСКУЭ действительно не обойтись. Здесь АСКУЭ необходима для грамотной оптимизации процесса потребления электроэнергии посредством определённого увеличения ночного потребления и снижения его в часы большей и/или максимальной оплаты (насколько это позволяет домашний или производственный процесс).

И если физические лица имеют право выбора между тарифами «по объёму потребления» или «зональными» (последние предусматривают две ставки – «день» и «ночь») и могут и будут заниматься стиркой и помывкой своей умной головы в часы экономного потребления, то для юридических лиц, для которых в обязательном законодательном порядке предусмотрено применение и оплата только по «зональному тарифу» (три ставки – «ночь», «день» и «пик нагрузки»), игра по оптимизации своих расходов должна быть гораздо тоньше и сложнее, т.к. ставка «ночного» тарифа от трёх до семи раз ниже ставки «дня» и ставки «пика», но не всегда есть возможность полностью перераспределить технологический или производственный процесс.

Для того чтобы определить величину снижения затрат на оплату электроэнергии при переходе на «зональные тарифы», необходимо сопоставить суммы платы за один и тот же объём потреблённой электроэнергии по зонам. В этом случае, если расчёты проводятся до установки АСКУЭ, вы можете экспертно определить количество потребляемой электроэнергии в разные периоды. Затем оценить возможное изменение потребления электроэнергии в эти периоды. После умножения объёма потребления по зонам на соответствующий тариф находится величина платы за электроэнергию для соответствующего периода.

На основе суточной величины оплаты электроэнергии находится величина месячной и годовой платы при использовании зональных тарифов.

Расчёты могут выявить, что в некоторых случаях «зональные тарифы» могут быть более выгодными по сравнению с «многоставочными».

Эффект от перехода на дифференцированные «зональные тарифы» можно оценить укрупненно, на основании некоторого накопленного опыта использования таких тарифов в разных отраслях промышленности. Экспертно он может быть оценен как 5–7 (6) % от базового объёма ваших затрат на электроэнергию.

Ещё одним из факторов снижения затратна оплату электроэнергии в результате внедрения АСКУЭ является возможность полного контроля над процессом электропотребления на технологические нужды, что позволяетсократить непроизводительные затратыэлектроэнергии.

До момента фактического запуска АСКУЭ затруднительно точно определить эту величину, так как только реально работающая система даёт возможность видеть полную картину энергопотребления во временнόм разрезе и выявить непроизводительные расходы. Поэтому на предпроектной, да и на проектной стадиях внедрения АСКУЭ можно лишь экспертно принять этот эффект от снижения непроизводительных расходов как 2–4 (3) %от базового объёма электропотребления предприятия.

Кроме вышеперечисленных факторов, предполагается, что наличие АСКУЭ будет являться одним из условий выхода продавца и/или покупателя электроэнергии нарынок электроэнергии и мощности,где они будут иметь возможность продавать и/или покупать электроэнергию по более низким тарифам.

Это третий фактор.

Эффект от использования более дешёвой рыночной электроэнергии экспертно может быть оценён примерно в размере10 %от базового объёма электропотребления.

По мере внедрения и накопления опыта использования АСКУЭ величины фактического эффекта могут корректироваться и гарантированно, несомненно, в большую сторону.

Немаловажен в общем эффектееще один фактор– это качество самой АСКУЭ, её надёжность и точность,что пока не получило в РФ общего широкого понимания и, соответственно, применения. А игра, поверьте, стоит свеч, это ещё плюс3–5 %

Пока же заметим, от грамотно подобранного прибора учёта, грамотно спроектированной и построенной АСКУЭ (не только по закупочной стоимости отдельных её компонентов или работ) вами может быть получен или упущен весьма значительный экономический эффект при её последующей эксплуатации.

В соответствии с законами РФ «Об обеспечении единства измерений» (ст. 13), «Об энергосбережении» (ст. 7) и другими нормативно-правовыми актами, средства измерений, используемые для коммерческого учета электроэнергии, подлежат обязательному контролю и надзору. В связи с этим применяемые при учете электрической энергии измерительные трансформаторы напряжения и тока различных классов точности подлежат первичной и периодическим поверкам. Метрологическая лаборатория ООО «РЭМКОМ» обладает большим опытом и квалифицированными кадрами для проведения данных работ.

С) Энергосбережение при освещении

Интерес к энергосбережению при освещении возобновился в условиях мирового экономического кризиса, заставившего обратить внимание на данную проблему даже высшее руководство России. Расход электроэнергии на освещение промышленных предприятий составляет в среднем по отраслям 5-15% от их общего электропотребления. Задачу экономии электроэнергии в электроосветительных установках необходимо решать с учетом правильной эксплуатации осветительных приборов и обеспечения норм освещенности, для создания безопасного и производительного труда. Причем экономия электроэнергии состоит отнюдь не в сокращении разумного ее потребления. Рациональное освещение играет важную роль в обеспечении жизнедеятельности человека, создании комфортных и производительных условий. Важное значение имеет экономичное расходование электроэнергии в электроосветительных установках промышленного и бытового назначения, внедрение новых, прогрессивных источников света, применение светильников с высоким КПД и рациональных схем освещения, позволяют во многих случаях повысить эффективность электроосветительных установок, оптимизировать освещенность рабочих мест, способствовать росту производительности и безопасности труда, достичь реальной экономии электроэнергии.

Большие перспективы имеют безэлектродные лампы, возбуждаемые при помощи СВЧ-источников, светодиодные источники белого цвета, например на гибких полимерных субстрактах (вместо стекла), получившие название ОLED (органические светодиоды), волоконные светодиоды, компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).

КЛЛ имеют в 8-10 раз больший срок службы и в 5 раз большую световую отдачу, чем ЛН. При этом КЛЛ является одноцокольной лампой, имеет малые размеры и может напрямую заменять ЛН в существующих светильниках. Применение КЛЛ мощностью 7-50 Вт, вместо ЛН мощностью 40-150 Вт, позволит сэкономить до 60 – 80% потребляемой мощности. Срок окупаемости более дорогих КЛЛ, в зависимости от стоимости электроэнергии, числа часов использования и их цены, составляет от 1,3 до 4 лет.

Для газоразрядных ламп (ГРЛ) будущее за электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА), содержащими выпрямитель, автоколебательный мостовой или полумостовой инвертор, нагруженный на лампу по резонансной схеме. Имеются тенденции сосредоточения всех функций ПРА (обеспечение зажигания, поддержание стабильных параметров лампы, контроля и регулирования) на одной плате и даже микросхеме, встроенных в компактные лампы. Применение «сухих» конденсаторов типа FEC, позволяет повысить нагревостойкость ПРА и дает возможность встраивать их в зажигающие устройства (ЗУ).

На сегодняшний день известны тысячи различных схем включения для ГРЛ и число новых решений постоянно возрастает. Проблему внедрения энергосберегающей техники освещения, на основе использования новых ПРА, можно решить только при комплексном подходе, рассматривая систему ГРЛ – ПРА – осветительная арматура, как единое целое.

Однако, высокоэффективные ЭПРА все еще дороги, и, кроме того, замена ими в уже работающих светильниках обычных ПРА или затруднена, или вообще не возможна. Поэтому приемлемым решением проблемы повышения эффективности и экономичности существующего осветительного оборудования является дополнительная комплектация стандартных ПРА относительно недорогими и несложными электронными схемами. Такие схемы могут быть смонтированы как в автономном корпусе, так и встроены в объединенный блок с обычными ПРА.

Рассмотрим некоторые мероприятия по экономии электроэнергии при освещении:

1. 1. Замена ламп накаливания (ЛН) на люминесцентные (ЛЛ) и другие газоразрядные, с увеличением эффективности в несколько раз.
   2. Сокращение непроизводительной продолжительности горения ламп, за счет максимального использования естественного освещения, правильного устройства управлением освещением, применения автоматического и программного управления освещением.
   3. Экономия за счет рациональной световой окраски стен и потолков производственных помещений.
   4. Оптимальные схемы замены изношенных ламп в процессе эксплуатации, с определением полезного срока службы ламп путем экономического расчета выбора варианта замены, при котором приведенные годовые затраты на освещение будут минимальными. Замена ламп после их перегорания не является наилучшим решением. Большинство типов ламп (ЛЛ, ДРЛ) перегорают, когда их световой поток снижается до 50% и более. Это означает, что уровень освещенности бывает недостаточным для выполнения задач по организации комфортных и безопасных условий работы, но при этом расход электроэнергии на освещение составляет 100% (т.е. вы платите за 100%, а потребляете – 50%).
   5. Поддержание светильников в надлежащей чистоте с обеспечением их высокого светового КПД и необходимой формы кривой силы света.
   6. Правильный выбор светильников и ламп, удовлетворяющих строительным нормам и правилам (например, СНиП 181 — 81).
   7. Правильная эксплуатация электроосветительных установок и их планово – предупредительный ремонт.
   8. Выбор более экономичных для конкретных осветительных установок источников света и светильников. Например, замена традиционных ламп накаливания на более экономичные криптоновые ЛН (например типа НБК с биспиральным телом накала, заполненных криптоном). Эти лампы дороже ламп типа НБ, заполненных аргоном, но значительно экономичнее по расходу электроэнергии. Лампы НБК — 220 расчитанные на 220 В имеют на 11 – 16% больший световой поток, чем лампы НБ — 220 (например, для 100 Вт ламп световой поток составляет: для НБ — 200 – 1240 лм, а для НБК — 220 – 1380 лм). Известно [1] также, что для ламп с напряжением 127 В (НБ — 127 и НБК — 127) световой поток выше, чем при напряжении 220 в, на 5,5 – 19%.
   9. Замена светильников с низким или ухудшенным за время эксплуатации КПД, на более эффективные, например с корпусами из алюминия с отражением, близким к зеркальному.
   10. Разработка и применение рациональных схем осветительных сетей, уменьшение потерь электроэнергии, повышение коэффициента мощности (cos φ) в электроосветительных установках.

D) Снижение потерь при передаче электроэнергии

Одна из важных для энергетической отрасли проблем сегодня – потери электроэнергии при транспортировке по сетям. Для потребителей они отрицательно сказываются на качестве электроснабжения, а для энергопредприятий – на их экономике. Также энергопотери негативно отражаются на функционировании всей системы электроснабжения. Их называют фактическими или отчетными. Такие потери представляют собой разность электроэнергии, между той, которая поступила в сеть и той, которая была поставлена потребителям.

Классифицировать энергопотери можно по различным составляющим: характер потерь, класс напряжения, группа элементов, производственное подразделение и т.п. Мы же попытаемся их разделить по физической природе и специфике методов определений количественного значения. По этим параметрам можно выделить:

1. Потери технического характера. Они возникают при передаче энергии по электросетям и обуславливаются физическими процессами, которые происходят в проводах и оборудовании.
2. Электроэнергия, которая расходуется на обеспечение работы подстанций и деятельности персонала. Такая энергия определяется счетчиками, установленными на трансформаторах собственных нужд электростанций.
3. Потери, которые обусловлены погрешностями при ее измерении приборами.
4. Потери коммерческого характера. Это – хищения энергии, различия в показаниях счетчиков и произведенной оплатой потребителями. Их высчитывают по разнице между отчетными потерями и суммой потерь электроэнергии, указанной нами в первых трех пунктах.

Следствие энергопотерь – убыток для энергетических компаний и увеличение тарифов для потребителя. С ними следует бороться. Для достижения положительного результата нужен целый комплекс мер в виде постоянного мониторинга ситуации, выполнения ремонтных работ в соответствии с техническим регламентом, модернизации оборудования, внедрения новых технологий, совершенствования систем учета электрической энергии, улучшения схем электроснабжения. И определяющее значение здесь носит именно слово «комплекс», потому что ожидать должного результата от отдельных мероприятий смысла не имеет.