Основные направления сбережения электроэнергии, выявленные в процессе энергетических обследований промышленных предприятий
В статье обсуждаются возможные малозатратные и относительно быстро внедряемые мероприятия по сбережению электроэнергии и повышению надежности электроснабжения, обоснование которых могут дать специализированные организации и квалифицированные специалисты-электрики предприятий. Эффективность этих мероприятий не столь масштабна, если их сравнивать с эффектами от перехода на современные энергосберегающие технологии или от сооружения на предприятиях собственных источников электрической и тепловой энергии, но последние требуют больших капитальных затрат и сроков реализации.
В первую очередь отметим, что известный путь снижения оплаты электроэнергии за счёт компенсации реактивной мощности (КРМ), как показывают последние исследования, может оказаться заметно менее эффективным по сравнению с принятием мер по поддержанию в электрических сетях рациональных (пониженных в допустимых пределах) уровней напряжения. Поясним этот тезис.
Известен факт изменения мощности нагрузок и потребляемой (оплачиваемой) электроэнергии при изменении напряжения. Согласно имеющемуся опыту измерений так называемых регулирующих эффектов активных и реактивных нагрузок по напряжению на промышленных предприятиях, в том числе относящихся к целлюлозно-бумажной промышленности, они составляют:
.
Безразмерные коэффициенты KP,U и KQ,U показывают на сколько процентов увеличится (уменьшится) исходная мощность нагрузки (индекс «0») при увеличении (уменьшении) напряжения на 1%. Обозначая относительное изменение напряжения как ?U=?U/Uo, можно записать выражения для мощности нагрузки:
Учитывая допустимость в реальных условиях перестройки карты напряжения в сетях с их понижением хотя бы на ?U=-(2?3)% при непревышении в наиболее удаленных точках сети допустимого по ГОСТ уровня U=0,95•Uном можно даже при относительно малых значениях KP,U=0,5 и KQ,U=2 добиться снижения мощности и оплаты активной энергии на (2?3)% практически без дополнительных затрат. Важно отметить тот факт, что понижение (повышение) напряжения по крайней мере в пределах допустимых уровней 0,95•Uном< p потребителя.< у работы полезной (увеличением) уменьшением дополнительным с связано не практически исследованиям многочисленным согласно 1,05•Uном>
Потери активной мощности в сети, имевшие до изменения напряжения значение ?Po, могут быть с достаточной точностью оценены по формуле:
из которой следует, что только при KP,U = KQ,U = 0 потери вычисляются по известному выражению ?P=?Po(1-2?U) (они уменьшаются на 2% при увеличении напряжения на 1%). Но, например, при реальных значениях KP,U > 1 и KQ,U > 1 наблюдается противоположная зависимость из-за изменения нагрузки. В любом случае, при относительно малых реальных потерях мощности в электрических сетях предприятий (обычно ?Po < 4 %) уменьшение электропотребления за счет снижения напряжений на порядок и более значимо по сравнению с возможным влиянием напряжения на активные потери.
Затратное мероприятие типа КРМ обычно трактуется как основной способ уменьшения потерь и, соответственно, платы за электроэнергию. Для эквивалентной сети с параметрами нагрузки Po, Qo, tg?o после её разгрузки от реактивных токов за счет установки компенсирующих устройств, например КБ с мощностью Qкб, и уменьшения коэффициента реактивной мощности до значения tg?=(Q-Qo)/Po потери мощности уменьшаются на величину
которая при tg?o=0.5 и tg?=0 может составлять 0,2•?Po или 0,8% при ?P = 4%.
Но следует обратить внимание на то, что формула (3) выведена в предположении об одинаковости напряжений в сети до и после КРМ, а реально это можно обеспечить только путем регулирования напряжения в центре питания, что не всегда доступно для реализации потребителям. Напряжение в сети после подключения КБ повышается на относительную величин ?U ?Qкб/Sкз Qкб•uk/SТном (uk и SТном – параметры трансформатора на ГПП) и вызывает увеличение нагрузки в соответствии с её регулирующими эффектами на величины ?Pнг = KP,U•Po•?Uкб и Qнг = KQ,U•Qo•?Uкб. Увеличение оплаты электроэнергии вследствие роста активной мощности нагрузки в этих условиях заведомо больше предполагавшегося эффекта от КРМ.
Отсюда следует вывод о необходимости обязательного контроля и регулирования напряжения после подключения КБ во избежание известных случающихся парадоксов, когда затратив большие средства на КРМ потребитель увеличивает плату за электроэнергию.
Вышесказанное относилось к активной мощности (энергии). Аналогично можно утверждать, что оптимизация напряжений позволяет достичь заметного (до 10% и выше) уменьшения потребления реактивной мощности и тем самым более экономично решать вопросы КРМ, если они возникают.
Выше упоминались КБ, являющиеся основным экономичным источником реактивной мощности. Целесообразно также в полной мере использовать располагаемую реактивную мощность имеющихся генераторов местных ТЭЦ. При этом, во избежание чрезмерного повышения напряжения на шинах ТЭЦ, следует соответствующим образом изменять ступени на трансформаторах связи с сетью высокого напряжения.
Привлечение к КРМ мощных перевозбужденных СД может быть оправдано только в тех случаях, когда иным путем не удается выполнить условия энергосистемы по потреблению реактивной мощности и энергии, и в результате к предприятию применяются штрафные санкции. Вследствие больших активных потерь в СД при выработке реактивной мощности, многократно превышающих потери в КБ, их целесообразно эксплуатировать при cos? = 1. И тем более неэкономично использовать СД, разгруженные по валу, в режиме синхронного компенсатора, поскольку большие механические потери электропривода с СД в этом случае могут достичь 10% и более от вырабатываемой реактивной мощности.
Кратко перечислим другие мероприятия, позволяющие получить экономию электроэнергии и снижение затрат на эксплуатацию систем электроснабжения.
В настоящее время не вызывает сомнений эффективность применения частотно-регулируемого электропривода насосов и вентиляторов для снижения электропотребления в тех случаях, когда необходимы большие изменения их производительности в течение суток. Но, согласно имеющемуся опыту, соизмеримый а иногда и больший потенциал энергосбережения заключается в реконструкции и замене работающих в стабильном режиме электроприводов (двигателей, наосов, вентиляторов) если измерения констатируют их работу с пониженным КПД из-за несоответствия реальных напоров и расходов номинальным параметрам насосов и вентиляторов. Окупаемость подобных мероприятий часто не превышает 2-х лет.
Внедрение на предприятиях АСУТП и автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ и т.п.), безусловно, способствует энергосбережению. Но хотелось бы обратить внимание на важность организации контроля и учета с приемлемой точностью также других используемых энергоносителей. Для анализа экономичности расхода энергоносителей при производстве конечной продукции необходим одновременный учет динамики расхода сырья и динамики выхода конечной продукции, расчет удельных расходов энергии (УРЭ) на готовый продукт. Расчеты УРЭ и их анализ следует делать по специализированным программам с конечными целями поиска условий функционирования предприятия при устойчивой тенденции к снижению УРЭ на всех звеньях производства.
Кратко упомянем еще об одной актуальной для промышленных предприятий проблеме – повышенной аварийности из-за однофазных замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. Большие сосредоточенные мощности нагрузок с развитой кабельной сетью, создающей повышенные емкостные токи замыкания, наличие источников высших гармоник в виде различного рода преобразователей, наличие высоковольтных электродвигателей с ослабленной изоляцией по сравнению с изоляцией прочих элементов электрической сети – все это затрудняет обеспечение требуемых минимизаций токов в месте замыкания и ограничения уровней перенапряжений, требует специальных технических решений по организации селективной работы защит нулевой последовательности, минимизации опасных резонансных процессов в режимах замыкания, сокращения длительности режимов замыканий. Имеющиеся в настоящее время технические средства (управляемые дуговые реакторы и резисторы для нейтралей, цифровые защиты со специальными алгоритмами работы, ограничители перенапряжений и др.) при относительно небольших затратах способны помочь в решении проблемы совершенствования режимов нейтралей.
Конкретный анализ ситуаций на промышленных предприятиях по всем затронутым выше направлениям, включая неупомянутые вопросы качества напряжения, желательно проводить с привлечением компетентных организаций, имеющих современные средства измерений и соответствующую квалификацию.
Автор:
Л.А.Кучумов, заведующий ЭТЛ ЗАО «НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ».