Энергосберегающие мероприятия в системах электропотребления
Системы
электропотребления включают в себя
трансформаторы, распределительные
сети, электродвигатели, системы
электрического уличного и местного
освещения.
Неоправданные
потери в трансформаторах наблюдаются
как при недогрузках, когда потребляемая
мощность значительно ниже номинальной
мощности трансформатора, работающего
в режиме, близком к режиму холостого
хода (потери составляют 0,2—0,5% от
номинальной мощности трансформатора),
так и при перегрузках.
Большие,
сверхнормативные потери могут быть в
длинных, перегруженных распределительных
сетях.
Суммарные
потери в электродвигателе имеют четыре
основные составляющие:
• потери
в стали (потери холостого хода), связанные
с напряжением питания, постоянны для
каждого двигателя и не зависят от
нагрузки ;
• активные
потери в меди, пропорциональные квадрату
тока нагрузки;
• потери
на трение, постоянные для данной частоты
вращения и не зависящие от нагрузки;
• добавочные
потери от рассеивания, зависящие от
нагрузки.
При
снижении нагрузки двигателя до 50% и
менее его эффективность начинает быстро
падать, потому что потери в железе
начинают преобладать.
При
работе электродвигателей и трансформаторов
генерируется реактивная нагрузка, в
сетях и трансформаторах циркулируют
токи реактивной мощности, которые
приводят к дополнительным активным
потерям.
Общие
мероприятия по энергосбережению в
установках,использующих электродвигатели:
• Мощность
двигателя должна соответствовать
нагрузке
• при
часто повторяющейся работе в режиме
холостого хода двигатель должен легко
выключаться;
• необходимо
эффективно защищать крыльчатку системы
обдува двигателя для устранения его
возможного перегрева и увеличения доли
потерь;
• на
эффективность работы систем влияет
смазка подшипников и узлов трения;
• рассмотреть
возможность применения электронных
регуляторов скорости вращения в
двигателях, которые часть времени
работают на неполной нагрузке;
• оценить
возможность применения энергоэффективных
(ЭЭ) двигателей, так как суммарная
экономия электроэнергии может в 15 раз
превысить стоимость электродвигателя;
•
Мощность
двигателя должна соответствовать
нагрузке
•
необходимо
эффективно защищать крыльчатку системы
обдува двигателя для устранения его
возможного перегрева и увеличения доли
потерь;
Экономия
электрической энергии в системах
электропотребления может быть достигнута
за счет:
• внедрения
в системах горячего и холодного
водоснабжения, вентиляции зданий
регулируемого электропривода;
• выравнивания
графиков электрических нагрузок
административных, жилых зданий за счет
внедрения систем электротеплоаккумулирующего
отопления и систем горячего водоснабжения
с применением аккумуляционных
электроводоподогревателей;
• применения
двухтарифного учета электрической
энергии, потребляемой населением и
общедомовыми потребителями;
• оптимизации
режимов работы и мощности электродвигателей,
применяемых в инженерном оборудовании
здания (лифты, насосы, вентиляторы и
т.п.);
• повышения
качества технического обслуживания
электрооборудования зданий, устранения
неисправностей в электроприводах
питания и распределения электроэнергии;
• внедрения
автоматизированных систем учета,
контроля и в обоснованных случаях
регулирования потребления электроэнергии
населением и общедомовыми электроустановками.
Энергосбережение
в электропотребляющих установках
Как
правило, на предприятиях ведется
постоянный учет расхода электроэнергии,
который оборудован входным коммерческим
учетом на ТП, на распределительных
устройствах для крупных внутренних
потребителей а на индивидуальных вводах
квартир установлены электросчетчики.
Зачастую системы электроснабжения
эксплуатируются не в номинальных
режимах, электрооборудование и
распределительные сети оказываются
перегружены или недогружены. Это приводит
к увеличению доли потерь в трансформаторах,
электродвигателях, что приводит к
снижению значения cos j
в системе электроснабжения.
Экономия
потребляемой предприятием электрической
энергии достигается непосредственно
через снижение потерь электрической
энергии в системах трансформирования,
распределения и преобразования
(трансформаторы, распределительные
сети, электродвигатели, системы
электрического уличного и местного
освещения), а также через оптимизацию
режимов эксплуатации оборудования,
потребляющего эту энергию. Причем
последнее дает наибольший экономический
эффект (до 70 — 80% от общей экономии).
Одним
из факторов, приводящие к возникновению
потерь в электрических сетях промышленных
предприятий является реактивная
составляющая протекающего тока при
наличии индуктивной нагрузки (нагрузка
в промышленных и бытовых электросетях
носит обычно активно-индуктивный
характер). Соответственно, из электрической
сети происходит потребление как активной,
так и реактивной энергии. Одним из
факторов, приводящие к возникновению
потерь в электрических сетях промышленных
предприятий является реактивная
составляющая протекающего тока при
наличии индуктивной нагрузки (нагрузка
в промышленных и бытовых электросетях
носит обычно активно-индуктивный
характер). Соответственно, из электрической
сети происходит п
Основные
потребители реактивной мощности на
коммунальных, промышленных предприятий
являются:
• асинхроные
двигатели (45 – 65)% ;
• электропечные
установки (8)%;
• вентильные
преобразователи (10)%;
•трансформаторы
всех ступеней трансформации
потребление
как активной, так и реактивной энергии.
Уменьшение
реактивной составляющей в общей мощности
потребляемой электроэнергии широко
распространено во всем мире и известно
под термином «компенсация реактивной
мощности» (КРМ), как одно из наиболее
эффективных средств обеспечения
рационального использования электроэнергии.
По
определению реактивная мощность цепи
это электрическая энергия, затрачиваемая
на создание электрических и магнитных
полей в электрооборудовании потребителей,
которая периодически циркулирует между
источником и нагрузкой. Это возможно,
если в нагрузке есть идеальные элементы
L
и C,
способные накапливать ее ,равна:
Q
= xI2
= gU2
Так
как x
= z
Sin
φ,
то Q
= z
I2Sin
φ
или
Если
же активная мощность передается при
cosφ
=
0,5, то
т.е.
ток по сравнению с первым случаем
увеличивается в два раза.
Современные
потребители переменного тока
(электродвигатели, трансформаторы и
т.п.) создают в электрических цепях сдвиг
тока по фазе относительно напряжения
в сторону отставания на угол φ<
90°, т.е. создаются условия, когда 0<cosφ<1
Это
обстоятельство приводит к последствиям,
имеющим большое энергосберегающее
значение.
Приведенный
пример показывает, что при данной
активной мощности ток будет тем больше,
чем меньше
cosφ.
Обмотки генераторов рассчитаны на ток
определенной величины, поэтому загрузка
их реактивной мощностью, т.е. работа при
низких значениях
cosφ,
снижает отдачу активной мощности. А так
как первичные двигатели генераторов
воспринимают только активную мощность
генераторов, то при снижении cosφ
мощность их не может быть использована
полностью. Другими словами, снижение
cosφ
приводит к уменьшению реальной полезной
мощности электростанций, что крайне
нежелательно.
Изложенное
говорит о необходимости принятия мер
по повышению
cosφ,
что достигается следующим образом:
• правильным
выбором мощности электродвигателей и
трансформаторов.
cosφ
электродвигателей и трансформаторов
при номинальной нагрузке бывает порядка
0,8 — 0,9, а при снижении нагрузки резко
уменьшается, что приводит к снижению
cosφ
в электроэнергетических системах;
• искусственным
повышением соsφ
с помощью специальных установок,
компенсирующих сдвиг фаз. Это достигается
включением в сеть какой-либо емкости —
батарей конденсаторов или специальных
синхронных двигателей, работающих
вхолостую и создающих емкостный ток.
В
России установлен минимально допустимый
коэффициент мощности, не менее 0,93, т.е.
cos
φ≥ 0,93.
Компенсация
реактивной мощности —
целенаправленное воздействие на баланс
реактивной
мощности
в узле электроэнергетической
системы
с целью регулирования напряжения, а в
распределительных сетях и с целью
снижения потерь электроэнергии
осуществляется с использованием
компенсирующих
устройств.
Для поддержания требуемых уровней
напряжения в узлах электрической сети
потребление реактивной мощности должно
обеспечиваться требуемой генерируемой
мощностью с учетом необходимого резерва.
Генерируемая реактивная мощность
складывается из реактивной мощности,
вырабатываемой генераторами электростанций
и реактивной мощности компенсирующих
устройств, размещенных в электрической
сети и в электроустановках потребителей
электрической энергии.
Приборы
для проведения энергетических
обследований. Классификация проборов
для проведения энергетических
обследований. Погрешности приборов
контроля. Погрешности средств присоединения
приборов контроля..
Энергоаудит
в части инструментального обследования
должен проводиться с помощью стационарных
и портативных приборов и оборудования.
К стационарным приборам и оборудованию,
используемому для энергоаудита, относятся
приборы коммерческого учета энергоресурсов,
контрольно-измерительная и авторегулируюшая
аппаратура, приборы климатического
наблюдения и другое оборудование,
установленное на объекте энергоаудита.
Все измерительные приборы должны быть
соответствующим образом проверены.
Портативные
приборы могут быть собственностью
энергоаудитора, обследуемого предприятия
или взяты во временное пользование.
Приборы должны иметь сертификат
Госстандарта РФ, содержаться в рабочем
состоянии и быть поверенными в
установленном порядке. Минимальный и
рекомендуемый состав портативных
приборов указан в настоящем разделе.
Приборный
учёт электрической энергии
Для
измерения расходов электрической
энергии широко используются средства
измерения как отечественного, так и
импортного производства.
Используемые
электросчётчики можно подразделить на
следующие типы: индукционные и электронные,
однофазные и трёхфазные, однотарифные
и двухтарифные, для учёта активной и
реактивной энергии, с одним и двумя
направлениями учёта, без выходного и с
выходным импульсным сигналом.
Для
измерения и учёта электрической энергии
и мощности, а также автоматического
сбора, обработки и хранения данных со
счётчиков электроэнергии и отображения
полученной информации в удобном для
анализа и диагностики работы виде
используются системы АСКУЭ. Цель создания
АСКУЭ: обеспечение коммерческого учёта
электроэнергии и мощности в соответствии
с требованиями Энергосбыта, оптового
рынка электроэнергии и действующими
тарифными соглашениями; повышение
достоверности и оперативности получения
данных о распределении и потреблении
электроэнергии и мощности; повышение
оперативности управления режимами
энергопотребления и техническим
состоянием средств учёта электроэнергии;
определение и прогнозирование всех
составных баланса электроэнергии;
снижение потерь электроэнергии и
получение дополнительной прибыли за
счёт повышения точности и достоверности
учёта электроэнергии; автоматизации
контроля за технико‑экономическими
показателями работы оборудования;
планирование технико‑экономических
показателей работы.
Требования
предъвляемые к портативным приборам
для проведения
Приборы,
с помощью которых проводится энергоаудит,
должны иметь сертификат Госстандарта
РФ и пройти поверку в установленном
порядке.
-Помимо
вывода показаний на дисплей или шкалу
приборы должны иметь стандартный
аналоговый или цифровой выход для
подключения к регистрирующим устройствам,
компьютерам и другим внешним устройствам.
-Портативные
приборы должны иметь автономное питание.
-Все
приборы должны быть компактными и иметь
небольшой вес, позволяющий проводить
обслуживание на объекте одним человеком.
-Минимальный
состав приборов для энергоаудита
-для
проведения энергоаудита в состав
портативной измерительной лаборатории
должны. как минимум, входить следующие
приборы:
-ультразвуковой
расходомер жидкости (накладной),
позволяющий проводить измерения
скорости, расхода и количества жидкости,
протекающей в трубопроводе без нарушения
его целостности и снятия давления;
—
электрохимический газоанализатор,
определяющий содержание кислорода,
окиси угле- рода, температуру продуктов
сгорания;
-электроанализатор,
измеряющий и регистрирующий токи и
напряжения в З фазах, активную и реактивную
мощности. Потребленную активную и
реактивную электроэнергию;
—
бесконтактный (инфракрасный) термометр
с диапазоном измерения от до;
—
набор термометров с различными датчиками:
воздушными, жидкостными (погружными).
поверхностными (накладными, контактными
и др.);
-накопитель
данных для записи переменных сигналов.
Накопитель
должен иметь не менее двух температурных
каналов для непосредственного подключения
температурных датчиков, а также не менее
двух токовых или потенциальных каналов
для регистрации стандартных аналоговых
сигналов.
Рекомендуемый
состав приборов для энергоаудита
Минимальный
состав портативной измерительной
лаборатории рекомендуется расширить
дополнительными приборами. В первую
очередь в перечисленный в предыдущем
разделе набор следует внести следующие
дополнения:
• ультразвуковых
расходомеров должно быть не менее 2 для
сведения баланса в гидравлических
сетях. По крайней мере, один из них должен
быть оснащен высокотемпературными
датчиками, работающими при температурах
теплоносителя до 200 °С;
• электрохимические
анализаторы должны быть оснащены
датчиками для определения концентрации
окислов азота и серьи в дымовых газах,
а также пылемерами.
В
состав лаборатории следует включить
дополнительно:
• анализатор
качества электроэнергии (гармонических
искажений);
• микроомметр
для проверки контактных сопротивлений;
• корреляционный
определитель мест повреждения
трубопроводов;
• различные
течеискатели и детекторы газов;
• высокотемпературный
инфракрасный термометр (пирометр);
• толщиномер
для определения толщины стенок
трубопроводов и резервуаров;
• расходомер
для стоков;
• манометры
и дифманометры на различные пределы
измерений;
• определитель
качества воды (солесодержание, рН,
раствореннныый кислород);
• динамометры
для измерения усилий и крутящего момента;
Сертификация
приборов, применяемых при проведении
энергоаудитов, должна быть осуществлена
Госстандартом РФ и его уполномоченными
организациями в установленном порядке.
Погрешности
измерений, погрешности измерительных
приборов и систем
Инструментальное
обследование применяется для восполнения
отсутствующей информации, которая
необходима для оценки эффективности
энергоиспользования, но не может быть
получена из документов или вызывает
сомнение в достоверности. Для проведения
инструментального обследования должны
применяться стационарные или
специализированные портативные приборы.
При проведении измерений следует
максимально использовать уже существующие
узлы учета энергоресурсов на предприятии,
как коммерческие, так и технические.
При инструментальном обследовании
предприятие делится на системы или
объекты, которые подлежат по возможности
комплексному исследованию.
Измерения
при инструментальном обследовании
подразделяются на следующие виды:
1.
Однократные
измерения
— наиболее простой вид измерений, при
котором исследуется энергоэффективность
отдельного объекта при работе в
определенном режиме. Примером может
служить измерение к.п.д. котла, обследование
насосов, вентиляторов, компрессоров и
т. д. для однократных измерений достаточен
минимальный набор измерительных
приборов, оснащение которых записывающими
устройствами не обязательно.
2.
Балансовые
измерения
— применяются при составлении баланса
распределения какого- либо энергоресурса
отдельными потребителями, участками,
подразделениями или предприятиями.
Перед проведением балансовых измерений
необходимо иметь точную схему распределения
энергоносителя, по которой должен быть
составлен план замеров, необходимых
для сведения баланса. для проведения
балансовых измерений желательно иметь
несколько измерительных приборов для
одновременных замеров в различных
точках. Рекомендуется использовать
стационарные приборы, имеющиеся на
предприятии, например, системы
коммерческого и технического учета
энергоресурсов. При отсутствии
достаточного количества приборов
обеспечивается установившийся режим
работы всего оборудования, подключенного
к распределительной тельной сети, и
исключается возможность изменения
баланса вручную. На основе балансовых
измерений часто происходит уточнение
схем энергоснабжения.
З.
Регистрация
параметров
—
определение зависимости какого-либо
мени. Примером таких измерений может
служить снятие суточного графика
нагрузки, определение температурной
зависимости потребления тепла и т. д.
Для этого вида измерений необходимо
использовать приборы с внутренними
или внешними устройствами записи и
возможностью передачи их на компьютер.
В ряде случаев допускается применение
стационарных счетчиков без записывающих
устройств при условии снятия их через
равные промежутки времени.
При
измерениях используются следующие
понятия.
Истинное
значение физической величины
– значение физической величины, которое
идеальным образом отражает в качественном
и количественном отношениях соответствующее
свойство данного объекта. Истинное
значение практически недостижимо.
Действительное
значение физической величины
– значение, полученное экспериментальным
путем и настолько приближается к
истинному значению, что для данной цели
может быть использовано вместо него.
Метод
измерения
– совокупность приемов использования
принципов и средств измерений.
Принцип
измерения
– совокупность физических явлений, на
которых основано данное измерение.
Результат
измерения
– значение величины, найденное путем
ее измерения.
Измерение
может быть однократным,
и тогда показания средства измерения
является результатом измерения,
многократным
– в этом случае результат измерения
находят путем статистической обработки
результатов каждого наблюдения.
Целью
данного этапа является критический
анализ собранной на предыдущих этапах
информации для того чтобы предложить
пути снижения затрат на энергоресурсы.
Существуют три основных способа снижения
энергопотребления:
• исключение
нерационального использования;
После
выявления источников потерь и участков
нерационального использования можно
приступать к разработке предложений и
проектов по улучшению ситуации
Изначальный
проект системы может быть не оптимальным.
Часто выбирается легкое решение или
решение с низкими капитальными затратами
и не берутся в расчет эксплуатационные
расходы.
Необходимо
установить, являются ли энергопотоки
рациональными по направлению и по
величине. Для этого нужен опыт, а также
информация об основных показателях
энергопотребления других предприятий
рассматриваемой отрасли — удельное
энергопотребленне и т.д.
Для
выбора наилучших решений требуется
понимание процессов и знание соответствующих
технологий. Будет полезна помощь более
опытных коллег, имеющих богатый пыт
обследования технологического
оборудования разных отраслей
промышленности, а также консультации
специалистов с хорошим знанием
рассматриваемой отрасли.
Вся
информация, полученная из документов
или путем инструментального обследования
является исходным материалом для
анализа эффективности энергоиспользования.
Методы анализа применяются к отдельному
объекту или предприятию в целом.
Конкретные методы анализа энергоэффективности
зависят от вида оборудования и исследуемого
процесса, типа принадлежности предприятия.
Методы
анализа подразделяются на физические
и финансово-экономические.
Физический
анализ оперирует с физическими
(натуральными) величинами и имеет целью
определение характеристик
энергоиспользования. Физический анализ,
как правило, включает следующие этапы:
• определяется
состав объектов энергоиспользования,
по которым будет проводится анализ.
Объектами могут служить отдельные
потребители, системы, технологические
_линии. здания, подразделения и предприятие
в целом;
•находится
распределение всей потребляемой
объектами энергии по отдельньм видам
энергоресурсов и энергоносителей. Для
этого данные по энергопотреблению
приводятся к единой системе измерения;
• определяются
для каждого объекта факторы, влияющие
на потребление энергии мер, для
технологического оборудования таким
фактором служит выпуск продукции, для
систем отопления — наружная температура,
для систем передачи и преобразования
энергии — выходная полезная энергия и
т. д.;
• вычисляется
удельное энергопотребление по отдельным
видам энергоресурсов и объектам, которое
является отношением энергопотребления
к влияющему фактору
• значения
удельного потребления сравниваются с
базовыми цифрами, после чего вывод об
эффективности энергоиспользования по
каждому объекту. Базовые цифры могут
быть основаны на отраслевых нормах,
предыдущих показателях данного предпиятия
или родственных зарубежных и отечественных
предприятий, физическом моделнровании
процессов или экспертных оценках;
•определяются
прямые потери энергии за счет утечек
энергоносителей, нарушения изоляции,
неправильной эксплуатации оборудования,
простоя, недогрузки и других выявленных
нарушений;
•в
конечном итоге выявляются наиболее
неблагополучные объекты с точки зрения
эффективности энергоиспользования.
Финансово-экономический
анализ
проводится параллельно с физическим и
имеет целью придать экономическое
обоснование выводам, полученным на
основании физического анализа. На этом
этапе вычисляется распределение затрат
на энергоресурсы по всем объектам
энергопотребления и видам энергоресурсов.
Оцениваются прямые потери в денежном
выражении.
Финансово-экономические
критерии имеют решающее значение при
анализе энергосберегающих рекомендаций
и проектов.
Результаты
измерений без оценки их погрешности не
могут считаться достоверными
Качество
средств и результатов измерений принято
характеризовать указанием их погрешностей.
Характер появления и причины возникновения
погрешностей разнообразны, их
классифицируют по следующим признакам:
▪ по
способу выражения:
—
абсолютная; -относительная; — приведенная.
▪ по
зависимости абсолютной погрешности от
значения измеряемой величины
—
аддитивная; — мультипликативная; —
нелинейная.
▪ по
месту возникновения
—
инструментальная; — методическая.
▪ по
методу и возможности учета
—
систематическая; — случайная ; —
прогрессирующая; — грубая
По
зависимости от значения измеряемой
величины погрешности средства измерений
подразделяются на аддитивные, не
зависящие от значения входной величины
Х, и мультипликативные -пропорциональные
Х.
Аддитивная
погрешность не зависит от
чувствительности прибора и является
постоянной по величине для всех значений
входной величины Хвх пределах диапазона
измерений . Источником данной погрешности
являются трение в опорах, шумы, наводки,
вибрации. Примерами аддитивной погрешности
приборов являются погрешности нуля,
дискретности (квантования) в цифровых
приборах. От значения этой погрешности
зависит наименьшее значение входной
величины
Мультипликативная
погрешность (∆м)
зависит от чувствительности прибора
и изменяется пропорционально текущему
значению входной величины . Источником
этой погрешности являются погрешности
регулировки отдельных элементов средства
измерений (например, шунта и добавочного
резистора), старение элементов, изменение
их характеристик, влияние внешних
факторов.
уммарная
абсолютная погрешность определяется
по формуле
Инструментальная
погрешность.
Инструментальная погрешность является
определяющей точностной характеристикой
как для отдельных элементов измерительного
тракта (первичный преобразователь,
линию связи, усилитель, вторичный
преобразователь, прибор для измерения
сигнала), так и для всего тракта в целом.
Причины этой погрешности
определяются
неточностью настройки каждого элемента
тракта, а также погрешностями градуировки
(градуировочными погрешностями)
элементов
∆ =
Σ ∆i(i
=1,2, ..,n)
Общие положения
Основными
показателями энергоэффективности
систем электроснабжения городов являются
– минимальные капитальные затраты и
эксплуатационные издержки, экономия
электропотребления и минимальные потери
электроэнергии во всех элементах системы
электроснабжения.
Рациональное
построение системы электроснабжения;
— выбор оптимальной
схемы системы электроснабжения;
— выбор оптимальных
уровней напряжения сетей;
— определение
оптимального числа и мощности
трансформаторов;
— рациональное
расположение подстанций;
— применение
самонесущих изолированных и защищенных
проводов;
— применение
комплексных систем автоматики и
телемеханики;
— применение
коммутационных аппаратов нового
поколения;
— применение
современных средств автоматики для
определения мест повреждения в
электрических сетях.
Снижение потерь
электроэнергии в действующих сетях;
— выравнивание
нагрузок по фазам сети;
— поддержание
оптимального режима работы трансформаторов;
— автоматическое
управление освещением городов в течение
суток;
— поддержание
оптимального режима работы насосных и
вентиляционных установок и др.
Нормирование
электропотребления можно осуществить
при наличии систем учета и контроля
электропотребления на всех городских
объектах.
Равномерность загрузки по фазам сети
В
системах электроснабжения городов
значительную долю составляют сети
напряжением до 1 кВ. Характерной
особенностью режима работы таких
электрических сетей является
неравномерность загрузки фаз, что
приводит к увеличению потерь мощности
и энергии. Степень неравномерности
нагрузки фаз оценивается коэффициентом
несимметрии
— фазные токи головного участка -й
распределительной линии, А;
— их среднее значение, А.
Величина
потерь мощности при неравномерной
нагрузке фаз Рн
может
быть выражена
где
Рс
— потери мощности при симметричной
нагрузке фаз, кВт;
Кд.п
— коэффициент дополнительных потерь
при неравномерной нагрузке.
С
увеличением коэффициента неравномерности
нагрузки фаз потери мощности растут
(рис. 12.1).
Рис.
12.1 – Зависимость
коэффициента дополнительных потерь
мощности
в сетях до 1 кВ от коэффициента
неравномерности нагрузки фаз линий.
1 –
четырёхпроводной с нейтральным проводом
;
2 — четырёхпроводной с нейтральным
проводом
;
3 — трёхпроводной без нейтрального
провода.
Различают
вероятностную несимметрию, имеющую
перемежающийся характер с большой
загрузкой то одной, то другой фазы, и
систематическую несимметрию, при которой
неодинаковы средние значения нагрузок.
Первый вид несимметрии может быть
устранен лишь специальными устройствами
с тиристорным управлением, переключающими
часть нагрузок с перегруженной на
недогруженную фазу. Систематическая
несимметрия может быть снижена путем
периодического (1-2 раза в года)
перераспределения нагрузок между
фазами. Выравнивание нагрузок производится
переключением нагрузки с более загруженной
фазы на менее загруженные. Отрицательное
влияние несимметрии, которую нельзя
устранить выравниванием нагрузок по
фазам, можно уменьшить:
—
заменой силовых трансформаторов со
схемой соединения обмоток «звезда-звезда»
на трансформаторы со схемой «звезда-зигзаг»
или «треугольник-звезда», которые
менее чувствительны к несимметрии
нагрузок;
—
увеличением сечения нулевого провода
в линии 0,4 кВ до сечения фазного провода.
Пример расчета
эффективности выравнивания нагрузки
фаз в сетях до 1 кВ представлен в таблице
12.1.
Результаты расчета
эффективности выравнивания нагрузки
фаз в сетях
Соседние файлы в папке Уч. пособие ЭСГ РИО 2012
Основы Энергоэффективности и энергосбережения
Россия
располагает одним из самых больших в
мире технических потенциалов
энергосбережения и повышения энергетической
эффективности, который составляет более
40 % уровня потребления энергии. Для
ее экономики характерна высокая
энергоемкость — в настоящее время она
в 2,5 раза выше среднемирового уровня
и в 3,0 — 3,5 раза выше, чем в развитых
странах. Более 90% мощностей действующих
электростанций, 83% жилых зданий,
70% котельных, 70% технологического
оборудования электрических сетей и 66
% тепловых сетей было построено еще до
1990 г. В целом, в промышленности
эксплуатируется 15% полностью
изношенных основных фондов. Такое же
положение характерно используемой
населением бытовой технике, в частности,
около четверти используемых в настоящее
время бытовых холодильников было
приобретено более 20 лет назад.
Энергосбережение
и повышение энергетической эффективности
следует рассматривать как один из
основных источников будущего экономического
роста. Их приоритетные направления
изложены в
Государственной программе Российской
Федерации «Энергосбережение и повышение
энергетической эффективности на период
до 2020 года», утвержденной распоряжением
Правительства Российской Федерации от
27 декабря 2010 г. № 2446-р. Долгосрочный
характер решения проблемы энергосбережения
и повышения энергетической эффективности
обусловлен необходимостью как
изменения системы отношений на рынках
энергоносителей, так и замены и
модернизации значительной части
производственной, инженерной и социальной
инфраструктуры и ее развития на новой
технологической базе.
Самим понятиям
энергоэффективность
и
энергосбережение
справочная литература дает следующие
определения:
Энергоэффективность
— эффективное
(рациональное) использование энергетических
ресурсов, достижение экономически
оправданной эффективности использования
ТЭР при существующем уровне развития
техники и технологии и соблюдении
требований к охране окружающей среды
(Викепедия).
Энергосбережение
(экономия
энергии)
— реализация правовых,
организационных, научных,
производственных,
технических
и экономических
мер, направленных на эффективное
(рациональное) использование (и экономное
расходование) ТЭР и на вовлечение в
хозяйственный оборот возобновляемых
источников (ГОСТ Р 51387-99).
Интерпретируя
эти понятия, энергосбережение следует
определять как комплекс мер или действий,
предпринимаемых для обеспечения более
эффективного использования энергетических
ресурсов. А энергоэффективность — это
отношение фактического значения
показателя использования энергетических
ресурсов к теоретически достижимому.
Отсюда следует, что энергоэффективность
— это измеряемая величина, позволяющая
оценить результат процесса, а
энергосбережение — это деятельность по
достижению энергоэффективности.
Существует два
пути решения возникшей проблемы:
— первый — крайне
капиталоемкий путь наращивания добычи
нефти и газа и строительства новых
объектов генерации электроэнергии;
— второй, существенно
менее затратный, связан с обеспечением
экономического роста в стране за счет
повышения эффективности использования
топливно-энергетических ресурсов.
Следует отметить,
что на практике необходимо рациональное
сочетание первого и второго вариантов
с несомненным приоритетом энергоэффективности
и энергосбережения.
Суммарное
энергопотребление России в настоящее
время составляет порядка миллиарда
тонн условного топлива. При доведении
внедрения энергосберегающего и
энергоэффективного оборудования до
уровня стран-членов ЕС, энергопотребление
снизилось бы до величины 650 млн. тут.
Другими словами, около 35% энергии у
нас теряется.
Это требует
обеспечения быстрейшего освоения части
потенциала энергоэффективности и
энергосбережения за счет реализации
малозатратных мероприятий в первую
очередь в ЖКХ и бюджетной сфере. Именно
здесь государство имеет наиболее
благоприятные возможности управления
эффективным потреблением энергоресурсов.
В целом по федеральной бюджетной сфере
потенциал энергосбережения оценивается
в 18 — 22 млн. тут. В ЖКХ потенциал
энергосбережения составляет 95 — 110 млн.
тут. Ключевая проблема ЖКХ — повышение
надежности и экономичности теплоснабжения,
поскольку 20% всех тепловых источников
находится в этом секторе экономики, и
20 — 30% (а порой и более) расходной части
бюджетов муниципальных образований
используется на нужды теплоснабжения.
Как отмечалось
выше, оплата услуг теплоснабжения в
нашей стране большей частью производится
на основе нормативов, когда все потери
при транспортировке включаются в расчет
за отопление.
По оценкам
специалистов, до 70% тепла отечественных
ТЭЦ не доходит до потребителей, из них
40% теряется в теплосетях (по данным
официальных федеральных источников —
18%, ОАО «Татэнерго» — 7%, что вызывает
большое сомнение) и 30% — непосредственно
в домах. На первый взгляд цифры эти
выглядят неправдоподобно большими. Но
надо принимать во внимание тот факт,
что основной объем теплотрасс был
построен или реконструирован в 1970 — 80
годы. Поэтому в настоящий момент износ
тепловых сетей и сопутствующих инженерных
сооружений во многих регионах России
приблизился к критическому уровню и
составляет 50 — 75%. Это становится причиной
участившихся утечек и аварий, массовых
отключений теплоснабжения жилых и
муниципальных зданий.
Такая же картина
наблюдается и при анализе тепловых
потерь в жилых и общественных зданиях.
Как известно, важнейшим фактором
эффективности теплоснабжения является
состояние теплоизолирующих свойств
отапливаемых зданий. Из-за низких цен
на энергоносители в советское время
действовавшие в то время СНиПы допускали
сниженные параметры термического
сопротивления элементов строительных
конструкций. При этом предполагалось,
что необходимые температурные параметры
помещений могут быть достигнуты за счет
отопления.
Начиная с 1995 г.
в России федеральными нормами
законодательно закреплено строительство
зданий с обязательным утеплением
стен
с применением тройного остекления окон,
термостатов на отопительных приборах,
с оборудованием каждого здания
автоматическим регулированием подачи
тепла на отопление и приборами учета
тепла и воды.
Уровень
теплозащиты большинства зданий
существенно ниже, чем современные
нормативные требования, предъявляемые
к сопротивлению теплопередаче ограждающих
конструкций. По официальным данным
Госстроя России, фактические тепловые
потери в жилых домах на 20 — 30% превышают
проектные значения вследствие низкого
качества строительства и эксплуатации.
В основном в ранее построенных зданиях
средней полосы России сопротивление
теплопередаче составляет:
— для стен 0,9 — 1,1
кв.м*град./Вт;
— для окон 0,39 —
0,42 кв.м*град./Вт;
— для покрытий
около 1,5 кв.м*град./Вт.
Принятые недавно
нормативные требования увеличили
требуемые значения сопротивления
теплопередаче:
— для стен до 3,0 —
3,5 кв.м*град./Вт;
— для окон до 0,55 —
0,60 кв.м* град./Вт;
— для покрытий до
4,5 — 5,0 кв.м*град./Вт,
т. е. в 3 раза для
стен и покрытий и в 1,5 раза для окон.
Однако новым
требованиям пока соответствует лишь
несколько процентов всего жилого фонда
страны. Исследования показывают, что
при эксплуатации традиционного
многоэтажного жилого дома через стены
теряется до 40% тепла, через окна — 18%,
подвал — 10%, покрытия — 18%, вентиляцию —
14%. Причем, с увеличением этажности
дома удельный вес потерь через стены и
окна увеличивается и достигает
соответственно 50 и 35%. Необходимо иметь
ввиду также, что в любом, даже хорошо
отапливаемом доме, имеется большое
распределение температур в квартирах.
При средней температуре в весьма
благополучной квартире 21°С
разброс значений температур в других
может находиться в пределах от 14 —
15°С
до 25°С.
В среднем различие в температурах между
хорошо отапливаемыми и плохо отапливаемыми
квартирами составляет 5 — 7°С.
Отопление таких
зданий требует больших затрат топлива
и, как следствие, финансовых средств.
Для достижения требуемых значений по
теплозащите стен и покрытий наряду с
традиционными используют новые
теплоизоляционные материалы (новые
виды минеральной ваты, пенопластов,
пенобетонов и т.д.). Для оснащения окон
используют многослойные герметичные
стеклопакеты, изготавливаемые из
обычного или специального стекла.
Утеплить стены
домов можно с помощью штукатурных или
вентилируемых фасадных систем. Оба
способа позволяют сделать жилой дом не
только более экономичным, но и придать
морально устаревшим домам советского
периода определенную эстетику при их
реконструкции.
Важнейшей
проблемой электроэнергетики России
является высокий уровень морального и
физического износа основных производственных
фондов. По генерирующим мощностям,
согласно данным концепции технической
политики РАО ЕЭС России, он остается
на уровне 65 — 75% в зависимости от региона.
Средний удельный расход топлива на
выработку электроэнергии в России
составляет 334 г условного топлива на
кВт*ч, в т.ч. на газомазутных и пылеугольных
КЭС, соответственно, 327 и 360 г/кВт*ч, на
ТЭЦ — 330 г/ кВт*ч. Аналогичный показатель
на ПГУ или ГТУ Европы составляет 210 —
250 г/кВт*ч.
Это эквивалентно
дополнительному потреблению российскими
энергетическими компаниями до 40 млрд.
куб. м природного газа в год. Таким
образом, технический уровень оборудования,
установленного на ТЭС России, существенно
ниже современного, и последствия этого
выражаются в ухудшении экономических
показателей ТЭС (табл. 3.1).
В связи с этим
ставится задача о скорейшей коренной
модернизации и переводе отрасли на
новый технологический уровень на базе
разработки (лицензионного освоения) и
внедрения новых энергетических
технологий:
— в газовой генерации
на высокоэффективные ПГУ с КПД до 60%;
— в угольной
генерации переход на параметры с КПД
до 46%,
а также снижение
до 8% уровня потерь в электрических
сетях.
Эффективность
работы отечественного энергетического
оборудования в сравнении с зарубежным
Среди других
технических мероприятий по энергосбережению
и повышению энергоэффективности
необходимо выделить такие, как:
1. Установка
приборов учета тепла, горячей воды и
газа. Она позволяет контролировать
потребление ресурсов и обеспечивает
возможность оплаты только фактически
потребленного, а не нормативного их
количества. Это создает стимулы для
сокращения неэффективных потерь
ресурсов. Величина достигаемой экономии
составляет 25 — 50% в зависимости от вида
энергоресурсов и конкретных условий.
Учет потребления ресурсов возможен на
двух уровнях — измерение потребления в
целом по зданию при установке домовых
приборов учета и в отдельных квартирах
при установке квартирных приборов
учета. Учет ресурсов в здании позволяет
оплачивать их поставку по факту
потребления, в то же время установление
доли каждого потребителя в здании в
оплате ресурсов возможно только при
измерении потребления в каждой отдельной
квартире. Стоит принимать во внимание,
что в большинстве многоквартирных домов
возможен учет только горячей воды и
невозможен учет тепловой энергии в
отопительных приборах. Это связано с
вертикальной разводкой стояков отопления,
где учет технологически не осуществим.
В современных домах с горизонтальной
разводкой отопления учет тепловой
энергии возможен.
Домовой учет и
регулирование тепла и горячей воды
производится с установкой в домах
индивидуальных тепловых пунктов (ИТП).
При устройстве ИТП целесообразно их
изготовление с использованием пластинчатых
теплообменников. Пластинчатые
теплообменники имеют малую металлоемкость,
компактны, их можно установить в небольшом
помещении, они просты в обслуживании.
2. Регулирование
расхода тепловой энергии на отдельном
отопительном приборе. Важное место
среди устройств систем отопления
занимают терморегуляторы или радиаторные
термостаты. Термостаты легко устанавливаются
как в новых, так и в существующих системах
отопления. Они долговечны и не требуют
профилактического обслуживания. Их
можно применять как с приборами учета,
так и без них. Оснащение отопительных
приборов индивидуальными автоматическими
термостатами позволяет, уменьшить
расход тепловой энергии на отопление
на 10 — 20%.
3. Применение
энергосберегающих и светодиодных
ламп. Они позволяют экономить до 80%
потребляемой электроэнергии. Однако с
учетом их высокой стоимости
расчетные
затраты получаются в среднем в три раза
ниже, чем при применении обычных ламп
накаливания. На практике этот показатель
может быть как выше, так и ниже.
Считается,
что применение терморегуляторов,
современных радиаторов, пластиковых
окон и энергосберегающих лампочек
способно снизить затраты в среднем
на 30 — 40%.
В перспективе
более высокие результаты энергоэффективности
и энергосбережения позволит получить
применение в жилищном строительстве
высоких технологий, как интеллектуальные
компоненты жизнеобеспечения (контроллеры
и процессоры, блоки интеграции, комплекс
управления и т.д.). Такие технологии, в
частности, используются в проекте «Умный
дом».
В
качестве экономических и организационных
факторов
энергосбережения и
повышения энергоэффективности
можно назвать:
— совершенствование
тарифной политики;
— совершенствование
форм адресной поддержки части населения;
— совершенствование
организационных форм управления
коммунальной энергетикой;
— правовая поддержка
мероприятий по энергосбережению и
повышению энергоэффективности
в коммунальной энергетике.
Первые три
фактора следует отнести к факторам
косвенного воздействия на энергоэффективность
и энергосбережение, в отличие от
вышеперечисленных технических мероприятий
прямого воздействия. Эти факторы были
достаточно полно рассмотрены в
соответствующих главах учебного пособия.
Поэтому представляет интерес изучение
последнего фактора — правовую поддержку
мероприятий по энергосбережению и
повышению энергоэффективности
в коммунальной энергетике.
Контрольные
вопросы к главе 3.1
1. Понятия
энергоэффективность
и
энергосбережение.
2. Способы
повышения надежности и экономичности
теплоснабжения.
3. Уровень
морального и физического износа
основных производственных фондов
электроэнергетики.
4. Технические
мероприятия по энергосбережению и
повышению энергоэффективности.
5. Экономические
и организационные факторы
энергосбережения и
повышения энергоэффективности.
Отопление промышленных объектов и домов обходится достаточно дорого. Понизить расходы на платежи позволят энергосберегающие системы отопления, благодаря которым можно сэкономить значительные средства, не отказываясь от комфортных условий в помещении.
Предлагаем разобраться, какие существуют варианты повышения энергоэффективности дома, в чем особенности их применения. Подробный обзор энергосберегающих технологий поможет принять решение о целесообразности обустройства того или иного вида отопительной системы.
Способы повышения энергоэффективности дома
Сократить затраты энергии, используемой для отопления, можно разными методами:
Для достижения лучших результатов можно применять комбинацию двух или более вариантов.
Даже самая надежная и качественная система отопления не принесет особой пользы, если в доме происходит масштабная отдача тепла, поэтому следует предпринять меры, которые будут препятствовать утечкам теплоэнергии через щели и открытые форточки.
Важно предпринять простые, но эффективные шаги, обложив теплоизоляционным материалом полы, стены, двери, потолки, оконные рамы. Помимо утепления по нормативным требованиям можно разместить и дополнительную изоляцию. Это позволит еще больше сократить теплопотери, тем самым повысив энергоэффективность здания.
Для проведения качественной теплоизоляции можно вызвать специалиста-энергоаудитора. Он произведет тепловизионную съемку дома, что позволит выявить места наиболее интенсивных теплопотерь, изоляцию которых нужно осуществить в первую очередь
Как правило, наибольшие потери тепла происходят через стены, перекрытие чердака, а также пол по лагам. Эти участки требуют качественной теплоизоляции. Для предотвращения утечек тепла через окна можно использовать ставни, закрывающиеся на ночь.
Система управления «Умный дом»
Автоматические устройства комплекса «Умный дом» способны внести огромный вклад в дело экономии энергоносителей, используемых для получения тепла.
Максимального уровня эффективности можно достичь, выбирая систему, оснащенную рядом дополнительных функций, а именно:
Рассмотрим все вышеперечисленные преимущества подробнее.
Погодозависимое управление температурой в доме предполагает корректировку уровня нагрева теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха. Если на улице ударил мороз, вода в радиаторе будет несколько горячее, чем обычно. В то же время при потеплении нагрев будет осуществляться менее интенсивно.
Отсутствие же подобной функции часто приводит к излишнему повышению температуры воздуха в комнатах. Это не только ведет к перерасходу энергоносителей, но и не слишком комфортно для обитателей дома.
Сенсорные панели управления предоставляют возможность выбора опции энергосберегающего режима, что позволяет быстро и без особого труда отрегулировать температуру в доме
У большинства подобных приборов предусмотрено два режима: «лето» и «зима». При использовании первого отключаются все отопительные контуры, при этом остаются функционировать лишь приспособления, предназначенные для круглогодичного использования, например, подогрева бассейна.
Датчик комнатной температуры нужен не только для контроля за поддержанием автоматически установленной температуры. Как правило, это устройство совмещается с регулятором, что позволяет при необходимости повысить или понизить нагрев.
Внешний датчик температуры – непременная составная часть большинства блоков управления «Умных домов». Подобные приборы в обязательном порядке устанавливаются в помещении, а если подача тепла осуществляется поэтажно, то и на каждом этаже
Терморегулятор можно запрограммировать на снижение температуры в комнатах в течение определенных часов, например, когда обитатели дома уходят на работу, что способствует значительной экономии расходов тепла.
Приоритет отопительных контуров при одновременном функционировании различных устройств. Так, при включении бойлера блок управления отключает вспомогательные контуры и другие устройства от теплоснабжения.
Благодаря этому снижается мощность котельной, что позволяет уменьшить топливные расходы, а также равномерно распределить нагрузку на заданный отрезок времени.
Система климат-контроля, связывающая в единую сеть управление кондиционированием, отоплением, электроснабжением, вентиляцией, не только повышает комфорт в доме и сводит к минимуму риск внештатных ситуаций, но и позволяет экономить энергоносители.
Приводы климат-контроля, регулирующие все функции поддержания температурных параметров в комнате, как правило, скрываются от глаз, например, размещаются в коллекторном шкафу
Внешнее управление — возможность передачи данных на смартфоны позволяют хозяевам отслеживать ситуацию, чтобы при необходимости оперативно внести коррективы. Одно из таких решений — GSM-модуль для котла отопления.
Снижение расходов при помощи приборов
Наиболее эффективной считается система отопления, позволяющая достичь комфортного нагрева при минимальной температуре теплоносителя. Для достижения этой цели лучше всего использовать схему водяного теплого пола.
Этот способ отличается комфортностью и гигиеничностью, к тому же конструкции совершенно скрыты от глаз, что позволяет сочетать теплый пол с различными видами традиционных покрытий: плиткой, линолеумом, ковролином, паркетом
К сожалению, в условиях сурового климата теплые полы часто не способны компенсировать теплопотери, особенно, если в доме предусмотрены большие остекленные пространства. Это объясняется тем, что максимально допустимая температура напольного покрытия имеет жесткий предел: она не должна превышать +27°С.
Оптимальным вариантом в этом случае является комбинация теплого пола с современными радиаторами, которые можно подключать снизу из пола либо стены, что позволяет исключить из интерьера не слишком эстетичную подводку труб.
В продаже представлен огромный ассортимент радиаторов, которые различаются не только изготовителем и типом устройства, но и цветом, формой, размером. Это позволяет найти оптимальную модель, чтобы вписать ее в интерьер
Если исходить из принципа энергоэффективности, лучше остановиться на коллекторно-лучевой двухтрубной схеме радиаторного отопления. В этом случае в каждое помещение проводится особая отопительная ветвь — подающий и обратный элемент.
Подобная система позволяет поддерживать в каждой комнате свою температуру, минимально влияя на соседние помещения.
Энергоэффективные котлы и печи
Чтобы сберечь энергию, получаемую из ископаемого топлива, стоит заменить традиционный обогреватель экологичной и энергоэффективной печью (на масле или газе) либо котлом отопления. В первом случае важно уделить внимание системе воздуховодов, осуществляющих распределение нагретого воздуха по комнатам.
Если срок службы старого котла превышает десять лет, его лучше заменить современной моделью, коэффициент полезного действия которой может достигать 94 процента
При использовании котлов необходимо также продумать коммуникации, по которым вода будет проходить, направляясь в радиаторы или системы теплых полов.
При выборе котлов или печей важно учесть следующие факторы:
Современные печи и котлы хотя и работают на ископаемых видах топлива (мазут, пропан), все же считаются энергоэффективными и экологичными устройствами. Для их функционирования достаточно минимального количества горючего, а число вредных веществ, которые выделяются при сгорании, ничтожно мало.
