Таблица энергоэффективности источников энергии

Введение

При рассмотрении стратегии повышения энергетической эффективности любого процесса следует помнить, что энергетическая эффективность, как одна из ключевых категорий любой экономической системы, обладает мультипликативным эффектом, а именно: чем выше энергоэффективность в начальных секторах технологической цепочки, тем эффективнее вся цепь в совокупности. Наибольшее значение имеют характеристики энергоэффективности в топливно-энергетическом комплексе, в частности, в электросетевом комплексе. Ведь в конечном счете, потерянная электроэнергия — это потерянная продукция, неоказанные услуги и т. д. Поэтому одно из звеньев электросетевого комплекса, — трансформаторная подстанция вместе с установленными силовыми трансформаторами, — должно стать предметом пристального анализа при выработке и внедрении стратегии повышения энергоэффективности при транспортировке и распределении электрической энергии.

Целью настоящей статьи является обоснование базового принципа повышения энергоэффективности трансформаторных подстанций за счет внедрения в эксплуатацию в электросетевом комплексе России энергосберегающих (энергоэффективных) силовых трансформаторов, а также определение нормативной базы, всех основных этапов, мероприятий и инструментов.

Обоснование базового принципа повышения энергоэффективности трансформаторных подстанций.

Рассмотрение любого аспекта энергоэффективности необходимо начать с определения терминов. Федеральный закон от 23 ноября 2009 года N 261-ФЗ определяет энергоэффективность следующим образом: «энергетическая эффективность — характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта, применительно к продукции, технологическому процессу, юридическому лицу, индивидуальному предпринимателю». Приведенное выше определение — это, по сути, определение коэффициента полезного действия (кпд). Но применительно к трансформаторам значение кпд напрямую не используется. В практике проектирования трансформаторов эквивалентом кпд принята совокупность потерь холостого хода (хх) и короткого замыкания (кз). В Постановлении Правительства РФ от 17.06.2015 N 600 «Об утверждении перечня объектов и технологий, которые относятся к объектам и технологиям высокой энергетической эффективности» в разделе «II.27. Трансформаторы электрические силовые» нормированы именно указанные выше показатели. Таким образом энергоэффективность трансформаторной подстанции будем определять потерями хх и кз.

В этом и заключается базовый принцип повышения энергоэффективности трансформаторных подстанций, осуществляющих трансформацию электроэнергии: для обеспечения максимальной энергоэффективности трансформаторной подстанции при заданном коэффициенте нагрузки должно быть обеспечено совершенно определенное соотношение потерь ХХ и КЗ в устанавливаемом трансформаторе.

При решении задач повышения энергоэффективности трансформаторных подстанций можно выделить прямую и обратную задачи.

Рис. 1. Удельные затраты на трансформацию электроэнергии

Это пример решения прямой задачи повышения энергоэффективности трансформаторной подстанции: определение рациональной загрузки трансформатора при заданных характеристиках потерь хх и кз.

Рис. 2. Зависимость коэффициента энергоэффективности трансформатора мощностью 100 кВА от загрузки

Таблица 2. Значения коэффициентов энергоэффективности силовых трансформаторов

Рис. 3. Изменение коэффициента энергоэффективности силового трансформатора в зависимости от его мощности

Практика внедрения энергоэффективных трансформаторов за рубежом.

В странах ЕС действует три уровня стандартов:

Сегодня энергоэффективность европейских силовых масляных трансформаторов определяет стандарт EN 50464-1, разработанный CENELEC и введенный в действие в 2007 г. (он является развитием стандарта HD 428, принятого еще в 1990г.). В этом стандарте устанавливается пять уровней потерь хх и четыре уровня потерь кз (таблицы 3 и 4). При этом стандарт EN 50464-1 не устанавливает ограничений по сочетанию уровней потерь хх и кз.

В 2014 году 21 мая Постановление Совета Европы № 548/2014 установило новые требования к максимальным уровням потерь хх и кз распределительных трансформаторов. В табл. 5 приведены требования для масляных трансформаторов мощностью от 1 до 3150 кВА, напряжением до 36 кВ. Данные требования вводятся в 2 этапа: с 1 июля 2015 г. и с 1 июля 2021 г.

Таблица 3. Потери хх в соответствии с EN 50464 −1.

Существуют следующие инструменты внедрения энергоэффективного оборудования, применяемые в мировой практике:

Существующая нормативная база по внедрению энергоэффективного оборудования в России.

В нашей стране на текущий момент применение энергоэффективных силовых трансформаторов регламентируется практически только двумя нормативными документами:

При использовании энергоэффективного оборудования, в т. ч. энергоэффективных силовых трансформаторов, Постановлением предусмотрены следующие преференции:

В практическом плане при государственной поддержке сегодня более энергично стали осуществляться НИОКР и другие проекты по созданию энергоэффективных трансформаторов. Причем речь идет уже не об отдельных проектах отдельных заводов, а об объединении по типу консорциума крупнейших производителей разных отраслей.

Так в конце 2018 года, 5 декабря на полях Международного электроэнергетического форума «Электрические сети» состоялось подписание Меморандума о развитии сотрудничества на территории Евразийского экономического союза (ЕАЭС) в сфере производства и применения евразийских энергоэффективных трансформаторов из высокопроницаемой электротехнической стали (ВЭС). Участниками проекта выступили производители Армении, Беларуси и России. Меморандум заключили ОАО «Армэлектромаш» (Республика Армения), ОАО «МЭТЗ им. В.И. Козлова» (Республика Беларусь), Новолипецкий металлургический комбинат (Российская Федерация), ОАО Холдинговая компания «ЭЛЕКТРОЗАВОД» (Российская Федерация), ОАО «Тольяттинский трансформатор» (Российская Федерация), ОАО «Алтайский трансформаторный завод» (Российская Федерация).

Предложения по основным элементам стратегии внедрения энергоэффективных трансформаторов в электросетевой комплекс России.

В настоящее время широкое внедрение энергосберегающих трансформаторов сдерживается отсутствием единой стратегии, включающей в себя комплекс нормативных документов, организационно-технических мероприятий и методического обеспечения. Укрупненно предлагаются следующие компоненты стратегии.

Предлагается внести изменения в несколько стандартов, касающихся силовых трансформаторов, а именно: в ГОСТ Р 52719 и в ГОСТ Р 54827. В эти документы необходимо внести все требования, касающиеся определения потерь хх и кз энергоэффективных трансформаторов.

Необходимо разработать и на государственном уровне законодательно утвердить порядок осуществления замены всех не соответствующих требованиям силовых трансформаторов. В этом документе должен быть прописан порядок мониторинга и критерии оценки технического состояния силовых трансформаторов. Необходимо также определить требования к техническим средствам мониторинга технического состояния трансформаторов.

Заключение

Огромным потенциалом повышения энергоэффективности трансформаторных подстанций обусловлена актуальность скорейшей разработки и реализации стратегии внедрения энергосберегающих трансформаторов в электросетевой комплекс России..

Основные положения стратегии, сформулированные в данной статье, могут быть положены в основу госпрограммы или нацпроекта по повышению энергоэффективности отечественных трансформаторных подстанций.

Выражаю искреннюю благодарность ведущим специалистам завода «Трансформер» (г. Подольск) к.т.н. Печенкину В.И. и к.т.н. Стулову А.В., главному научному сотруднику НТЦ ФСК ЕЭС проф. д.т.н. Воротницкому В.Э. за предоставленные материалы и принципиальное, конструктивное обсуждение положений и выводов данной статьи.

Таблица 2. Потенциал энергосбережения в России по трансформаторам мощностью 25 кВА — 6300 кВА.

Теоретически, в идеальных условиях, при сгорании идеально сухого дерева (дров) можно добиться выхода тепла около 20,000 — кДж/кг = 5,5 кВт*часов/кг. Тем не менее, реально достижимые величины тепловыделения для дерева существенно ниже (предполагается 20% влажность дерева) .

Живое дерево — не в засуху — имеет влажность около 100% (больше не бывает). Распиленное (не обязательно наколотое) дерево сохнет за 1 год на воздухе до влажности 20% — это и есть «дерево» в понимании различных справочников. При сгорании дров, вся эта влага разогревается до температуры исходящих газов (дыма) и снижает таким образом тепловыделение.

Табличка ниже дает представление о тепловыделении влажного и сухого дерева при сгорании

Вывод: сухие дрова дают больше тепла и их намного легче носить и разжигать в печке 😉

Таблица объёмной теплотворности дров (удельная теплота сгорания объемная) при влажности древесины 20%

Примерные (ориентировочные) значения низшей теплоты сгорания горючих твердых материалов, дерева, дров, брикетов, торфа, угля и пр. твердых топлив.

24 сентября 2019

Все дрова горят, но не все они работают одинаково. Некоторые дают больше тепла, сгорают медленнее и чище, выделяют удивительный аромат. Другие горят быстро, дымят, а остатками смолы быстро забивают дымоход.

Но дым хорош в коптильнях, на ароматных фруктовых породах получается вкусный шашлык, а эфирные масла хвойных пород благотворно действует на нас в бане. Значит, лучшие дрова – это те, которые оптимально справляются с конкретной задачей.

Чтобы знать, какие дрова нужно взять для домашней дровяной, банной или подовой печи, камина, мангала или котельной, надо разобраться в их особенностях. Основные характеристики древесины (и коры), нужные для оценки их в качестве дров – это:

Влажность дров

Недостаточно сухое полено плохо горит, тратит энергию на испарение влаги, а не на нагрев воздуха и даёт много копоти. Для древесины, применяемой в качестве дров, используют показатель относительной (а не абсолютной) влажности – это количество влаги, которое содержится в волокнах на текущий момент по отношению к их собственному весу.

Количество воды в сушеной древесине зависит от породы, времени её спила и от степени и способа сушки. Рубить дерево на дрова рекомендуется зимой, когда в нём меньше всего воды. Такие дрова высохнут до нужной кондиции примерно через 6 месяцев, срубленные в июле, они высохнут только спустя год.

Причём надо не забывать, что кора мешает испарению воды из древесины, поэтому тонкие круглые стволы тоже нужно порубить или распилить на части.

Сушат поленья как на открытом воздухе, так и в специальных печах-камерах. В камерах при более низких температурах можно высушить дрова до более низкой влажности и значительно быстрее. Последний способ дороже, но он обеспечивает высокую тепловую мощность древесины. Зелёная древесина весит на 70-100% больше выдержанной.

Сухая древесина, как правило, имеет влажность 20% и ниже, её можно проверить при помощи влагомера. Если такого прибора нет, то поможет способ, которым пользуются издавна: при ударе сухих поленьев друг о друга должен раздаваться не глухой, а звонкий звук.

Плотность (удельный вес)

Это обычная физическая величина, показывающая, какой вес вещества приходится на стандартный объем (обычно на один кубометр). Плотность зависит от влажности дерева, а сама она выступает главной причиной его калорийности.

Чем больше плотность древесины, тем более «жаркие» из неё получаются дрова.

Менее плотная порода быстрее сгорает, а поэтому нужно много раз перезагружать печь, чтобы нагреть её до нужной температуры.

По плотности породы деревьев условно делятся на 3 группы. Оценку проводят при влажности в 12%:

Калорийность дров

Чтобы оценить, какое количество тепла дадут дрова, нужно использовать удельную теплотворность, представляющую собой величину, производную от плотности и теплотворности.

По калорийности дрова из пород деревьев, растущих на территории России, делятся на 3 группы:

Несмотря на то, что массовая теплотворность хвойной древесины больше, чем лиственной, из-за её меньшей плотности результирующая теплотворность хвойных дров меньше.

Зольность дров

Зола – это минеральные вещества, которые остаются после полного сгорания органической части дров. Чем больше дерево содержит минералов, тем больше оставляет золы.

Зольность дров измеряется в процентах от общей массы дровяного топлива. Она делится на внутреннюю (в количестве от 0,2 до 2,16%), т.е. ту, что присутствует в дереве в естественных условиях, и внешнюю (до 20%), занесённую во время заготовки, хранения или транспортировки (например, частицы грунта, оставшиеся после трелёвки). Причём вторая, как видим, значительно превышает первую.

Самые зольные породы дров – это:

Смолистость

Смола есть не только у хвойных пород, просто у них её значительно больше. Например, дёготь берёзы – это тоже древесная смола.

Смолистость древесины зависит от породы дерева, места его произрастания, времени спиливания и длительности сушки. Лиственные породы выделяют меньше недогорающих летучих смол.

Хвойные поленья, особенно при сгорании в условиях недостатка кислорода, сильно загрязняют дымоход и топку. Для пиролизных котлов также не рекомендуются и дрова из берёзы. При недостаточном количестве кислорода и они выделяют много смолистых веществ.

Раскалываемость дров

Раскалываемость древесины зависит от её упругости и плотности, чем выше упругость и ниже плотность, тем легче её расколоть.

В целом влажная свежая древесина колется легче пересушенной, но сильно мокрая, она становится вязкой и колется с трудом.

А вот мёрзлое лиственное дерево и в сухом виде поддаётся колке легко, поэтому многие советуют заниматься дровами зимой, особенно это актуально для твёрдых пород дерева.

Для хвойных пород время года не имеет значения, их можно колоть хоть летом, хоть зимой.

Самые лёгкие для расколки породы – это каштан, осина, бук, липа. Но пороки и сучки затруднят колку любой древесины.

Срок хранения дров

Вопреки распространённому мнению у дров есть срок хранения. Хвойные породы хранятся дольше из-за наличия в их волокнах большого количества смол, лиственные, в том числе и берёза, имеют ограниченный срок годности.

Больше 2 (3 года) лет хорошо хранятся только ольха и осина. После этого срока древесина начинает гнить, а жечь гниль опасно для здоровья. При сгорании она выделяет токсические вещества. Совсем мало времени до начала гниения у древесины тополя. Она может храниться всего несколько месяцев.

Разбег по удельной выделяемой теплоте объясняется такими факторами как: влажность древесины, условия и срок хранения, возраст деревьев и прочее.

Лучшие дрова по областям применения

Дрова для отопительной печи должны давать много тепла, длительно и стабильно гореть, оставляя золу в топке, а не на стенках дымохода. Такими свойствами обладают твёрдые лиственные породы: дуб, берёза, ясень, клён, большинство фруктовых деревьев. В них содержится мало сока и смолы, а значит, от них нет копоти. Лиственные породы в большинстве случаев оставляют после сгорания не только золу, но и тлеющие твёрдые угли. Это позволяет сохранять тепло дольше.

Не все лиственные деревья дают хорошие дрова. Осина, липа и ива имеют очень мягкую древесину с низкой теплопроизводимостью. Тем не менее, их показатели немного лучше, чем у большинства хвойных деревьев.

Древесина хвойных горит настолько хорошо, что прогорает почти мгновенно, поэтому её нужно намного больше, чем древесины твёрдых лиственных пород. При этом она может сильно дымить и коптить.

Дрова для камина

Топливо для открытых домашних систем не должно дымить и искрить, хорошо отдавать тепло, иметь приятный аромат.

Для топки камина лучше других пород подходят: ольха, дуб, клён, ясень, граб и бук.

Можно применять для этой цели и осину, акацию и фруктовые деревья. Хвойные дрова выбрасывают искры и копоть, хотя у них приятный аромат. Они, как и берёза, копотью загрязняют каминный дымоход.

Дрова для бани

Для бани важна высокая температура, аромат и антисептические свойства, которые выделяют некоторые породы древесины при горении. Для бани хороши:

На каких дровах готовить пиццу?

Для приготовления пиццы, как и для любой другой пищи, нужны дрова, дающие достаточное количество жара, придающие ей приятный, а не отталкивающий аромат, не коптящие. Хорошая пицца получится на дубовых, ясеневых, кленовых, буковых, кедровых, липовых, фруктовых дровах.

Не используют для приготовления пиццы еловые, пихтовые, сосновые и берёзовые поленья. Вещества, присутствующие в их составе портят вкус блюд.

Какие дрова выбрать?

Древесину и кору ольхи можно назвать универсальным топливом, она сочетает в себе все положительные качества. Для заготовки ольхи в качестве дров берут деревья, растущие вдали от воды, на возвышенностях. Поэтому они легко просыхают и подходят для отопления домашних печей. Хранятся длительно, но спустя 3 года теряют свои ароматические свойства, так хорошо применяемые в коптильнях.

Ольха мало дымит, поэтому издавна её использовали для отопления бань «по чёрному». Она хорошо подходит и для сжигания в каминах. А если к ней добавить берёзовые поленья, то будет ещё теплее и гореть будет дольше. Ольха также очищает дымоходы от сажи.

Дрова из дуба

Дубовые дрова дорогие и редкие. Они трудно разгораются, но дают много тепла. Даже несколько полешек, подложенных к породам других деревьев, обеспечат длительное горение. Дуб при горении оставляет долго тлеющие угли, поддерживающие печь в нагретом состоянии.

Дрова из дуба ароматны, они хорошо подходят для каминов, для приготовления пиццы и других блюд.

Но описанными выше качествами обладает только молодая древесина дуба. Чем старше дерево, тем меньше тепла дают дрова, сделанные из его стволов. Есть у дубовых дров и другой недостаток – они оставляют после сгорания много золы и сильно загрязняют дымоходы.

Дрова из берёзы

Хотя это быстрорастущее дерево, но на дрова оно пригодно в возрасте 40—60 лет. Только тогда оно даёт тепла больше, чем сосна и осина.

Древесина берёзы отличается лёгкостью загорания даже в недосушенном или сыром виде, в её коре есть смола, поэтому её часто используют для розжига других дров (например, осиновых или дубовых). Горит она долго и жарко, но выделяет много сажи, оседающей в дымоходах.

Поэтому берёзовые дрова рекомендуется применять вместе с осиновыми, которые характеризуются способностью очищать дымоходы.

Издавна берёзовые дрова использовали для топки бань. При горении они не только хорошо и быстро нагревают помещение, но и дезинфицируют его воздух. Сгорает берёза полностью, в конце не оставляя твёрдых углей.

Не подходит такой вид дров и для приготовления шашлыков и других блюд — дёготь придаёт еде горечь.

Берёзовые дрова долго не хранятся, они гниют уже спустя 2 года, особенно если лежат на открытом воздухе. Поэтому запасаться надолго берёзой не стоит.

Дрова из ясеня

Ясеневые дрова горят интенсивнее и жарче дубовых. Это объясняется структурой их древесины. Внутри их ствола есть волокнистые трубки, заполненные воздухом, поэтому дерево нагревается от середины наружу.

В ясене немного влаги, он быстро сохнет, горит равномерным пламенем. Эти дрова не коптят и не загрязняют детали печи. Подходят для любых целей, кроме очистки дымоходов.

Дрова из липы

Липа с трудом разгорается, но горит интенсивно и даёт много тепла. Она хорошо подходит для бань. С древних времён для лечения при топке бань наряду с липой применяли мёд, сжигаемый вместе с поленьями. Говорили, что такое ароматическое сочетание благотворно действует на органы дыхания и помогает заживлению ран на коже.

К сожалению, оздоровительные свойства липы сохраняются только в течение 2 лет. При более длительном хранении дрова из липы подойдут только для отопления дома.

Дрова из осины

Дрова из осины используют для растопки печи перед закладкой угля, хотя и саму осину нужно разжигать с помощью берёзовой коры или бумаги, этот процесс у осины идёт с трудом.

Она подходит для очистки дымоходов от сажи, сама не дымит, не оставляет после сгорания много пепла, но и тепла особого от неё нет.

Из-за дешевизны дров из осины ими можно топить бани и камины, но сжечь придётся их немало, не испортят они и шашлык, хотя аромата ему не добавят.

Осина хранится дольше берёзы, хорошо колется в свежем состоянии.

Дрова из ивы и тополя

Это дешёвый, а порой и бесплатный (во время ежегодных плановых вырубок в городских парках), но невыгодный вид топлива. Дрова из этих пород дерева быстро сгорают и поэтому не дают много тепла. Чтобы натопить помещение при их помощи, нужно заложить в печь большое количество охапок.

Но топить ими дома и бани можно, они не коптят и не дымят, хотя издают характерный аромат и сильно искрят. Колется тополь не легко, а хранится очень ограниченное время – всего несколько месяцев.