Энергосберегающие мероприятия в системах электропотребления

Системы 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;

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;

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

посредством повышения

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

(20 – 25)%

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.

Реактивная Электрическая Энергия

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

Q = U I Sin φ

Поэтому она имеет двойственный характер: индуктивный φ>0,а при φ<0 ёмкостной, единица измерения [ВАр ч],[кВАр ч]

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

энергоаудита

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.);

-люксметр; анемометр;

- гигрометр;

-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);

• тестер электроизоляции;

•тестер заземления;

• микроомметр для проверки контактных сопротивлений;

• корреляционный определитель мест повреждения трубопроводов;

• различные течеискатели и детекторы газов;

•тепловизор;

• 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);

• тахометр;

• динамометры для измерения усилий и крутящего момента;

• портативный компьютер.

Сертификация приборов

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;

• устранение потерь;

•повышение эффективности преобразования.

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

Погрешности измерений

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.

Суммарная 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

Инструментальная погрешность каждого элемента складывается из двух составляющих – систематической и случайной. Так как каждая из систематических составляющих погрешности ∆1,∆2 … отдельных элементов тракта имеет свой определенный знак, то инструментальная погрешность всего тракта получается алгебраическим суммированием составляющих:

∆ = Σ ∆i(i =1,2, ..,n)