Лекция 7. Энергосбережение в электрических сетях и в системах аккумуляции электроэнергии.
Структура энергетического комплекса России.
Проведенная в последние годы реформа энергетики предусматривает внедрение в отрасли следующей структуры:
Генерирующие мощности (электрические станции, ТЭЦ, котельные).
Передающие электрические сети.
Распределение и потребление электрической и тепловой энергии (включая тепловые сети).
На каждом из этих трех уровней предусматривается внедрение частной собственности на производственные мощности и развитие конкуренции.
На сегодняшний день собственником электрических сетей остается государство. В то же время на крупных промышленных предприятиях существуют свои электрические сети, в рамках предприятия. Таким образом, можно выделить три группы собственников электрических сетей:
Государственные сети – крупные высоковольтные линии для передачи электроэнергии на большие расстояния.
Сети, являющиеся собственностью предприятий различных форм собственности – их нагрузка, структура и прочие параметры ориентированы на обслуживание потребностей конкретного предприятия или группы взаимосвязанных предприятий.
Частные электрические сети – собственность акционерных обществ, предназначены, как правило, только для переброски электроэнергии на значительные расстояния.
Потребитель электроэнергии оплачивает ее стоимость производителю (электрической станции) и стоимость ее транспортировки (электрическим сетям).
Права собственника электрических сетей:
Выбирать себе производственных партнеров (производителей и потребителей энергии).
Участвовать в согласовании условий передачи энергии, в частности, параметров электрического тока, с учетом своих возможностей и потребностей партнеров.
Устанавливать плату за свои услуги Пл = Затр + ПР, где Затр – чистые затраты на обслуживание сетей, ПР – прибыль собственника.
Участвовать в разработке обоснованных тарифов на электроэнергию.
Участвовать в разработке стандартов на электроэнергию.
Проводить строительство новых линий электропередачи.
Обязанности собственника электрических сетей:
Соблюдать взятые на себя обязательства перед партнерами (по объемам передаваемой энергии, ее параметрам, стоимости услуг и т.п.)
Обеспечивать удовлетворительное техническое состояние существующих сетей путем организации своевременного контроля и ремонта. Таким образом, обслуживанием государственных сетей занимаются государственные организации или иные организации, заключившие договор с государством на выполнение этого вида работ. Обслуживание локальных сетей предприятия обеспечивает соответствующее подразделение или служба предприятия. Организацией ремонта и обслуживанием частных сетей занимается собственник.
В то же время, поскольку в России законодательно закреплен государственный метрологический контроль и надзор, собственники электрических сетей обязаны обеспечивать доступ контролирующих лиц на свои предприятия.
Следует отметить, что значительная часть сетей достаточно изношена и требует не просто поддержания, но капитального ремонта. Кроме того, необходима организация охраны особенно крупных и важных линий от вредителей, террористов, воров. На все это нужны значительные денежные средства. Но инвесторов пока нет, ни на государственном уровне, ни на частном. А попадать в зависимость от иностранного капитала в таком стратегически важном вопросе нельзя.
В условиях рыночной экономики и частной собственности на средства производства меняются приоритеты, критерии оптимальности эксплуатации. Главным становится не выработка максимума продукции и не экономия ресурсов, а получение максимума прибыли. Но даже в этих условиях собственники заинтересованы в снижении нерациональных потерь энергии.
Потери энергии в электрических сетях:
Потери электроэнергии на какой-либо линии электроснабжения за учетный период составляют:
ΔЕ = 3К2Ф I2СР RЭ tР ,
где: Кф – коэффициент формы графика нагрузки, Кф = Iск / Iср;
для электрических нагрузок большинства промышленных предприятий Кф = 1,01-1,10 и является коэффициентом графика суточной нагрузки, учитывает суточную неравномерность потребления электроэнергии;
для сетей, рассчитанных на передачу электроэнергии в больших количествах (большой мощности) и на большие расстояния, коэффициент Кф учитывает суточную и сезонную неоднородность потребления энергии, влияние трансформаторных подстанций, покрытие нагрузки в базовой и пиковой составляющих различными генераторными мощностями и другие факторы..
Iск – среднеквадратичная величина тока;
Iср – средняя величина тока (Iср – средняя за характерные сутки величина тока линии);
Iср =
или Iср =
);
Эа, Эр – расход активной и реактивной энергии за характерные сутки, кВт ч, передаваемая мощность;
U – линейное напряжение, кВ;
tр – число рабочих часов за характерные сутки (за учтённый период);
cosφСВ – средневзвешенная величина коэффициента мощности линии;
Rэ – эквивалентное активное сопротивление линии.
Таким образом, для уменьшения потерь электроэнергии в электросетях проводят следующие мероприятия.
1) Повышают напряжение.
Для переменного тока допустимо повышение до 500 кВ, выше нельзя, так как становятся слишком большими потери индуктивные и емкостные. Для постоянного тока – до 1200 кВ, но требуется преобразование переменного тока в постоянный и обратно. Сила тока составляет величины порядка 110 кА и определяется как передаваемая мощность деленная на напряжение. Напряжение у потребителя значительно ниже напряжения в передающих сетях, поэтому возникает потребность в трансформаторных подстанциях. Строительство и эксплуатация таких подстанций связаны с экономическими затратами. Кроме того, при трансформации напряжения идут потери энергии. Следовательно, существует оптимальное, экономически и технически целесообразное напряжение в электрических сетях.
2) Повышают cosφСВ.
Возможности повышения cosφСВ ограничены уровнем развития современных технических средств.
3) Снижают сопротивление.
Для снижения сопротивления используют провода из определенных материалов (алюминий и сплавы на основе алюминия, на коротких линиях – медь) и определенного диаметра. Оптимальный диаметр должен обеспечивать достаточно малое сопротивление. Но при уменьшении сопротивления увеличивается сила тока, и параметры проводов должны обеспечивать их долговременную работу при нагрузке, которой они подвергаются.
Кроме потерь электроэнергии, возможны прочие потери в сетях:
Поэтому линии электропередач стараются облегчать по весу, использовать белее легкие и дешевые материалы для проводов и изоляции.
Применяют наиболее экономичные конструкции опор.
Устанавливают защиту от последствий резких колебаний напряжения и пр.
Не только техническое состояние оборудования, но и режимы его эксплуатации должны соответствовать стандартам. И в первую очередь, должны поддерживаться требуемые напряжение и частота электрического тока.
Ведение документации является важной формой учета рациональных расходов и потерь энергии, а также обеспечивает возможность контроля эксплуатации сетей. Анализ технической документации позволяет выявить степень износа оборудования (по датам его установки и ремонтов) и аварийно опасные участки. Анализ финансовой документации дает представление о правильности использования денежных средств. Журналы эксплуатации позволяют выявить степень соблюдения методов и методик эксплуатации оборудования, оборудование, требующее ремонта, аварийно опасные участки.
Одной из форм обеспечения энергосбережения является работа с персоналом, которая включает следующие направления:
Предварительное обучение вновь принимаемых работников.
Периодическое (раз в год, раз в несколько лет) проведение экзаменов для персонала по методам работы на оборудовании и по технике безопасности).
Периодическое обучение персонала.
Внеочередное обучение персонала при установке нового оборудования.
Соблюдение правил техники безопасности позволяет не только предотвращать аварии и травматизм, но и оптимально эксплуатировать оборудование.
Системы аккумуляции электроэнергии представлены двумя видами:
1) На гидроэлектростанциях в часы пониженной нагрузки турбина (или часть турбин) работает в режиме подъема воды в водохранилище верхнего уровня, забирая электроэнергию из сети. В часы повышенной электрической нагрузки вода из верхнего водохранилища подается на турбину и повышает выработку электроэнергии.
2) На других видах электростанций существуют кислотные аккумуляторы, конденсаторы, способные накапливать некоторое количество энергии (или электрический заряд). Но мощность этих устройств мала и позволяет поддерживать аварийное энергоснабжение в течение очень короткого промежутка времени (от нескольких минут до нескольких часов).
В целом можно сделать вывод, что системы аккумуляции электроэнергии развиты недостаточно, не существует современных достаточно мощных технических устройств.
В качестве аккумулятора тепла можно рассматривать паровой аккумулятор, конструкция которого будет подробно рассмотрена ниже. Мерами по энергосбережению в подобных устройствах являются:
достаточная теплоизоляция;
соблюдение правил эксплуатации.