6.4. Увеличьте коэффициент нагрузки!

Определение

Нагрузка. Большинство промышленных предприятий, потребляющих электроэнергию, платят за используемую электроэнергию (киловатт∙часы) и за максимальную потребляемую мощность (киловатты, аналог заявленной мощности). Чтобы определить пиковую нагрузку, энергетические компании устанавливают короткие промежутки времени, так называемые интервалы нагрузки, обычно 15-, 30- или 60-минутные. Под нагрузкой понимают среднюю мощность, потребляемую нагрузкой (киловатты), а пиковая нагрузка – это максимальная нагрузка, наблюдаемая в течение расчетного периода.

Коэффициент нагрузки. Коэффициент нагрузки – это отношение средней киловаттной нагрузки за расчетный период к пиковой нагрузке. Например, если предприятие израсходовало 800000 кВт∙ч в течение 30 дней (расчетный период), а пиковая нагрузка была 2000 кВт.

Коэффициент нагрузки = 800000/(720 2000) = 0,55 или 55 %.

Плата за нагрузку

Предприятие-производитель электроэнергии в системе коммунального хозяйства должно быть готовым обеспечить пиковые нагрузки. Плата за нагрузку, включенная в счет, как раз и покрывает эту часть затрат при подаче электричества. Очевидно, больше всего электроэнергии на доллар пользователь получит в том случае, когда нагрузка будет поддерживаться постоянной, или, другими словами, коэффициент нагрузки будет равен 100 %.

Со своей стороны отметим, что такое очевидно возможно, если потребитель регулирует коэффициент нагрузки за счет своих собственных генерирующих мощностей.

Стоимость электричества в зависимости от коэффициента нагрузки

Чтобы снизить затраты на оплату нагрузки, нужно, очевидно, сгладить пики и провалы в потреблении энергии. Первый шаг к цели – построение графика месячных затрат на электроэнергию в зависимости от коэффициента нагрузки, как это показано на рис. 6.4. (Та же самая процедура используется при обсуждении инкрементных стоимостей единиц энергии, за исключением того, что киловатт∙часная нагрузка остается постоянной, а меняется киловаттная нагрузка). По этому графику можно установить, на какую потенциальную экономию можно рассчитывать при увеличении коэффициента нагрузки.

В связи с тем, что стоимость, цена, тариф единицы энергии во многом определяют затраты на приобретаемые и используемые энергоресурсы, приведем здесь основные понятия стоимости единицы энергии, сложившиеся в США.

Рис. 6.4. Типичная зависимость месячного счета за электроэнергию

от коэффициента нагрузки

Стоимость единицы энергии (киловатт∙часа, килокалории, джоуля и пр.), зависящая от способа получения энергии, является основой при оценке потенциальной экономии. Эта оценка, в свою очередь, очень существенна в практической деятельности для определения приоритетов, когда рассматриваются различные новые предложения или обсуждаются вопросы модернизации технологических процессов.

Инкрементная стоимость

Определение. Стоимость единицы энергии, определяемая по оплате последней порции покупаемой энергии, называется инкрементной стоимостью. Если есть различие между инкрементной стоимостью и средней стоимостью, то оценки экономии выполняются на основе инкрементной стоимости единицы энергии.

Пример. Инкрементная стоимость и средняя стоимость мазута одинаковы, поскольку цена за тонну нефти обычно не зависит от покупаемого количества. С другой стороны, тарифы на покупаемую электроэнергию имеют, как правило, скользящую структуру, зависящую от количества энергии, потребляемой предприятием.

Разные цены

Инкрементная стоимость представляет самую дорогую покупаемую энергию, если энергия приобретается частями по разным ценам. Такая ситуация возникает, например, когда поставки природного газа по твердым ценам фиксированы, а дополнительное количество природного газа (или другого топлива, например, пропана) приобретено по более высоким ценам. Если же, наоборот, окажется возможным уменьшить потребление по сравнению с запланированным, то первое сокращение в затратах будет за счет более дорогого дополнительного газа и экономию нужно рассчитывать, очевидно, на основе инкрементной стоимости.

График нагрузки

Следующий шаг – это построение кривой изменения нагрузки, как показано на рис. 6.5. Здесь учтены все нагрузки предприятия. Данные по киловаттной нагрузке могут быть получены из графиков, имеющихся в энергетических компаниях или на самом предприятии – в том случае, если киловаттная нагрузка фиксируется непрерывно. Если прибор, регистрирующий нагрузку, такого типа, что показывает только пиковую нагрузку, необходимо временно установить регистратор мгновенной мощности. Энергетическая компания должна обеспечить такой контроль по просьбе потребителя.

Рис. 6.5. Мощность, потребляемая нагрузкой, в зависимости от времени суток

График нагрузки укажет на размеры пиков и провалов и подскажет, как выровнять нагрузку. Однако, прежде чем предпринять какие-то меры, нужно иметь данные о нагрузках отдельных потребителей энергии.

Список основных потребителей

Самые большие возможности регулировать нагрузку связаны с основными потребителями электричества. Поэтому нужны списки наиболее крупных потребителей, необходимо знать их нагрузку и графики их работы. Анализ этих данных часто может подсказать, какие нагрузки действительно вносят (или могут вносить) основной вклад в пиковые нагрузки.

Способы уменьшения нагрузки

Ручная регулировка

Анализ возможностей регулировать нагрузку часто начинают с обсуждения автоматической регулировки. Однако часто регулировку можно выполнять вручную. Ниже рассмотрены приемы, за счет которых можно исключить автоматическую регулировку нагрузки, заменив ее ручной.

Распределите пусковые нагрузки! Если нагрузка меняется во времени, как показано на рис. 6.5, когда наибольший ток приходится на начало смены, нужно рассмотреть возможность разнесения пусковых нагрузок на два или более интервалов. Если применительно к рис. 6.5, пусковую нагрузку можно уменьшить до 780 кВт (следующий пик).

Годовая экономия = (840 – 780 кВт) 3 долл. США/кВт 12 мес. =

= 2160 долл. США.

Поддерживайте среднюю нагрузку в течение каждой смены! Анализ рабочего графика может показать, что отдельные нагрузки могут быть подключены в другое время, чтобы обеспечить равномерную нагрузку в течение рабочей смены. Например, значительно увеличить нагрузку можно при одновременном вклю­чении всех смесителей в начале каждой смены. Если разнести эти циклы во времени, нагрузка станет более равномерной. В примере, показанном на рис. 6.5, средняя нагрузка – 678 кВт при пиковой 840 кВт. Если уровень нагрузки нельзя выровнять абсолютно, то даже при уменьшении пиковых нагрузок так, чтобы они не превышали среднюю более чем на 10 %, экономия составит:

Годовая экономия = [840 – (678 1,1)] 3 12 = 3391 долл. США.

Передайте нагрузку на другую смену! Нагрузки в дневную смену, как правило, выше, чем в другое время. Поэтому нужно уменьшать пиковые нагрузки, по возможности уменьшая потребление энергии в дневные часы, перенося выполнение части работ на другое время. Если, например, можно перевести с одного времени на другое нагрузку в 74,6 кВт, годовая экономия (за счет соответствующего уменьшения пиковой нагрузки) составит:

Годовая экономия = 74,6 3 12 = 2327 долл. США.

Увеличьте производство энергии на предприятии! Если само предприятие вырабатывает электроэнергию, то можно сократить затраты на услуги коммунального хозяйства. Если возможности предприятия достаточно большие, потребление электроэнергии от коммунального хозяйства можно поддерживать на постоянном, заранее определенном уровне.

Автоматическая регулировка нагрузки

Надежность. К сожалению, человек может ошибаться. Поэтому при регулировке нагрузки чрезвычайно важно исключить возможность такой ошибки, поскольку однажды определенная пиковая нагрузка становится основанием для расчетов за электроэнергию на некоторый период – до следующего определения пиковой нагрузки, и никакие попытки уменьшить нагрузку в этот период не дадут результата. Вопрос о регулировке становится особенно актуальным, если тарифные расценки предусматривают определение пиковых нагрузок раз в год. В таких случаях особенно желательна автоматическая регулировка – для большей надежности.

Типы нагрузок. Чтобы осуществлять автоматическую регулировку электрической нагрузки, нужно прежде всего провести классификацию всех нагрузок. Электрические нагрузки можно разделить на две основные категории, как это показано ниже.

Существенные. Это те нагрузки, которые важны для поддержания процесса производства, комфорта рабочих и безопасности. Незапланированные отключения этих нагрузок недопустимы.

Несущественные, или допускающие временное отключение. Нагрузки этой категории могут быть отключены временно, без заметного влияния на процесс работы. Примерами таких нагрузок являются кондиционеры, вентиляторы и вытяжки, охладители и компрессоры, подогреватели воды, зарядные устройства. Регуляторы нагрузки уменьшают расходы, отключая несущественные нагрузки, так что увеличение нагрузки выше определенного уровня исключается.

Регуляторы нагрузки. Регуляторы, ограничивающие нагрузку, на сегодняшнем рынке представлены начиная от сравнительно простых приборов и кончая крупными компьютерными системами. Существенно, однако, что все они измеряют нагрузку в процессе потребления и регулируют ее за счет несущественных нагрузок. Более усовершенствованные регуляторы обеспечивают еще большую гибкость при временном отключении нагрузок.

Экономия. Экономические выгоды здесь сильно зависят от структуры тарифов и от того, выделяют в ней нагрузку или нет. 50%-ное увеличение нагрузки может на 25 % увеличить счет, если расчетная система выделяет мощность, потребляемую нагрузкой, в то время как в другом случае, когда нагрузка не считается столь важной, увеличение в счете может составлять всего 10 %.

В примере, приведенном на рис. 6.5, максимальная возможная экономия при автоматической регулировке нагрузки, основанной на поддержании ежедневной нагрузки постоянной, – это

Годовая экономия = (840 – 678) 3 12 = 5832 долл. США.

На практике, в стандартных условиях экономия будет несколько меньше, чем в этой идеальной ситуации.

Для уменьшения пиковой нагрузки нужно выявлять нагрузки, временное отключение которых даст существенную экономию.

Наряду с уменьшением мощности, потребляемой активной нагрузкой, при уменьшении потребляемой энергии происходит экономия в киловатт∙часах. Например, если при проверке пиковой нагрузки временно отключить вентиляторы, потребление энергии будет меньше, чем оно было бы при непрерывно работающих вентиляторах. Экономия энергии может составлять до 10 % от той энергии, которая была бы при подсоединенной данной нагрузке.