Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
петруша / ЭнЭф к зачету ДО / учебники / СпрДокументОнаилучших достижениях.pdf
Скачиваний:
100
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
21.13 Mб
Скачать

В Амстердаме (Нидерланды) в качестве источников холода для централизованного холодоснабжения используются глубокие озера, расположенные вблизи соответствующих станций.

Справочная информация

[93, Tolonen, 2005], [120, Helsinki Energy, 2004]

3.5. Электроснабжение

Введение

В национальных сетях электроэнергия передается по высоковольтным линиям в виде синусоидальных волн напряжения и силы тока с частотой 50 Гц (в Европе), причем одновременно передаются три волны (фазы), сдвинутые друг относительно друга на 120°. Высокое напряжение применяется с целью минимизации потерь при передаче. В зависимости от используемого оборудования, при входе на объект потребителя или вблизи конкретной установки осуществляется понижение напряжения. Как правило, напряжение для промышленных потребителей понижается до 440 В, а для домохозяйств, офисов и т.п. – до 240 В.

Качество электроснабжения и условия использования энергии зависят от различных факторов, включая сопротивление электрических сетей, а также влияние некоторых видов оборудования и использования энергии на характеристики энергоснабжения. В энергетических системах крайне желательны стабильность напряжения, а также отсутствие искажений формы волн.

В 2002 г. общее потребление электроэнергии в 25 странах ЕС (EU-25) составило 2641 ТВт·ч; еще 195 ТВт·ч составили потери в сетях. Основным потребителем электроэнергии была промышленность (1168 ТВт·ч или 44 % общего потребления), за которой следовали жилой сектор (717 ТВт·ч или 27 %) и сектор услуг (620 ТВт·ч или 23 %). На эти три сектора в совокупности приходилось около 94% потребления электроэнергии в ЕС.

3.5.1. Компенсация реактивной мощности

Общая характеристика

Многие широко распространенные виды электрического оборудования обладают не только активным, но и индуктивным сопротивлением. В качестве примеров можно назвать, в частности:

однофазные и трехфазные электродвигатели переменного тока (см. раздел 3.6);

приводы с переменной скоростью (см. раздел 3.6.3);

трансформаторы (см. раздел 3.5.4);

разрядные лампы высокой интенсивности (см. раздел 3.10).

При работе всех этих устройств потребляется как активная, так и реактивная электрическая мощность. Активная мощность преобразуется в полезную работу, в то время как реактивная мощность расходуется на создание электромагнитных полей. Реактивная мощность совершает периодические колебания между генератором и нагрузкой (с частотой источника). Конденсаторные батареи и подземные кабели также вносят вклад в формирование реактивной мощности.

Полная мощность рассчитывается как геометрическая сумма активной и реактивной мощности, представленных взаимно перпендикулярными векторами. Именно полная мощность определяет требования к генерирующим, сетевым и распределительным мощностям. Это означает, что генераторы, трансформаторы, линии электропередач, распределительное оборудование и т.д. должны быть рассчитаны на более высокую номинальную мощность, чем в том случае, если бы нагрузка потребляла только активную мощность.

Вследствие этого компании, эксплуатирующие генерирующие и передающие мощности (это может быть как внешний поставщик, так и предприятие, производящее электроэнергию для собственных нужд) сталкиваются с необходимостью дополнительных затрат на оборудование и дополнительными потерями энергии. Поэтому внешние поставщики взимают с потребителей

210

дополнительную плату в том случае, если доля реактивной мощности превышает определенное пороговое значение. Как правило, в качестве порогового уровня выбирается величина cos φ (запаздывания тока по фазе относительно напряжения) в диапазоне между 1,0 и 0,9, при которой негативные эффекты, связанные с реактивной мощностью, могут считаться несущественными. В Приложении 7.17 приведено простое разъяснение концепции активной и реактивной мощности.

Коэффициентмощности = Активная мощность Полная мощность

Например, в ситуации, представленной на схеме на рис. 3.22:

активная мощность равна 100 кВт, полная мощность равна 142 кВА, и, следовательно:

коэффициент мощности равен 100/142 = 0,70.

Это означает, что только 70% тока, поставляемого энергетической компанией, используется для совершения полезной работы (дальнейшие разъяснения приведены в Приложении 7.17).

Рисунок 3.22: Активная, реактивная и полная мощность

Корректировка коэффициента мощности (компенсация реактивной мощности), например, посредством подключения конденсаторов параллельно нагрузке, позволяет устранить или снизить потребность в производстве и передаче реактивной мощности. Средства корректировки коэффициента мощности оказываются наиболее эффективными в том случае, если они применяются в непосредственной близости от нагрузки и основаны на современных технологиях.

Поскольку коэффициент мощности может изменяться со временем вследствие изменения характеристик и состава оборудования, представляющего собой индуктивную нагрузку (см. примеры выше), его измерение должно производиться с определенной периодичностью. Период между измерениями зависит от характера предприятия и использования оборудования и, как правило, находится в диапазоне от 3 до 10 лет. Кроме того, конденсаторы, используемые для компенсации реактивной мощности, со временем изнашиваются и, как следствие, также нуждаются в периодических проверках (легко наблюдаемым признаком износа является нагрев конденсатора при работе).

В качестве прочих мер, направленных на повышение коэффициента мощности, можно, в частности:

свести к минимуму работу двигателей на холостом ходу или со значительной недогрузкой (см. раздел 3.6);

избегать эксплуатации оборудования при напряжении, превышающем номинальное;

по мере исчерпания ресурса или выхода из строя традиционных электродвигателей заменять их энергоэффективными (см. раздел 3.6);

даже в случае энергоэффективных двигателей коэффициент мощности существенно зависит от вариаций нагрузки. Двигатель, спроектированный для работы с высоким

211

коэффициентом мощности, должен работать при мощности, близкой к номинальной, для реализации этого потенциала (см. раздел 3.6).

Экологические преимущества

Энергосбережение как на стороне производителя, так и на стороне потребителя.

В табл. 3.21 представлен потенциальный эффект доведения среднего коэффициента мощности в промышленном секторе ЕС до 0,95.

Коэффициент мощности в

Потребление

 

 

Пр-во реактивной

Пр-во полной

активной

 

Cos φ

промышленности EU-25

мощности, ТВт·ч

 

мощности ТВАр·ч

мощности ТВА·ч

 

 

 

 

Фактический (согласно оценкам)

1168

 

0,70

1192

1669

Целевой

1168

 

0,95

384

1229

Таблица 3.21: Оцениваемое

потребление

электроэнергии в промышленном секторе

25 государств – членов ЕС в 2002 г.

[131, ZVEI, 140, EC, 2005]

Согласно оценкам, улучшение среднего коэффициента мощности во всех государствах – членах ЕС привело бы к сбережению 31 ТВт·ч электроэнергии, хотя часть этого потенциала уже используется. Расчеты были выполнены исходя из общей величины потребления электроэнергии в промышленности и секторе услуг ЕС-25 в 2002 г. 1788 ТВт·ч, причем из этой величины на промышленность пришлось 65 %37.

Повышение коэффициента мощности приведет и к энергосбережению на уровне отдельных предприятий. Согласно оценкам, повышение коэффициента мощности с 0,73 (среднее значение для промышленности и сектора услуг ЕС) до 0,95 позволяет сократить энергопотребление предприятия на 0,6%.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

О воздействиях не сообщается.

Производственная информация

Некомпенсированная реактивная мощность приводит к росту потерь в распределительной сети предприятия. Существенные потери могут приводить к перепадам напряжения, которые, в свою очередь, могут вызывать перегрев и преждевременные отказы электродвигателей и другой индуктивной нагрузки.

Применимость

Все предприятия.

Экономические факторы

Внешние поставщики могут взимать дополнительную плату за реактивную мощность, связанную с индуктивной нагрузкой потребителя, если коэффициент мощности предприятия оказывается ниже 0,95 (см. Приложение 7.11).

Затраты на компенсацию реактивной мощности невелики. Некоторые виды современного оборудования (например, энергоэффективные двигатели) снабжены встроенными средствами компенсации реактивной мощности.

Мотивы внедрения

сокращение потерь энергии как на предприятии, так и во внешних передающих и распределительных сетях (в случае электроснабжения из внешнего источника);

увеличение полезной мощности внутренней системы энергоснабжения;

37 31 ТВт·ч соответствует энергопотреблению более 8 млн. домохозяйств или мощности примерно 2600 ветрогенераторов, около 10 ТЭС на природном газе и 2–3 АЭС. Эта величина соответствует также выбросам более 12 Мт CO2.

212

повышение надежности оборудования и сокращение времени простоев.

Примеры

Широко применяется.

Справочная информация

Дополнительные сведения о компенсации реактивной мощности приведены в Приложении 7.17. [130, US_DOE_PowerFactor, 131, ZVEI]

3.5.2. Гармоники

Общая характеристика

Некоторые виды электротехнического оборудования, представляющего собой нелинейную нагрузку, могут приводить к возникновению гармоник (искажений синусоидальной формы волн напряжения или тока) в электрических сетях. К нелинейной нагрузке относятся, в частности, выпрямители, некоторые системы электрического освещения, электродуговые печи, импульсные источники питания, компьютеры и т.д.

Для подавления (устранения или снижения) гармоник могут использоваться фильтры. Нормативные документы ЕС ограничивают использование методов повышения коэффициента мощности, связанных с увеличением гармоник. Такие стандарты, как EN 61000-3-2 и EN 61000-3- 12 требуют оборудования импульсных источников питания фильтрами гармоник.

Экологические преимущества

Энергосбережение.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

О воздействиях не сообщается.

Производственная информация

Негативные эффекты гармоник могут включать:

необоснованное срабатывание предохранителей;

нарушение функционирования генераторных систем и систем бесперебойного энергоснабжения;

проблемы с учетом энергопотребления;

нарушение работы компьютерного оборудования;

проблемы, связанные с перенапряжением.

Гармоники не могут быть обнаружены при помощи обычного амперметра; для этого необходимо оборудование, позволяющее измерять истинные среднеквадратичные значения.

Применимость

Проверки с целью выявления оборудования, создающего гармоники, следует проводить на любых предприятиях.

Экономические аспекты

Потери вследствие нарушения функционирования оборудования.

Мотивы внедрения

повышение надежности оборудования;

сокращение потерь, связанных с простоями;

снижение тока заземления;

наличие гармоник требует дополнительных мер обеспечения безопасности заземления.

213