CC BY
97
УДК 621.3.017 DOI: 10.17213/0321-2653-2016-2-49-52
ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ABOUT THE EFFICIENCY OF ELECTRIC POWER SUPPLY INDUSTRIAL ENTERPRISES
© 2016 г. В.Н. Дубинин
Дубинин Владимир Николаевич - инженер, Северо- Dubinin Vladimir Nikolaevich - engineer, North Caucasian
Кавказский горно-металлургический институт (государст- Institute of Mining and Metallurgy (State Technological Uni-
венный технологический университет), г. Владикавказ, versity), Vladikavkaz, Russia. E-mail: [email protected] Россия. E-mail: [email protected]
Отмечена актуальность энергоёмкости производства, зависящей от энергоэффективности промышленности на уровне электроснабжения. Основным путём повышения эффективности электроснабжения промышленных предприятий является энергосбережение. Рассмотрен вопрос оценки эффективности энергосберегающих мероприятий. В качестве примера предложена компенсация реактивной мощности с её классификацией. Среди рассмотренных вариантов выявлен способ, обладающий лишь только экономическим эффектом, - централизованная компенсация. В связи с этим сделаны выводы о необходимости комплексной оценки эффективности мероприятий по энергосбережению и электроснабжению в целом.
Ключевые слова: энергоёмкость; электроснабжение; эффективность; энергосбережение; энергосберегающие мероприятия; компенсация реактивной мощности; комплексная оценка.
Noted the urgency of the energy intensity ofproduction, depending on the the energy efficiency of industry at the level of electric power supply. The main way to increase the efficiency of electric power supply industrial enterprises is an energy saving. Considered the question of evaluating the effectiveness of energy-saving measures. As an example, proposed reactive power compensation with its classification. Among the options considered identified method having only just economic effect - centralized compensation. In this regard, conclusions are made about of the comprehensive assessment of the effectiveness of energy efficiency measures and electric power supply in general.
Keywords: energy intensity; electric power supply; efficiency; energy saving; energy-saving measures; reactive power compensation; comprehensive assessment.
В настоящее время для многих стран всё более важным становится вопрос энергоёмкости производства — соотношения объёма потребляемых энергоресурсов (основную часть составляет электроэнергия (ЭЭ)) к объёму выпускаемой продукции, так как высокая энергоёмкость приводит к снижению конкурентоспособности, а также энергетической и экологической безопасности общей энергетики. В России энергоёмкость ВВП в 2,5 раза выше среднемирового уровня и в 2,5 - 3,5 раза выше, чем в развитых странах [1]. И это зависит в основном от промышленных предприятий (ПП), чья доля потребления ЭЭ составляет свыше 50 % от общего объёма [2]. В связи с этим утверждена госпрограмма Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» [3]. В неё также входит подпрограмма
«Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в промышленности», где описаны мероприятия по энергосбережению и повышению энергоэффективности, которые разделяются на организационные и технические, по повышению энергоэффективности в промышленности.
В целом же энергоэффективность промышленности заключается в энергосбережении — процессе, который требует значительно меньших затрат, чем строительство новых систем электроснабжения (ЭС). Само внедрение энергосберегающих мероприятий ведёт не только к снижению издержек, тем самым повышая конкурентоспособность производства, но и способствует снижению необходимости введения дополнительных мощностей, что повышает устойчивость ЭС и снимает барьеры развития путём снижения технологических ограничений [2].
Кроме того, эффективность работы систем ЭС обеспечивается и высоким качеством ЭЭ, при решении проблемы которого необходимы технико-экономические сопоставления результатов мероприятий по улучшению качества ЭЭ с учётом ущерба от её низкого качества.
Исходя из этого, повышение эффективности ЭС — это комплексное решение проблем, тесно взаимосвязанных и являющихся неотъемлемыми в процессе выполнения программ по энергосбережению, так как система энергосбережения без какого-либо элемента работать эффективно не будет. Кроме того, важен также факт контроля и управления внедрёнными мероприятиями и технологиями, иначе их эффективность снижается.
Согласно статистике, на крупных предприятиях с выручкой более 1 млрд руб. в среднем реализуется примерно 7,2 мероприятий, а на среднекрупных — всего 3,8. На средних и малых предприятиях реализуется около 1,4 - 1,5 мероприятия [4]. Наиболее распространёнными мероприятиями являются: установка приборов учёта, внедрение эффективных систем освещения, модернизация или замена технологического оборудования с оптимизацией режимов его работы. В связи с этим можно сделать выводы, что при выборе энергосберегающих мероприятий:
- в первую очередь, реализуют самые простые мероприятия по энергосбережению, которые не требуют больших затрат для получения быстрого эффекта;
- используют простой расчёт срока окупаемости вложений — который популярен при выборе и оценке разных мероприятий, но при этом долгосрочные перспективы этот метод не всегда учитывает.
Исходя из вышесказанного, для корректной оценки эффективности ЭС ПП и самих внедряемых мероприятий необходимо использование обобщённого показателя, который позволит делать оптимальный выбор комплекса лучших мероприятий по повышению эффективности ЭС ПП — коэффициент эффективности ЭС, учитывающий такие показатели, как удельный расход ЭЭ на единицу продукции, КПД и загрузка оборудования, потери ЭЭ, затраты и т.д.:
Э _ fx1x2x3- • .Xn).
(i)
где х\Х2Хз---Хп — показатели энергоэффективности
[5].
Тогда появится возможность: - выбирать оптимальный набор мероприятий по повышению эффективности ЭС;
- оценивать их эффективность и ранжировать по степени влияния на потери ЭЭ и затратам.
Таким образом, будет осуществляться учёт и технического, и экономического эффекта. В качестве примера можно рассмотреть компенсацию реактивной мощности (РМ). С нагрузками активной, РМ и сопротивлениями линии R и X связаны потери напряжения А и и мощности АР, полный ток 3 в линии следующими соотношениями [6]:
AU =
PR + QX PR (l + £tgq>)
U
(2)
P 2 + Q 2 P 2 (l + tg2q)
AP = У R = —^-LR ; (3)
U
U
J=
>]p2+Q2 _ Рл/1+tg
q
л1зй >/3U
(4)
где tgф — коэффициент реактивной мощности;
5 = Х^.
В связи с этим РМ — это значительный показатель эффективности ЭС и может рассматриваться как [7]:
- фактор качества электроэнергии;
- фактор энергосбережения;
- фактор экономии денежных ресурсов.
Сама компенсация РМ (рис. 1) с использованием батарей статических конденсаторов (БСК) классифицируется как централизованная (ЦК), индивидуальная (ИК) и групповая (ГК) [8]. Выбор места присоединения БСК сильно связан с выбираемым способом компенсации, при котором необходим учёт двух взаимнопротиворечи-вых фактора: степени разгрузки элементов системы ЭС от РМ и степени использования БСК с учётом удельной стоимости.
РП 1
М 2
Рис. 1. Классификация способов компенсации РМ и места расположения БСК [8]
При ЦК БСК используются эффективно и их удельная стоимость минимальна. Однако при этом от потоков РМ разгружаются только вышестоящие звенья системы ЭС (рис. 1), что даёт незначительный технический эффект, так как потери ЭЭ внутри сети 1111 (2) - (4) не снижаются и не освобождаются мощности цеховых трансформаторов [9]:
Мощность полностью загруженного трансформатора
^=4 pт+Ql. (5)
После компенсации
можность достаточно эффективно управлять компенсацией РМ.
Технический эффект, ожидаемый в результате применения устройств компенсации РМ [10]
Cos ф до компенсации Cos ф после компенсации Снижение величины тока и полной мощности, %
0,5 0,9 44
0,5 1,0 50
0,6 0,9 33
0,6 1,0 40
0,7 0,9 22
0,7 1,0 30
0,8 1,0 20
Smp^+{Qm - qky )2. (6)
Освободившаяся мощность загрузки трансформатора
p =
доп
S 2
-Q)
- p
(7)
Соответственно, такая компенсация РМ несёт лишь экономический смысл:
1. Исключается плата и штрафы поставщику ЭЭ за потребление РМ.
2. Увеличивается точность измерения объёма потребляемой ЭЭ (при низком cosф погрешность средств измерения достигает 10 - 15 % [7]) и гарантия надёжности ЭС ПП поставщиком ЭЭ по причине уменьшения потоков РМ в его ЛЭП.
При этом ЦК — не совсем надёжный способ, так как компенсация РМ при этом осуществляется единичным источником (БСК), в отличие от ИК и ГК, где РМ компенсируется рассредоточенным количеством БСК (что допускает их частичное взаиморезервирование).
При ИК (рис. 1) обеспечивается более высокая степень разгрузки элементов всей СЭС. Однако при этом увеличиваются общие и удельные затраты на компенсацию РМ ввиду снижения степени использования и увеличения числа установленных БСК. Поэтому ИК необходимо применять для отдельных электроприёмников большой мощности с низким коэффициентом мощности (таблица) и большим числом часов работы в год.
Наиболее эффективной является ГК, где БСК присоединяются в определённых точках и при этом от реактивных потоков не разгружается только распределительная сеть до электроприёмников (рис. 1), но значительно увеличивается степень использования БСК и появляется воз-
Кроме того, необходимо учитывать объёмы потребления ЭЭ и объёмы производства:
- чем больше потребление ЭЭ (рис. 2), тем больше потенциал сбережения;
- чем больше размер предприятия, тем меньше сложностей выбора энергосберегающих мероприятий и выше вероятность их внедрения.
Как явствует из рис. 2, наибольший объём ЭЭ приходится на электролитный цех, где большая часть её расходуется на электролиз и плавку. В целом индукционные плавильные печи предприятия при низком cosф = 0,67 приводят к перегрузке питающих их трансформаторов (4, 5) и значительным потерям ЭЭ (до 3500 МВт-ч в год). Кроме того, на предприятии имеется потребитель 1-й категории — асинхронный привод газодувки мощностью 2,5 МВт с cosф = 0,85. При ИК с помощью БСК 630 квар достигается cosф = 0,93.
Рис. 2. Объёмы потребления ЭЭ на ОАО «Электроцинк»
Соответственно, после оценки предприятия, ввиду большого объёма потребления ЭЭ
(рис. 2) и высоких единичных мощностей некоторых потребителей, наиболее оптимальна смешанная компенсация РМ: индивидуальная и групповая, - что в целом исключает потери ЭЭ (2) - (4) и перегрузку трансформаторов (5) - (7).
Выводы
1. Основным путём повышения эффективности ЭС является энергосбережение - его себестоимость ниже себестоимости расширения генерации ЭЭ.
2. Для оценки эффективности мероприятий по энергосбережению надо учитывать, что некоторые мероприятия несут лишь только экономический эффект, поэтому нужно их оценивать комплексно.
3. Для комплексной оценки эффективности внедряемых мероприятий и самой системы ЭС необходимо использование обобщенного показателя (1), учитывающего как экономический, так и технический эффект.
4. Необходимо использовать «два понятия: "энергоэффективность" (характеризующий технически возможный и экономически оправданный уровень эффективности потребления ЭЭ при существующем уровне развития техники и технологий) и "энергосбережение" (результаты мероприятий по повышению эффективности ЭС) со своими количественными показателями» [5].
Литература
1. Смородин С.Н., Белоусов В.Н., Лакомкин В.Ю. Методы энергосбережения в энергетических, технологических установках и строительстве: учеб. пособие / СПбГТУРП. СПб., 2014. 99 с.
2. Государственная программа Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики», распоряжение Правительства РФ от 3 апреля 2013 г. № 512-р.
3. Государственная программа Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года», распоряжение Правительства РФ от 27.12.2010 № 2446-р.
4. Зайцев В.В., Сайкина Л.Б. Реализация политики энергосбережения в промышленности // Энергосовет. 2013. № 3(28), май - июнь. С. 63 - 71.
5. Ефремов В.В., Маркман Г.З. «Энергосбережение» и «энергоэффективность»: уточнение понятий, система сбалансированных показателей «энергоэффективности» // Изв. Томского политехнического ун-та, 2007. Т. 311, № 4. С. 146 - 148.
6. Железко Ю.С. Влияние реактивной мощности на экономические и технические характеристики сетей. Публикации - ОАО «СКЗ«КВАР». URL: http://kvar.su/vHianie-reaktivnoi- moshchnosti-na-ekono/ (дата обращения: 12.10.2015).
7. Синеев А.В. Компенсация реактивной мощности «Три - в одном» или панацея от всех бед - 2 // Электротехнический рынок. 2008. № 1(19), январь - февраль. С. 62 - 65.
8. Радкевич В.Н. Проектирование систем электроснабжения: учеб. пособие. Минск: НПООО «ПИОН», 2001. 292 с.
9. Конюхова Е.А., Киреева Э.А. Надежность электроснабжения промышленных предприятий. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001. 92 с.: ил. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик». Вып. 12(36)].
10. Синеев А.В. Компенсация реактивной мощности «Три -в одном» или панацея от всех бед? // Электротехнический рынок, 2007. № 11(17), ноябрь. С. 40 - 42.
References
1. Smorodin S.N., Belousov V.N., Lakomkin V.Yu. Metody energosberezheniya v energeticheskikh, tekhnologicheskikh ustanovkakh i stroitel'stve [Methods of energy saving in energy, technological installations and construction]. St. Petersburg, SPbGTURP, 2014, 99 p.
2. Gosudarstvennaya programma Rossiiskoi Federatsii "Energoeffektivnost' i razvitie energetiki", rasporyazhenie Pravitel'stva RF [The state program of the Russian Federation "Energy efficiency and energy development", the order of the Government of the Russian Federation]. April 3, 2013 № 512-p.
3. Gosudarstvennaya programma Rossiiskoi Federatsii «Energosberezhenie i povyshenie energeticheskoi effektivnosti na period do 2020 goda», rasporyazhenie Pravitel'stva RF [The state program of the Russian Federation "Energy saving and improvement of ener-gy resoucal efficiency for the period up to 2020", the order of the Government of the Russian Federation]. 27.12.2010 № 2446-p.
4. Zaytsev V.V., Saykina L.B. Realizatsiya politiki energosberezheniya v promyshlennosti [The implementation of energy saving policy in the industry]. Energosovet, 2013. no. 3(28), pp. 63-71. [In Russ.]
5. Efremov V.V., Markman G.Z. Energosberezhenie» i «energoeffektivnost'»: utochnenie ponyatii, sistema sbalansirovannykh pokazatelei «energoeffektivnosti» ["Energy" and "energy efficiency": clarifying of concepts, balanced scorecard "energy efficiency"]. Izvestiya Tomskogopolitekhnicheskogo universiteta, 2007, vol. 311, no. 4, pp. 146-148. [In Russ.]
6. Zhelezko Yu.S. Vliyanie reaktivnoi moshchnosti na ekonomicheskie i tekhnicheskie kharakteristiki setei. Publikatsii - OAO «SKZ«KVAR» [The influence reactive power on the economic and technical characteristics of the networks. Publications - JSC "RMS" KVAR "]. Available at: URL: http://kvar.su/vliianie-reaktivnoi-moshchnosti-na-ekono/ (accessed 10.12.2015).
7. Sineev A.V. Kompensatsiya reaktivnoi moshchnosti «Tri - v odnom» ili panatseya ot vsekh bed - 2 [Compensation of reactive power "Three - in one" or panacea from all troubles - 2]. Elektrotekhnicheskii rynok, 2008, no. 1(19), pp. 62-65. [In Russ.]
8. Radkevich V.N. Proektirovanie sistem elektrosnabzheniya [Designing of power supply systems]. Minsk, NPOOO "Pion", 2001, 292 p.
9. Konyukhova E.A., Kireeva E.A. Nadezhnost' elektrosnabzheniya promyshlennykh predpriyatii [Reliability of power supply of industrial enterprises]. Moscow, NTF "Energoprogress", 2001, 92 p.
10. Sineev A.V. Kompensatsiya reaktivnoi moshchnosti «Tri - v odnom» ili panatseya ot vsekh bed? [Compensation of reactive power "Three - in one" or panacea from all troubles?]. Elektrotekhnicheskii rynok, 2007, no. 11(17), pp. 40-42. [In Russ.]
Поступила в редакцию 20 января 2016 г.
