CC BY
123
УДК 621.311
М. Н. Слатинова, асп., (4872) 35-54-50, margreta@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРИ РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ РАЦИОНАЛЬНОЙ
ЗАГРУЗКОЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Рассмотрена возможность сокращения потерь при транспорте электроэнергии по городским сетям с помощью анализа загрузки трансформаторов и изменения на его основе топологии сети.
Ключевые слова: энергоэффективность, энергосбережения, потери, городские сети, загрузка трансформаторов.
В условиях экономического кризиса энергосбережение должно стать приоритетной государственной задачей, т.к. позволяет относительно простыми мерами государственного регулирования значительно снизить нагрузку на бюджеты всех уровней, сдержать рост энергетических тарифов, повысить конкурентоспособность экономики и увеличить предложение на рынке труда.
В России имеется огромный резерв энергоэффективности, реализуемый за счет быстроокупаемых мероприятий по «наведению элементарного порядка» [1].
Был издан ряд нормативных документов и законодательных актов, нацеленных на повышение энергоэффективности. В выступлениях и указах Президента РФ можно выделить приоритетные отрасли в рамках программ энергоэффективности. В Указе Президента Российской Федерации № 889 от 4.06.08 [2, 3]обозначены основные отрасли экономики, требующие воздействия: «В целях <...> обеспечения рационального и экологически ответственного использования энергии и энергетических ресурсов постановляю <...> Правительству Российской Федерации <...> принять меры по техническому регулированию, направленные на повышение энергетической и экологической эффективности таких отраслей экономики, как электроэнергетика, строительство, жилищно-коммунальное хозяйство, транспорт».
Во вступительном слове на расширенном заседании президиума Государственного совета по вопросу повышения энергоэффективности российской экономики в Архангельске 2 июля 2009 года В. Медведев обозначил следующее:
«Энергоэффективность - настолько злободневная и в то же время тяжёлая для нас тема, что практически все направления работы по этой теме следует признать весьма и весьма необходимыми. И что бы мы ни взяли, повсюду у нас очень серьёзное отставание.
271
<...> И наши здания, сооружения и коммунальная инфраструктура в целом - это такая «чёрная дыра», где бесследно исчезают огромные энергетические ресурсы.
<.> Электрические сети, которые используют у нас, тоже весьма и весьма устаревшие».
В рамках поставленных задач в Приложении к Постановлению Правительства РФ издается перечень целевых показателей в области энергосбережения и повышения экономической эффективности, где в системе коммунальной инфраструктуры обозначена динамика изменения фактического объема потерь электрической энергии при ее передаче по распределительным сетям.
Потери электроэнергии - один из важнейших экономических показателей электросетевого предприятия. Его величина отражает техническое состояние и уровень эксплуатации всех передаточных устройств, состояние систем учета и метрологическое обеспечение парка измерительных приборов, эффективность энергосбытовой деятельности. Снижение потерь электроэнергии - одна из задач энергосбережения.
В международной практике принято считать, что относительные общие потери электроэнергии при ее передаче и распределении удовлетворительны, если они не превышают 4.5 %. Потери электроэнергии на уровне 10 % оценивают как максимально допустимые с точки зрения физики передачи по сетям. Если этот уровень выше 10 %, то, как правило, в потерях значительна коммерческая составляющая [4].
Для сравнения, потери электроэнергии в Тульских городских сетях в декабре 2009 - феврале 2010 гг. не снижались ниже 25 %. О способах снижения коммерческих потерь сказано не мало: от увеличения штата профессиональных сотрудников до установки АСКУЭ. Их эффективность была доказана на примере ОАО «Татэнерго», которое за период около 10 лет не просто снизили уровень потерь при передаче, но и установило их на отметке 9,51 % от отпуска электроэнергии в сеть при нормативе в 9,96 %.
Технологические потери возникают в элементах сети - линиях, трансформаторах, коммутационной аппаратуре. Чтобы их сократить, необходим предварительный анализ, но достоверной информации о параметрах работы элементов сетевого хозяйства просто нет. А ведь потери энергии в силовых трансформаторах составляют от 30 до 50 % общих потерь на напряжении 0,4.6 (10) кВ [5].
Под потерями в трансформаторе понимается мощность Рс, затрачиваемая на перемагничивание и вихревые токи в сердечнике, и мощность Рм, затрачиваемая на нагрев обмоток.
В конечном счете, мощность потерь выделяется в виде тепла, которое должно быть рассеяно в окружаюей среде.
Потери на вихревые токи зависят от удельного сопротивления материала сердечника и от частоты магнитного поля.
Потери па перемагничивание (гистерезис) зависят от максимальной индукции в сердечнике: чем больше индукция, тем больше площадь петли гистерезиса и тем больше потери. Обычно при расчетах потери на пере-магничивание и вихревые токи не разделяют и свойства материала оценивают удельными потерями РС.Уд , т.е. потерями, отнесенными к 1 кг материала:
где а - эмпирический коэффициент, а=2.3, Вт - магнитная индукция.
Потери на нагрев обмоток после некоторого приведения формул пропорциональны соотношению
Из того, что с ростом индукции Вт потери в сердечнике (1) возрастают, а потери в меди (2) уменьшаются, следует, что существует такое значение индукции, при котором суммарные потери в трансформаторе минимальны (рис. 1).
Это значение зависит от свойств материала сердечника, частоты подводимого напряжения и ряда других причин (мощности трансформатора, размещения на нем обмоток и т. д.).
В практических целях эффективность трансформатора можно просчитать, разделив общие потери на количество переданной энергии. При этом следует учитывать и составляющую реактивной мощности, поскольку ей соответствуют свои потери. Это еще больше снижает энергоэффективность трансформатора.
РСУд = аВт,
(1)
(2)
Р
Рис. 1. Зависимость потерь в сердечнике и в меди от величины индукции
На рис. 2 представлены относительные потери трансформатора в зависимости от нагрузки, которые равны 100 % минус эффективность. Этот график наглядно иллюстрирует, что минимальные величины потерь приходятся на нагрузки, равные примерно 50 % номинальной
мощности [6].
к
а
<и
н
о
с
<и
к
л
<и
н
к
о
о
к
н
о
Нагрузка
Рис. 2. Относительные потери трансформатора номинальной мощностью 400 кВ^А в зависимости от величины нагрузки
Опираясь на эти данные, был произведен анализ загрузки трансформаторов в городских сетях г. Тулы. Для анализа использовались данные замеров для одного из районов города на 11 распределительных и 149 трансформаторных подстанциях(табл. 1), а также двух КТП. В них насчитывается 279 трансформаторов различных номиналов.
Таблица 1
Номинальные мощности трансформаторов и их количество
Р кВт ном?14-*-*1 100 160 180 200 250 315 320 400 630 1000
Кол-во, шт. 4 11 14 3 49 11 24 102 53 2
По данным замеров нагрузок, загружены 29 трансформаторов более 75 % (табл. 2).
Таблица 2
Номинальные мощности трансформаторов, загруженных более чем на 75 %, и их количество
Р ном,кВт 100 160 180 200 250 315 320 400 630 1000
Кол-во, шт. 2 3 0 0 8 0 5 9 0 0
В то же время 59 трансформаторов передают нагрузку менее 25 % (табл. 3).
Таблица 3
Номинальные мощности трансформаторов, загруженных менее чем на 25 %, и их количество
Р ном,кВт 100 1б0 1S0 200 250 315 320 400 б30 1000
Кол-во, шт 0 2 5 1 S 3 3 1б 20 1
Согласно графикам зависимости потерь от нагрузки (см. рис. 2) можно утверждать, что потери незагруженных трансформаторов отличаются от минимальных на 1 %, а потери загруженных более 75 % - около 0,5 %. Расчеты показали, что 88 трансформаторов из-за неэффективной загрузки в год потребляют дополнительных 272 тыс. кВт-ч электроэнергии на покрытие потерь по сравнению с остальными, эффективно загруженными трансформаторами. По всему городу эта цифра составляет 1632 тыс. кВт-ч за год. Потери электроэнергии составили 40 млн кВтч при 150 млн кВт-ч, отпущенных в сеть, в частности 40 млн кВт-ч 136 тыс. кВт-ч - от неэффективно используемых трансформаторов.
Конечно, приобретение новых, более эффективных трансформаторов с меньшими показателями потерь для ряда сетевых организаций в условиях кризиса - задача практически невыполнимая. Основываясь на предложенных выше данных, наименее затратным способом ликвидации рассматриваемых потерь было бы изменение топологии сети. Заменив более загруженные трансформаторы на более мощные из числа менее загруженных, и наоборот, достигается оптимальный процент загрузки. При этом следует исходить из того, что «дешевле» загружать трансформатор свыше эффективных значений, чем ниже. Замена производится перемещением существующих трансформаторов, и проведение данных мероприятий не требует дополнительных экономических вложений, кроме использования собственного ремонтного персонала предприятия. Экономический эффект от подобной процедуры может достигнуть 1632 тыс. кВт-ч в год.
Список литературы
1. Комплекс мер по повышению энергоэффективности в Российской Федерации. Разработано по заданию губернатора Архангельской области Михальчука И.Ф., генеральным директором «ВНИПИэнергопром» Семеновым В.Г., Ковальчуком В.В. 2009. URL: http: energosovet.ru/
npb1174.html (последнее обращение 18.03.2010).
2. Вступительное слово на расширенном заседании президиума Государственного совета по вопросу повышения энергоэффективности российской экономики. Архангельск, 2 июля 2009 г. URL: http: archive. krem-lin.ru/appears/2009/07/02/2057_type63374type63378type82634_218902.shtml (последнее обращение 18.03.10).
3. Указ Президента Российской Федерации №889 от 4.06.08 г. «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» // Российская газета. 2008. № 4680. С. 6-7.
4. Бохмат И.С., Воротницкий В.Э., Татаринов Е.П. Снижение коммерческих потерь в электроэнергетических системах // Электрические станции. 1998. № 9. С. 53-59
5.Овчинников А. Потери электроэнергии в распределительных сетях 0,4-6(10) кВ // Новости Электротехники. 2002-2003. №6(18)-1(19). С. 52-55
6. Энергосбережение в Европе: применение энергоэффективных распределительных трансформаторов // Энергосбережение. 2004. № 1. С. 61-66.
M. Slatinova
Energy efficiency increase in power distribution by ratio loading of transformers
It’s considered a possibility of power losses reduction in city power distribution with transformer load analysis and changing a networks topology based on this analysis.
Key words: power efficiency, energy saving, power losses, city electric networks, transformer load.
Получено 12.01.10
27б
