CC BY
69
0ПTИМiЗAЦiЯ ПЛOЩi плоских сонячних KOЛEKTOPiB для
СИСТЕМ ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ
З пiдвищенням площi сонячних колекторiв частка ко-рисно! енергп, що забезпечуеться впродовж року сонячною установкою (СУ), та !! вартiсть зростають. Недостатня енергiя покриваеться за рахунок оргашчного палива чи електроенергй. В робой проведена оптимiзацiя площi сонячних колекторiв вiдносно мiнiмуму приведених рiчних витрат для СУ, якi пра-цюють впродовж тепло! половини чи весь рш.
Kлючовi слова: площа сонячних колекторiв, приведенi рiчнi витрати, тривалють функцiонування.
Кравченко Владимир Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной экологии и гидрогазодинамики, Одесский национальный политехнический университет, Украина, e-mail: vpkrav@rambler.ru.
Кравченко Егор Владимирович, аспирант, кафедра атомных электростанций, Одесский национальный политехнический университет, Украина, е-таИ: evksst@gmail.com.
Кравченко Володимир Петрович, доктор техтчних наук, професор, завгдувач кафедри прикладног екологп та гГдрогазо-динамжи, Одеський нащональний полтехтчний утверситет, Украгна.
Кравченко €гор Володимирович, астрант, кафедра атомних електростанщй, Одеський нащональний полтехтчний утверситет, Украгна.
Kravchenko Vladimir, Odessa National Polytechnic University, Ukraine, e-mail: vpkrav@rambler.ru.
Kravchenko Iegor, Odessa National Polytechnic University, Ukraine, e-mail: evksst@gmail.com
УДК 621.371:621.311.4 001: 10.15587/2312-8372.2015.36950
Дорошенко О. I. ПРО ОПТИМАЛЬНИй КОЕФ1Ц1ЕНТ
РЕАКТИВНО! ПОТУЖНОСТ1 СИСТЕМ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ
Спираючись на фгзику електропередачг в електроенергетичних системах, у статтг пропо-нуеться при розрахунках гх режимгв використовувати не амплтудне значення реактивног потужностг, яким оперують при цьому, зазвичай, а його дтче значення. Доведено, що така практика ¡снуе у наш час через те, що на державному ргвнг гснують нормативнг документи, якг вимагають плату споживачгв за реактивну електроенерггю.
Ключов1 слова: електроенерггя, електропостачання, реактивне навантаження, коефгцгент реактивног потужностг.
1. Вступ
З теоретичних основ електроенергетики ввдомо, що електрична енерпя (ЕЕ), фiзично, е енерпею електро-магштного поля електроенергетично! системи (ЕЕС), яке створюеться одночасною дiею на ii дiелектричне середовище напруги i струму проввдносп струмоведу-чих частин уах об'екпв (електроустановок) системи. При цьому, напруга дiе, переважно поперек напрямку електропередач^ а струм провщносп — уздовж не!. Тому ЕЕ електропередачi можна розкладати на двi умовш складовi частини поздовжню — активну та поперечну — реактивну.
Як тдтверджено в [1], реактивно! ЕЕ як товарно! продукцп ЕЕС, фiзично, бути не може. Але, як фiзичне явище, вона спричиняе економiчний збиток i спожива-чам ЕЕ i електропостачальним оргашзащям. Тому реак-тивне навантаження систем електропостачання (СЕП) необхвдно контролювати i обмежувати за допомогою спещальних пристро!в компенсацп. Очевидно, що ви-значення потужност таких пристро!в е економiчною задачею кожного споживача ЕЕ, завжди було i е ак-туальним у наш час.
Сшввщношення мiж активною (корисною) i реактивною складовою (шкiдливим баластом) ЕЕ будь-яко! ЕЕС та СЕП контролюеться i визначаеться за допомогою коефiцiента реактивно! потужностi, який е вщношенням
м1ж реактивною та активною складовими повного ix навантаження за вщомою формулою, в. о.:
а
tg ф=р>
(i)
де а — реактивна потужшсть системи, квар; P — активна потужшсть системи, кВт; j — кут зсуву фаз м1ж сину-со1дальними напругою та струмом провщносп струмо-ведучих частин системи, град.
2. Анал1з л1тературних даних
При математичному моделюванш ЕЕС, у вщповщ-ност до теореми Пойтинга, повну потужшсть ЕЕС можна представити у вигляд1, кВА:
S=Um sin at ■ Im sin (at - j)=V2u sin at ■ V2lm sin (at - j) =
V2u V21
=-2-Lc°s (at - at + j) - cos (at + at - j) J =
= U ■ Icos j-U ■ I cos (2 at -j, (2)
де u — миттеве значення синусо1дально1 напруги стру-моведучих частин ЕЕС, кВ; i — миттеве значення струму
С
30
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 1/1(21], 2015, © Дорошенко О.
J
провiдностi струмоведучих частин ЕЕС, А; Um — ампль тудне значення напруги, кВ; Im — амплiтудне значення струму провщносп, А; U — дiюче значення напруги, кВ; I — дшче значення струму провiдностi, А; j — кут зсуву фаз мiж синусо'!дальними напругою i струмом провщносп струмоведучих частин ЕЕС, град.
Як можна бачити, перша складова рiвняння (2) не залежить вщ частоти напруги i струму провiдностi струмоведучих частин ЕЕС i е ii активною потужнiстю. Друга складова цього рiвняння змiнюеться з подвш-ною частотою за перiод змiни синусощальних напруги i струму провiдностi струмоведучих частин ЕЕС i е ii реактивною потужшстю. Таке рiвняння в [1] визнаеться реально-математичною моделлю ЕЕС i графiчно було представлено на рис. 1.
системи до споживачiв. При цьому, ii коливний характер визначаеться коливним характером ii реактивноi скла-довоi, яка змшюеться в межах вiд нуля до амплиуди.
Як вiдомо, при вимiрюваннi реактивноi ЕЕ застосо-вують дев'яносто градусну схему вмикання вшшрюваль-ного елемента. Тобто, додатково створюють зсув мiж векторами дiючих значень фазного струму i напруги, який змшюеться в межах ± 90°.
Таким чином, активна складова хвилi повноi енергii ЕЕС, що визначаеться за формулою (2), е дшчим зна-ченням, а ii реактивна складова — амплиудним. Тому в практичних розрахунках коефщент реактивноi по-тужностi, який визначаеться за формулою (1), може вщповвдати двом значенням реактивноi потужностi: Амплiтудному, в. о.:
tg Фл =
WQ WP'
(4)
5 = UI cos ф-UI sin ф = P ± JQ.
Дтчому, в. о.: WQ
tg фд =
V2 WP'
(5)
Рис. 1. Реально-математична модель ЕЕС: а — вщстаючий струм провщносп; б — випереджаючий струм провiдностi
Приймаючи до уваги математичну залежшсть cos(245°-j) = sin ф, за звичаем, piBMHM (2) представ-ляють у вигляд^ кВА:
(3)
Очевидно, що рiвняння (3) вiдповiдае математично-му моделюванню ЕЕС, що суттево вiдрiзняеться вщ ii реально-математичного моделювання, якому вщповвдае рiвняння (2).
Як пiдтверджено в [2], повна енерпя електропередачi в ЕЕС е хвилею енергп поляризацп ii дiелектричного середовища, що бiжить вiд генераторiв електростанцiй
яке повинно застосовуватись у якост1 директивного для споживач1в.
3. 06'ект, мети I задач1 дослщження
Об'ект дослщження — система електропостачання конкретного споживача ЕЕ.
Метою дано! роботи е дослщження ступеня реаль-ност значень коефщенпв реактивно! потужносп, як використовують нормативш документи з компенсацп реактивного навантаження систем електропостачання конкретних споживач1в [3-5], що визначаються формулою (1) 1 д1ють сьогодш в Укра!ш у якосп директивних. Яким значенням реактивного навантаження споживач1в вони повинш вщповщати — дшчим чи амплиудним?
Для досягнення поставлено'! мети необхщно вико-нати так задача
1. Спираючись на ф1зику електромагштного поля ЕЕС обгрунтувати ф1зичну сутшсть реактивно'! ЕЕ.
2. Незважаючи на вщсутшсть реактивно! ЕЕ як окремого виду енергп, визначити основш причини не-обхщносп !! зменшення в ЕЕС.
3. Одержати математичну залежшсть, активних втрат електричних мереж СЕП ! ЕО та !х пропускно! спро-можност! вщ коефщента реактивно! потужност!
4. Результати дослщження економ1чност1 реактивного навантаження СЕП конкретних споживач1в ЕЕ
Не зважаючи на те, що коефщ1ент реактивно! по-тужност СЕП визначае стввщношення м1ж складо-вими !! ЕЕ (корисною 1 баластом), у якост еталона в нормативних документах Укра!ни з питань компен-сацп реактивного навантаження д1ють умовно вигадаш коефщенти економ1чних екв1валент1в реактивно! потуж-ност (ЕЕРП), як е чисто математичними критер1ями 1 жодного ф1зичного обгрунтування не мають [6]. Огляд
6
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 1/1(21], 2015
лиератури [7-10] свiдчить про те, що сьогоднi в Украш вiдсутня едина точка зору на чике розумiння поняття про економiчний еквiвалент реактивно! потужностi ЕЕС. Таке можна пояснити математичним формалiзмом, який мае мшце сьогоднi в електроенергетищ i вiдсутнiстю в згаданих дшчих нормативних документах розумiння фiзичноi сутност електроенергп (ЕЕ) як явища i як товарно! продукцп ЕЕС.
За твердженням [2], основний збиток споживачiв ЕЕ i ЕО складають активш втрати та зменшення про-пускно! спроможностi електричних мереж вiд ix реактивного струму.
Як було доведено в [11], активш втрати СЕП вщ !х дiючого значення коефiцiента реактивно! потужност можна визначити за формулою, %:
F - Рд,
(7)
APß = tg ФД 102.
Таблиця 1
Залежшсть активних втрат СЕП вщ И реактивного навантаження APq = i (tg фд)
tg фд, в. о. APQ , % tg фд, в. о. APo , % tg фд, в. о. APq , %
0,00 0,00 0,19 3,61 0,70 49,00
0,01 0,01 0,20 4,00 0,75 56,25
0,02 0,04 0,21 4,41 0,80 64,00
0,03 0,09 0,22 4,84 0,85 72,25
0,04 0,16 0,23 5,29 0,90 81,00
0,05 0,25 0,24 5,76 0,95 90,25
0,06 0,36 0,25 6,25 1,00 100,00
0,07 0,49 0,26 6,76 1,05 110,25
0,08 0,64 0,27 7,29 1,10 121,00
0,09 0,81 0,28 7,84 1,15 132,25
0,10 1,00 0,29 8,41 1,20 144,00
0,11 1,21 0,30 9,00 1,25 156,25
0,12 1,44 0,35 12,25 1,30 169,09
0,13 1,69 0,40 16,00 1,35 182,25
0,14 1,96 0,45 20,25 1,40 196,00
0,15 2,25 0,50 25,00 1,45 210,25
0,16 2,56 0,55 30,25 1,50 225,00
0,17 2,89 0,60 36,00 1,55 240,25
0,18 3,24 0,65 42,25 1,60 256,00
де F — nepepi3 струмоведучих частин, мм2; Рд — активне договiрне навантаження споживача, кВт. При цьому можна написати, кВт:
PL+ рД РД
= Рдд/1+tgфД . (8)
За умовою Рд = 1, умовне зменшення пропускно! спроможностi електропередачi вiд и реактивного навантаження можна визначити за формулою, %:
-AFq = (1 1 + tg фР )100.
(9)
(6)
Результати розрахункiв за формулою (9) наведено в табл. 2.
Деяк значення директивного коефщента реактивно! потужност СЕП споживачiв ЕЕ наведено в табл. 1.
Таблиця 2
Зменшення пропускно! спроможносп електричних мереж -ASg = i (tg фр)
tg фр, в. о. -ASQ , в. о. tg фр, в. о. -ASQ , в. о. tg фр, в. о. -ASq , в. о.
0,00 0,00 0,19 1,79 0,70 22,07
0,01 0,00 0,20 1,98 0,75 25,00
0,02 0,02 0,21 2,18 0,80 28,06
0,03 0,04 0,22 2,39 0,85 31,24
0,04 0,08 0,23 2,61 0,90 34,54
0,05 0,12 0,24 2,84 0,95 37,33
0,06 0,18 0,25 3,08 1,00 41,42
0,07 0,24 0,26 3,32 1,05 45,00
0,08 0,32 0,27 3,58 1,10 48,66
0,09 0,40 0,28 3,85 1,15 52,40
0,10 0,50 0,29 4,12 1,20 56,20
0,11 0,60 0,30 4,40 1,25 60,08
0,12 0,72 0,35 5,95 1,30 64,01
0,13 0,84 0,40 7,70 1,35 68,00
0,14 0,98 0,55 9,66 1,40 72,05
0,15 1,12 0,50 11,80 1,45 76,14
0,16 1,27 0,55 14,13 1,50 80,28
0,17 1,43 0,60 16,62 1,55 84,46
0,18 1,61 0,65 19,27 1,60 88,68
Як можна бачити, активш втрати вщ реактивного навантаження звичайних споживачiв ЕЕ, для яких дода-ток 9 до типово! угоди про використання ЕЕ, передба-чае tg фд = 0,8 в. о., складае 64 % втрат вщ !х активного навантаження.
Вiдомо, що пропускна спроможшсть електропередачi визначаеться допустимим струмом !! струмоведучих частин. Зважаючи на те, що споживачевi передаеться лише активна складова повного навантаження, можна представити:
Графжи залежностi APQ = /(фР) i -AFg = /(tgфР) наведено на рис. 2.
У якостi прикладу розглянемо СЕП споживача за рис. 3.
За час вмикання споживача протягом минулого року — ТВ = 8760 год. Комерцшний облж зафжсував:
Активна ЕЕ — WP = 148906 кВт-год.
Реактивна ЕЕ — WQ = 192528 квар^год.
Розрахункове значення коефщента реактивного навантаження споживача, що вщповщае дiючому значенню його реактивно! потужностi, за формулою (5):
tg фр =
192528,0 VL 148906,0
= 0,945 в. о.
С
32
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 1/1(21], 2015
Активш втрати споживача вщ реактивного навантаження СЕС (пор1вняно до таких втрат вщ його активного навантаження), визначеш за формулою (6):
Щ = 0,9452 102 = 89,3 %.
Зменшення пропускно! спроможносп СЕП споживача вщ його реактивного навантаження, що визначаеться за формулою (10):
-Щ = (1 -,11 + 0,945р) 100 = -37,56 %.
Якщо прийняти tgфд = 0,25 в. о., то при цьому:
За формулою (5):
Щ = 0,252 102 = 6,25 %.
За формулою (9):
-Щ = (1 -у1 1 + 0,25р) 100 = -3,08 %.
Як можна бачити, за директивного значення коефщен-та реактивного навантаження споживача tg фд = 0,25 в. о., активы втрати електропередач1 вщ реактивного навантаження зменшились у 14 раз1в, а пропускна спроможтсть електропередач1 збшьшилась у 12,2 раз1в.
5. Обговорення результат1в дослщження оптимального коефвдЕнту реактивного навантаження
Таким чином, оптимальний коефщент реактивного навантаження системи електропостачання конкретного споживача ЕЕ може слугувати економ1чною характе-
ристикою електроспоживання, а його реальне значення може бути використане споживачем для оптим1заци роботи власних пристро!в компенсацп реактивного навантаження. Електропостачальш оргашзацп можуть його використовувати при визначенш плати споживач1в за спожиту у розрахунковому перюд1 ЕЕ.
6. Висновки
В результат! проведених дослщжень можна зробити висновки:
1. Реактивна ЕЕ на вщмшу в1д активною, змшю-еться за синусо!дальним законом 1 може мати поточне, амплиудне 1 дшче значення.
2. При визначент збитку вщ реактивного навантаження споживач1в необхщно враховувати значення коефщента
реактивно! потужносп, що вщповщае його даючому значенню у розрахунковому перюд!
3. У нормативному порядку необхщно встановити на державному р1вт оптимальн! значення коефщенпв реактивного наванта-ження систем електропостачання конкретним споживачам у залежност вщ номшально! напруги джерел !х живлення.
4. Теоретично ! практично реактивна електроенерпя як внутршня складова енер-г!! електроенергетично! системи змшюеться за синусо!дальним характером ! мае, мате-
матичне, д1юче та амплиудне значення.
5. Незважаючи на те, що реактивна електроенерг1я — це внутр1шня енерпя системи електропостачання конкретного споживача, вона збшьшуе активн! втрати ! зменшуе пропускну спроможтсть електричних мереж не тшьки тако! системи, але й мереж електропостачально! оргатзацп.
6. Зважаючи на економ1чний збиток вщ реактивного навантаження систем електропостачання конкретних спо-живач1в електроенергй, необхщно розробити алгоритми визначення реального збитку вщ такого навантаження.
7. На роль критерш для визначення економ1чного збитку вщ реактивного навантаження системи електропостачання конкретного споживача претендуе коефщент !! реактивно! потужносп, який вщповщае дшчому зна-ченню реактивного навантаження споживача.
8. Середнш, протягом року, коефщент реактивно! потужност1 системи електропостачання конкретних спо-живач1в необх1дно встановити у директивних документах, виходячи з оптово! щни електроенергй енергоринку.
9. Ус1 нормативн1 документи, що пов'язан1 з реактив-ним навантаженням конкретних споживач1в електроенер-г1! 1 д1ють сьогодт в Укра!ш, потребують перероблення з метою !х вдосконалення.
Литература
1. Дорошенко, О. I. Про моделювання електроенергетичних систем [Текст] / О. I. Дорошенко // Технолопчний аудит та резерви виробництва. — 2014. — № 5/3(19). — С. 4-8. doi:10.15587/2312-8372.2014.27920.
2. Дорошенко, О. I. Про математику I ф1зику електропереда-ч1 [Текст] / О. I. Дорошенко // Матер1али Х-о! м1жнародно! науково-практично! штернет-конференци «Новини науково! думки», 22-30 жовтня 2014 р., Прага. — С. 15-22.
3. Про затвердження Методики обчислення плати за переть кання реактивно! електроенергй [Текст]: Наказ Мшютер-ства палива та енергетики Укра!ни № 19 вщ 17.01.2002 // Офщшний вюник Укра!ни. — 2002. — № 48. — С. 71-147.
Рис. 3. Принципова схема СЕП реального споживача
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 1/1(21], 2015
33-J
4. СОУ-Н МПЕ 40.1.20.510.:2006. Методика визначення еко-ном1чно дощльних обсяпв компенсаци реактивно! енерги, яка перетжае м1ж електричними мережами електропереда-вально! оргашзаци та споживача (основного споживача та субспоживача) [Текст]. — Ки!в, 2006. — 48 с.
5. Методика визначення нерацюнального (неефективного) ви-користання паливно-енергетичних ресурав [Текст]: Наказ Нацюнального агентства Украши з питань забезпечення ефективного використання енергетичних ресурав. — Ки!в,
2009. — 13 с.
6. Литвак, Л. В. Повышение коэффициента мощности на промышленных предприятиях [Текст] / Л. В. Литвак. — Л.: Госэнергоиздат, 1957. — 191 с.
7. Банш, Д. Б. Економ1чш екв1валенти реактивно! потужность Математичний та чисельний анал1з [Текст] / Д. Б. Банш, О. С. Яндульський, М. Д. Банш, А. М. Боднар, А. В. Гна-товський // Промелектро. — 2004. — № 1. — С. 22-33.
8. Рогальський, Б. С. Про використання економ1чних екв1ва-ленпв реактивно! потужносп для визначення плати за пере-тжання реактивно! електроенерги м1ж енергопостачальними компашями I !х споживачами [Текст] / Б. С. Рогальський, О. М. Нанака // Промелектро. — 2004. — № 4. — С. 44-51.
9. Рогальський, Б. С. Економ1чш екв1валенти реактивно! потуж-ност (ЕЕРП) та !х використання [Текст] / Б. С. Рогальський, О. М. Нанака // Вюник ВШ. — 2005. — № 6.— С. 126-129.
10. Демов, О. Д. Про розрахунок економ1чного екв1валента реактивно! потужност [Текст] / О. Д. Демов, Ю. А. Гри-гораш, О. П. Паламарчук, I. О. Бандура // Промелектро. —
2010. — № 2. — С. 3-7.
11. Дорошенко, О. I. Про економ1чний екв1валент реактивно! потужност систем електропостачання [Текст] / О. I. Дорошенко // Технолопчний аудит та резерви виробництва. — № 6/5(20). — С. 26-30. doi:10.15587/2312-8372.2014.29965
ПРО ОПТИМАЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАбЖЕНИЯ
Опираясь на физику электропередачи в электроэнергетических системах, в статье предлагается при расчетах их режимов использовать не амплитудное значение реактивной мощности, которым оперируют при этом, обычно, а его действующее значение. Доказано, такая практика существует в наше время из-за того, что на государственном уровне существуют нормативные документы, которые требуют плату потребителей за реактивную электроэнергию.
Ключевые слова: электроэнергия, электроснабжение, реактивная нагрузка, коэффициент реактивной мощности.
Дорошенко Олександр 1ванович, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра електропостачання та енергоменеджменту, Одеський нацюнальний полгтехтчний утверситет, Украгна, е-таИ: dai1938@yandex.ua.
Дорошенко Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент, кафедра электроснабжения и энергоменеджмента, Одесский национальный политехнический университет, Украина.
Doroshenko Oleksandr, Odessa National Polytechnic University, Ukraine, e-mail: dai1938@yandex.ua
УДК 378.14.015.62 001: 10.15587/2312-8372.2015.36977
АНАЛ1З СУЧАСНИХ МОЖЛИВОСТЕЙ П1ДВИЩЕННЯ ЯКОСТ1 П1ДГОТОВКИ ФАХ1ВЦ1В ДЛЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКИ УКРА1НИ
В роботг проведено аналгз основных проблем, якг ¡снують в професшнш освгтг Украгни, наслгд-ком яких е низький ргвень тдготовки фахгвцгв, що не задовольняе потреби роботодавцгв в галузг електроенергетики. Результатами роботи е дослгдження основних задач покращення якостг професшног освти I шляхгв гх виршення. Розглянуто позитивы приклади, якг впроваджуються в Украгнг та зарубгжних крагнах.
Ключов1 слова: електроенергетика, вища освта, роботодавець, якгсть освти, професшний стандарт, науково-технгчна дгяльтсть.
Полковшченко Д. В., Москвша I. I.
1. Вступ
Електроенергетика виступае в якост одше! з голов-них галузей промисловост будь-яко! кра!ни й за р1внем !! розвитку можна судити 1 про розвиток економши ще! краши в цшому. Електроенергетика дозволяе забезпечити технолопчш процеси шших галузей промисловост та нормальш умови для життя населення.
Нажаль, за роки свое! незалежност Укра!на за р1внем розвитку енергетики й шших галузей промисловост штотно в1дстала в1д передових кра!н св1ту. Основними причинами цього е:
— велика зношешсть основних фонд1в;
— недостатне фшансування галуз1;
— пад1ння р1вня квал1ф1кацп персоналу;
— слабк1 зв'язки м1ж техн1чною наукою та вироб-ництвом.
Для забезпечення переходу електроенергетики Укра!-ни на шновацшний шлях розвитку кр1м пост1йного переоснащення галуз1 сучасним устаткуванням; переходу енергетики на нов1 стандарти над1йност1 1 якост електропостачання, конкурентоздатн1 технологи, нов1 форми оргашзаци й ф1нансування д1яльност1 також не-обх1дне п1двищення р1вня тдготовки та квал1ф1кацп кадр1в; створення умов для ефективного впровадження у практику результапв науково-техшчно! д1яльност1.
С
34
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 1/1(21], 2015, © Полковшченко Д. В., Москвша I. I.
