CC BY
41
Б/2011 ВЕСТНИК
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФАКТОРОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
FEASIBILITY ASSESSMENT OF ENERGY-SAVING FACTORS FOR ELECTRICAL POWER FACILITIES
Ю.Т. Кулиева
J.T. Kulieva
ФГБОУ ВПО МГСУ
Статья посвящена проблеме внедрения энергосберегающих технологий при строительстве и эксплуатации объектов электроэнергетики с учетом влияния различных факторов энергосбережения. Авторский подход заключается в выполнении технико-экономической оценки факторных признаков применительно к объектам электросетевого хозяйства и анализа потерь электроэнергии в процессе эксплуатации.
This article focuses on problem of energy-saving technologies implementation during construction and operation process at power facilities in connection with influence of different energy-saving factors. Author's approach lies in fulfillment offeasibility assessment of factorial indicators in relation to power facilities and contains analysis of electric losses during operation.
Одним из приоритетов в обеспечении рационального природопользования является освоение потенциала сокращения энергопотерь в единой национальной электрической сети (ЕНЭС) [1]. В настоящее время усиливается тенденция прогнозирования энергозатрат на этапах строительства и эксплуатации объектов электроэнергетики, в частности, объектов электросетевого хозяйства. Спектр проблем рассматриваемого вопроса достаточно обширен. Некоторые задачи удалось решить, но большинство из них сегодня изучены не до конца. В связи с этим возникла идея рассмотреть актуальные вопросы энергосбережения, делая акцент непосредственно на энергообъект, функционирующий в ЕНЭС, и рассматривая процесс строительства и эксплуатации через призму энергосбережения.
На начальном этапе анализа потенциала энергосбережения определяем составные части суммарной эффективности энергообъекта [3]. Для этого разбиваем предложенный показатель на два слагаемых - экономическое и энергетическое. Данная разбивка суммарной энергоэффективности объекта позволяет наиболее полно проанализировать имеющиеся статистические данные и выполнить оценку по двум группам параметров - энергетических и экономических. Подобный двунаправленный подход к исследованию обусловлен тем, что ЕНЭС является сложносоставной системой и включает в себя: центры питания, питающие сети и кабельные линии, распределительные и соединительные пункты и т.д. Данный факт заставляет принять во внимание некий кумуля-
ВЕСТНИК 8/2011
тивный эффект, который будет достигаться за счет снижения потерь ЕНЭС (диаграмма 11). Таким образом, повышение энергоэффективности каждого объекта будет способствовать повышению энергоэффективности ЕНЭС в целом [5]. Такая отличительная особенность объектов энергетики требует производить анализ с учетом потерь, которыми неизбежно сопровождается преобразование и передача ресурсов.
Как видно из диаграммы 1 нагрузочные потери и потери при работе электрооборудования на холостом ходу составляют около 65% от суммарного уровня потерь в сетях, в связи с чем основное внимание было уделено анализу режимов работы силовых трансформаторов электроподстанций высокого напряжения (ПС) [2]. Для сопоставления данных по загрузке силовых трансформаторов было определено условие целесообразного отключения части трансформаторов с учетом потерь мощности [1]. Потери мощности в трансформаторе ДРТ складываются из условно-переменных потерь, зависящих от нагрузки (нагрузочные потери), и условно-постоянных потерь, независящих от нагрузки (потери холостого хода). Потери [2] электроэнергии холостого хода в силовых трансформаторах определяем на основании паспортных данных о потерях мощности холостого хода (формула 1):
Г тт V
т ТТ
АЖХ = АРх X Тр Е
г =1
вт
ивн
V вн ном )
(1)
АРХ - паспортные потери мощности холостого хода трансформатора; Тр, - число часов работы трансформатора в 1-ом режиме;
ивш- напряжение обмотки высшего напряжения трансформатора в 1-ом режиме; иВНном - номинальное напряжение обмотки высшего напряжения трансформатора; т - количество режимов работы трансформатора в базовом периоде.
1 ШР - Шунтирующий реактор; КУ - компенсирующие устройства; СН - собственные нужды; за другие потери приняты: потери электроэнергии от токов утечки по изоляторам ВЛ, на плавку гололеда, в трансформаторах тока, трансформаторах напряжения, соединительных проводах, ограничителях перенапряжений, сборных шинах распределительных устройств ПС, устройствах присоединения ВЧ-связи, а также в счетчиках.
8/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
На диаграмме 2 в качестве примера продемонстрирована структура распределения условно-переменных потерь во взаимосвязи с электропотреблением на собственные нужды недозагруженной ПС. При анализе структуры электропотребления можно определить условие, при котором наиболее экономичный режим работы ПС достигается за счет увеличения нагрузки на трансформаторы и снижения, тем самым, потерь на холостой ход. Соответственно, выявленную зависимость представляем в виде функции (2) для разного числа работающих трансформаторов n в диапазоне нагрузки (0 - 200 МВА):
APT=f(S) (2)
Диаграмма 2. ЛРг = f (S)
0,6 -
ей '
п -у
0 1 _
0
20
40
60
80
100
Sj MBA
Графически данная зависимость представлена на диаграмме 3 для двух работающих трансформаторов в диапазоне нагрузки от 0 - 100 МВА.
Диаграмма 3. Соотношение потерь эл.энергшг и СН ПС
450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0
4 5 б 7 i Месяцы
9 10 И 12
■ Потери эл. энергии при трансформации
■ Суммарные потерн эл.энергии
Потерп эл.энерпш в оборудовании
■ Собственные нужды ПС 0,4 кВ
Другой отличительной особенностью, влияющей на уровень потребления ресурсов и эффективность энергообъектов, является двойное функциональное назначение объектов электроэнергетики. Энергообъект по своей сути предназначен не только для снабжения потребителей энергоресурсами, но и для обеспечения собственных нужд ПС с помощью основных (силовых) трансформаторов, а также резервных трансформаторов собственных нужд (РТСН). Нагрузкой собственных нужд являются: рабочее /
ВЕСТНИК 8/2011
аварийное / наружное освещение, система автоматического пожаротушения, вентиляция, кондиционирование, отопление, система принудительного охлаждения трансформаторов, зарядно-подзарядные устройства, АСУ, АИИС КУЭ, ВЧ-связь, а также хозяйственные нужды ПС. Расход электроэнергии на собственные нужды подстанций может быть определен по показаниям приборов учета, установленных на трансформаторах собственных нужд (ТСН), к которым добавлены нагрузочные потери (формула 3) и потери холостого хода в ТСН (формула 4).
AWтсн = APТСН • Т
/ \2 f Wтсн
Т • STCH ■ cos ф
\ р НОМ т J
(3)
где: APj3CH - паспортное значение потерь короткого замыкания ТСН; Тр - продолжительность работы ТСН в базовом периоде;
WTCH - расход активной электроэнергии, прошедшей через ТСН за определенный период, учтенный счетчиком на установленном напряжении;
STCH - номинальная мощность ТСН;
НОМ '
Cos ф - среднегодовое значение коэффициента мощности нагрузки собственных нужд.
Г тт Л2
AWX - APx • Тр
ср
V U НОМ )
(4)
где: ДРХ - паспортные потери мощности холостого хода трансформатора; Тр - число часов работы трансформатора в базовом периоде;
иср - среднегодовое значение напряжения обмотки высшего напряжения трансформатора в базовом периоде;
ином - номинальное напряжение обмотки высшего напряжения трансформатора.
Для проработки вопросов, связанных с анализом структуры потерь, основная работа была направлена на исследование закономерностей функционирования объекта путем моделирования параметров, классификацию используемых энергосберегающих технологий, изучение проектной документации на объекты, эксплуатационных характеристик, а также на выявление факторов энергосбережения. В качестве таких факторов с помощью метода экспертной оценки был отобран ряд стандартных показателей (уровень электропотребления, капитальные/операционные затраты, продолжительность строительства/эксплуатации, мощность объекта и т.д.), но основной акцент был сделан на поиск современных инженерно-технических решений, способствующих сокращению потерь. С целью получения максимально точных данных моделирование и анализ производились по имеющимся проектным характеристикам центров питания.
Для определения факторов энергосбережения, оказывающих наибольшее влияние на моделируемые показатели, в основу исследования была положена расчетно-аналитическая модель с применением математико-статистических методов обработки данных. В качестве основополагающего метода был выбран регрессионный анализ, позволяющий оценить значимость вклада независимых показателей (факторы энергосбережения) и вычислить степень их влияния на моделируемый зависимый показатель. Сопряженной задачей, наряду с оценкой вклада каждого фактора, явилось прогнозирование изменения зависимого показателя с течением времени.
По итогам проведения расчетов по капитальным/операционным затратам на этапах строительства и эксплуатации и анализа электропотребления на собственные нужды/технические потери в контексте энергосбережения позволило определить и проде-
Б/2011 ВЕСТНИК
монстрировать: динамику изменения затрат на протяжении всего ЖЦ объекта; уровень экономии средств при реализации подходов без применения энергосберегающих технологий (с минимальным влиянием факторов энергосбережения) и с учетом их применения (с максимальным влиянием); границу экономической энергоэффективности (Тэф); ранжировать факторы энергосбережения по приоритетности внедрения.
Таким образом, в практике посредством подготовленной модели предлагается ответить на ключевой вопрос проводимого исследования: как моделируемые зависимые показатели зависят от факторов энергосбережения. На основе полученных результатов станет возможным выделить наиболее значимые факторы энергосбережения, а значит оценить степень их влияния на зависимую переменную. Разработанная двунаправленная модель оценки влияния факторов энергосбережения при строительстве и эксплуатации центров питания может являться одним из механизмов совершенствования системы контроля и прогнозирования затрат в ЕНЭС в рамках создания интеллектуальной системы энергоснабжения страны.
Литература
1. Инструкция №326 по организации работы по расчету и обоснованию нормативов технологических потерь электроэнергии при её передаче по электрическим сетям, утвержденной приказом Минэнерго России от 30.12.2008.
2. Кузнецов А. Проектирование энергосберегающих зданий // Проектные и изыскательские работы в строительстве. М.: Стройиздат. 2010. №1. С.15-20.
3. Матросов Ю. А. Энергосбережение в зданиях. Проблема и пути её решения, НИИСФ, М., 2008
4. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: распоряжение Правительства РФ от 13 ноября 2009 года № 1715-Р.
5. Энергоэффективность в России: скрытый резерв, отчет группы Всемирного банка, 2008
Literature
1. Instruction №326 approved by Energetic Ministry «On calculation and explanation methodic of process losses standards at electric energy transfer and distribution on electric nets» dated from 30th December, 2008.
2. Kuznetsov A. Design of energy-saving buildings // Design and prospecting works in construction. M.: Stroyizdat. 2010. №1. C.15-20.
3. Matrosov U. A. Energy-saving in buildings. The problem and ways of problem solving, NIISF, M., 2008.
4. Russian energetic strategy on the period till 2030 year: Russian Government order dated from 2009, 13th November, № 1715-R.
5. Energy efficiency in Russia: hidden potential, World bank report, 2008.
Ключевые слова: электроэнергетика, энергосбережение, энергоэффективностъ, строительство, эксплуатация, объекты энергетического назначения, энергопотребление, центры питания, энергоменеджмент, ЕНЭС.
Key words: electrical power engineering, energy saving, energy efficiency, construction, maintenance, power facilities, energy consumption, power stations, energy management, united national energy system.
E-mail: juliakulieva@gmail.com
Рецензент: к.т.н. Юрий Михайлович Герасъкин, ОАО «Энергокомплекс»
