Потенциал снижения расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций

Введение

Использование частотного управления двигателями системы охлаждения трансформаторов и реакторов, применение жидкостных систем охлаждения и систем утилизации тепловых потерь трансформаторов и реакторов на нужды отопления зданий с применением тепловых насосов позволит добиться значительного сокращения расхода на собственные нужды подстанций.

Вопрос энергетической эффективности работы оборудования для обеспечения собственных нужд подстанций (далее – СН ПС) исторически рассматривался в нашей стране как второстепенный.

Такое отношение было обусловлено тем, что расход на собственные нужды включается в технологические потери электросетевых компаний по фактическим значениям; нормативные расходы на СН ПС, как правило, значительно выше фактических значений, а доля СН ПС в общей структуре потерь электросетевой компании обычно не превышает 5 %.

Такая ситуация была характерна и для ПАО «ФСК ЕЭС» (далее – ФСК) до 2011 года, когда в рамках энергетического исследования был проведен подробный анализ потенциала энергосбережения в области СН ПС.

Результаты анализа подвигли к переосмыслению значения мероприятий, направленных на снижение технологического расхода электроэнергии при ее передаче на СН ПС, в программе энергосбережения и общем уровне энергетической эффективности ФСК. Оценка потенциала и показателей эффективности различных мероприятий по сокращению расхода на СН ПС позволила говорить об имеющихся возможностях сокращения расхода на СН ПС: по существующим подстанциям на 15–30 %, по новым и проектируемым подстанциям на 40–50 % от удельного потребления электроэнергии.

Следует отметить, что проводимые в ФСК работы по повышению эффективности работы оборудования для обеспечения собственных нужд перекликаются с подобными разработками в зарубежных электроэнергетических компаниях.

Потенциал снижения расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций

Комплекс оборудования СН ПС обеспечивает бесперебойную работу основного и вспомогательного оборудования подстанции. Многообразие видов токоприемников собственных нужд дает обширное поле деятельности для задач энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

С одной стороны, объединение «взаимоисключающих» процессов способно дать значительный синергетический эффект – например, объединение технологических процессов охлаждения оборудования и обогрева зданий. С другой – использование современных технологий, таких как частотное регулирование двигателей системы охлаждения трансформаторов и реакторов, современных технологий в области отопления зданий, новых типов энергоэффективных светильников, позволяет вывести эффективность работы оборудования на совершенно новый уровень. Все это изменяет существующий консервативный подход к эксплуатации, проектированию собственных нужд подстанции, а самое важное – ожидаемый уровень расхода электроэнергии на собственные нужды.

 

Динамика расхода энергии

Динамика расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций ФСК в период с 2011 по 2014 годы имеет тенденцию к снижению. В указанный период в рамках программ энергосбережения ФСК на подстанциях преимущественно реализовывались организационные мероприятия и мероприятия, связанные со снижением расхода на обогрев зданий подстанций (утепление стен и замена окон). График динамики расхода электроэнергии на СН ПС (рис. 1) показывает, что потенциал энергосбережения, связанный с такими мероприятиями, к настоящему моменту практически выбран. Значит, для дальнейшего повышения эффективности требуется качественно новый подход.

                                     Рис. 1

Структура расхода энергии

Ответить на вопрос, за счет чего возможно дальше снижать расходы на СН ПС, помогает анализ структуры потребления собственных нужд.

На сегодняшний день точная информация о структуре фактического расхода на собственные нужды ФСК отсутствует, так как нормы проектирования подстанций предусматривают только учет электроэнергии на трансформаторах, используемых для обеспечения собственных нужд.

При планировании мероприятий и анализе эффективности работы оборудования СН ПС приходится ориентироваться на структуру нормативного расхода, корректируя ее в соответствии с величиной фактического расхода по каждой подстанции. Такой подход вносит определенную погрешность, но в целом позволяет оценить структуру расхода электроэнергии на собственные нужды по каждой подстанции. Результаты оценки структуры расхода для всех подстанций ФСК приведены на рис. 2.

Важным при выборе мероприятий по энергосбережению является определение уровня потребления энергии оборудованием, ниже которого повышение эффективности работы данного оборудования влечет за собой несопоставимый с эффектом уровень затрат.

 

 

 

                                                  Рис. 2

В качестве критерия эффективности в ФСК используется критерий экономической эффективности: реализуемое мероприятие должно окупаться за заданный при планировании мероприятий срок.

 

Пилотный проект

В 2012 году была утверждена программа реализации инновационных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности ФСК (далее – Программа). В рамках реализации Программы на подстанции 500 кВ «Нижегородская» МЭС Волги были реализованы внедрение первой в России установки утилизации тепла трансформатора для отопления здания общеподстанционного пункта управления (далее – ОПУ) подстанции и замена шкафов управления охлаждением АТ 1.

 

СН ПС «Новокузнецкая»

    В качестве другого примера по оценке реализации мероприятий по снижению потерь на СН следует рассмотреть ПС 500 кВ «Новокузнецкая». Оборудование, находящееся в распоряжении данной подстанции представлено на рис.2. Используя Инструкцию по расходу электроэнергии на собственные нужды подстанций и с учетом оборудования, находящегося на балансе данной подстанции, были рассчитаны нормы потерь электроэнергии на собственные нужды, значения которых приведены на рис.4

 

Рис.4. Энергобаланс затрат электроэнергии на собственные нужды подстанций Кузбасского ПМЭС

 

Рис.5. Нормы расхода электроэнергии на СН ПС 500 кВ «Новокузнецкая»

Из представленной диаграммы (рис.5.) можно видеть, что больше всего

энергии затрачивается на обдув, охлаждение и обогрев оборудования.

Реальные затраты электроэнергии превышают приведенные нормы, в

связи с чем необходимо проведение мероприятий, снижающих потери элек-

троэнергии на собственные нужды.

Чтобы снизить потери на собственные нужды ПС «Новокузнецкая»

предлагается заменить обогреватели на конвективные регулируемые, а также

использовать индукционные электрокотлы, которые позволят сократить по-

тери электроэнергии на обогрев оборудования и производственных помеще-

ний.

Также, снизить потери на собственные нужды ПС позволит замена ста-

рых светильников на новые светодиодные.

Технологический эффект от проведения данных мероприятий представ-

лен на рис.6.

 

 

Рис.6. Технологический эффект снижения потерь на СН ПС «Новокузнецкая»

Экономический эффект от проведения энергосберегающих мероприя-

тий представлен на рис.7.

Рис.7. Экономический эффект от проведения энергосберегающих мероприя-

тий.

Срок окупаемости от реализации данных мероприятий составит 4,68

лет.

Таким образом, в результате проведения Программы энергосбережения

и повышения энергоэффективности на подстанциях ФСК систематически ре-

ализуются следующие мероприятия: оптимизация продолжительности работыи числа включенных вентиляторов охлаждения трансформаторов и автотрансформаторов; оптимизация работы средств отопления и освещения зданий управления подстанций; частичное отключение освещения ОРУ-500, 220,110 кВ в ночное время, когда не выполняются работы и переключения; повышение энергоэффективности зданий; установка энергосберегающих ламп исветильников освещения ОРУ; замена обогревателей ПЭТ на конвекторы идр.

В результате проведения мероприятий по снижению потерь на СН ПС

«Новокузнецкая» расход электроэнергии на собственные нужды сократится с

4009,584 МВт*ч до 4006,477 МВт*ч, т.е. на 0,7%.

 

Выводы

Обобщая опыт АО «НТЦ ФСК ЕЭС» и на СН ПС «Новокузнецкая» в области проведения энергетических обследований, разработки и реализации проектов повышения энергетической эффективности объектов ФСК, важно отметить:

· Подстанция как объект внедрения энергосберегающих мероприятий обладает значительным потенциалом сокращения расхода электроэнергии. В отличие от мероприятий по сокращению потерь электроэнергии, мероприятия по повышению эффективности работы собственных нужд подстанций имеют высокие экономические показатели эффективности.

· Технически достижимым потенциалом снижения расхода электроэнергии на СН ПС является величина 40–50 %. Однако при внедрении должны в обязательном порядке учитываться экономические показатели мероприятий и получаемый фактический эффект от мероприятий. Для решения этой задачи необходима разработка, апробация и массовое внедрение инновационных комплексных проектов в области повышения эффективности работы СН ПС, первыми этапами которых являются описанные в статье пилотные проекты и НИОКР.

· Пилотное внедрение энергосберегающих технологий должно обеспечивать возможность массового внедрения положительного опыта на подстанциях ФСК. Формат пилотных проектов является оптимальным инструментом отработки перспективных технологий перед принятием решения об их массовом тиражировании.

· Основными направлениями повышения эффективности работы СН ПС ФСК являются:

– оптимизация работы систем охлаждения трансформаторов и реакторов, повышение эффективности работы систем отопления зданий и использование в качестве источников тепла тепловых потерь трансформаторов и реакторов;

– внедрение автоматизированных систем мониторинга расхода на СН ПС;

– уточнение и постоянная актуализация норм расхода на СН ПС, позволяющих адекватно оценивать эффективность работы СН ПС.

· Пилотные проекты апробации энергоэффективных технологий могут финансироваться следующими способами: целевые программы; индивидуальные проекты. Вне зависимости от способа финансирования пилотное внедрение должно обеспечивать решение основной задачи.

· Немаловажную роль при планировании мероприятий и оценке их эффективности играет система мониторинга фактического расхода и система нормирования расхода на собственные нужды. Использование действующей методики нормирования собственных нужд не позволяет корректно оценивать эффективность работы по обеспечению СН ПС. Необходимо провести работу по актуализации существующих норм расхода на СН ПС. В дальнейшем работа по пересмотру норм расхода на собственные нужды должна проводиться с периодичностью 5–7 лет. Это позволит учитывать изменения в составе оборудования и актуальный уровень эффективности работы оборудования СН ПС.

 

 

Литература

1. РД 34.09.208. Инструкция по нормированию расхода электро­энергии на собственные нужды подстанций 35–500 кВ. М., 1981.

2. https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6476

3. Руководящий документ инструкция по нормированию расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций 35 - 500 кВ РД 34.09.208

4. Электротехнический справочник: В 3 т. Т.3. В 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии / (Под ред.: И.Н. Орлова. 7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 880 с.: ил.

5. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.: ил.

 

 

Введение

Использование частотного управления двигателями системы охлаждения трансформаторов и реакторов, применение жидкостных систем охлаждения и систем утилизации тепловых потерь трансформаторов и реакторов на нужды отопления зданий с применением тепловых насосов позволит добиться значительного сокращения расхода на собственные нужды подстанций.

Вопрос энергетической эффективности работы оборудования для обеспечения собственных нужд подстанций (далее – СН ПС) исторически рассматривался в нашей стране как второстепенный.

Такое отношение было обусловлено тем, что расход на собственные нужды включается в технологические потери электросетевых компаний по фактическим значениям; нормативные расходы на СН ПС, как правило, значительно выше фактических значений, а доля СН ПС в общей структуре потерь электросетевой компании обычно не превышает 5 %.

Такая ситуация была характерна и для ПАО «ФСК ЕЭС» (далее – ФСК) до 2011 года, когда в рамках энергетического исследования был проведен подробный анализ потенциала энергосбережения в области СН ПС.

Результаты анализа подвигли к переосмыслению значения мероприятий, направленных на снижение технологического расхода электроэнергии при ее передаче на СН ПС, в программе энергосбережения и общем уровне энергетической эффективности ФСК. Оценка потенциала и показателей эффективности различных мероприятий по сокращению расхода на СН ПС позволила говорить об имеющихся возможностях сокращения расхода на СН ПС: по существующим подстанциям на 15–30 %, по новым и проектируемым подстанциям на 40–50 % от удельного потребления электроэнергии.

Следует отметить, что проводимые в ФСК работы по повышению эффективности работы оборудования для обеспечения собственных нужд перекликаются с подобными разработками в зарубежных электроэнергетических компаниях.

Потенциал снижения расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций

Комплекс оборудования СН ПС обеспечивает бесперебойную работу основного и вспомогательного оборудования подстанции. Многообразие видов токоприемников собственных нужд дает обширное поле деятельности для задач энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

С одной стороны, объединение «взаимоисключающих» процессов способно дать значительный синергетический эффект – например, объединение технологических процессов охлаждения оборудования и обогрева зданий. С другой – использование современных технологий, таких как частотное регулирование двигателей системы охлаждения трансформаторов и реакторов, современных технологий в области отопления зданий, новых типов энергоэффективных светильников, позволяет вывести эффективность работы оборудования на совершенно новый уровень. Все это изменяет существующий консервативный подход к эксплуатации, проектированию собственных нужд подстанции, а самое важное – ожидаемый уровень расхода электроэнергии на собственные нужды.

 

Динамика расхода энергии

Динамика расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций ФСК в период с 2011 по 2014 годы имеет тенденцию к снижению. В указанный период в рамках программ энергосбережения ФСК на подстанциях преимущественно реализовывались организационные мероприятия и мероприятия, связанные со снижением расхода на обогрев зданий подстанций (утепление стен и замена окон). График динамики расхода электроэнергии на СН ПС (рис. 1) показывает, что потенциал энергосбережения, связанный с такими мероприятиями, к настоящему моменту практически выбран. Значит, для дальнейшего повышения эффективности требуется качественно новый подход.

                                     Рис. 1

Структура расхода энергии

Ответить на вопрос, за счет чего возможно дальше снижать расходы на СН ПС, помогает анализ структуры потребления собственных нужд.

На сегодняшний день точная информация о структуре фактического расхода на собственные нужды ФСК отсутствует, так как нормы проектирования подстанций предусматривают только учет электроэнергии на трансформаторах, используемых для обеспечения собственных нужд.

При планировании мероприятий и анализе эффективности работы оборудования СН ПС приходится ориентироваться на структуру нормативного расхода, корректируя ее в соответствии с величиной фактического расхода по каждой подстанции. Такой подход вносит определенную погрешность, но в целом позволяет оценить структуру расхода электроэнергии на собственные нужды по каждой подстанции. Результаты оценки структуры расхода для всех подстанций ФСК приведены на рис. 2.

Важным при выборе мероприятий по энергосбережению является определение уровня потребления энергии оборудованием, ниже которого повышение эффективности работы данного оборудования влечет за собой несопоставимый с эффектом уровень затрат.

 

 

 

                                                  Рис. 2

В качестве критерия эффективности в ФСК используется критерий экономической эффективности: реализуемое мероприятие должно окупаться за заданный при планировании мероприятий срок.