Оценка эффектов от перевода часов на зимнее и летнее время факторным методом

Принято считать, что наиболее значимые факторы влияющие на электропотребление это температура и освещенность.Температура измеряется достаточно просто, при этом из года в год она достаточно изменчива. Это происходит из—за влияния различных циклонов и воздушных масс. Прогнозировать движение воздушных масс и их влияние на температуру в той или иной мере весьма затруднительно. В то время освещение является более постоянным фактором, так как территория Новосибирской области неизменна и рассвет, зенит и заход Солнца является постоянным из года в год. Имеют место осадки, которые могут повлиять на ухудшение освещенности. Принимая это во внимание максимальная и минимальная шкала временам года отлична. Можно предположить, что в нее уже заложены усредненные осадки и облачность, в связи с чем освещенность территории уменьшается.

Географические характеристики— НСО расположена в центральной части материка Евразия, почти в центре Российской Федерации на юго—востоке Западно—Сибирской низменности — одной из величайших равнин мира. Площадь области 178 тысяч кв. км. или 1% территории России. Протяжённость области с запада на восток более 600, а с севера на юг до 400 километров. Она заключена в пределах 75—85 градусов восточной долготы и 53—57 градусов северной широты. Величина солнечной радиации зависит от географической широты и состояния атмосферы. Географическая широта определяет высоту солнца над горизонтом и продолжительность дня. В июне солнце поднимается в полдень на высоту до 600, продолжительность дня в области 16 – 17 часов, поверхность получает достаточно тепла и света. В декабре высота солнца всего 12 – 140, день уменьшается до 7 – 8 часов, поэтому зимой солнечного тепла намного меньше.

При недостаточности естественного освещения используется искусственное. Для того, чтобы узнать в какие месяца наибольший разница между требуемым освещением и естественным возьмем метеорологические средние данные о восходе, зените и заходе Солнца по месяцам в год без перевода времени. Так же примем рабочий день с 8.00 до 18.00 для коммунально—бытовых потребителей (КБП) и с 7.00 до 19.00 для непромышленных (НП).

Далее изобразим это на рисунке 3.2.1, где освещенность принимаем в относительных единицах от 0 до 10, т.е. от минимума до максимума. Зафиксируем на временном отрезке рабочий день с 8.00 до 18.00 и с 7.00 до 19.00, который постоянен по месяцам.

 

Таблица 13 – Длительность естественного освещения НСО

	Восход	Заход	Зенит	Сумерки (утро)	Сумерки (вечер)	Длительность естественного освещения
Январь	8:40	16:33	12:37	7:57	17:16	7:53
Февраль	7:50	17:32	12:41	7:12	18:10	9:42
Март	6:47	18:40	12:44	6:11	19:16	11:52
Апрель	6:23	20:32	13:27	5:44	21:11	14:08
Май	5:19	21:29	13:24	4:31	22:17	16:10
Июнь	4:50	22:06	13:28	3:52	23:03	17:16
Июль	5:02	21:12	13:07	4:11	22:02	16:10
Август	6:04	20:59	13:31	5:22	21:41	14:55
Сентябрь	7:01	19:44	13:22	6:24	20:21	12:43
Октябрь	7:57	18:26	13:11	7:20	19:02	10:28
Ноябрь	8:00	16:25	12:12	7:19	17:06	8:25
Декабрь	8:45	16:01	12:23	8:00	16:46	7:16

 

Далее изобразим это на рисунке 31, где освещенность принимаем в относительных единицах от 0 до 10, т.е. от минимума до максимума. Зафиксируем на временном отрезке рабочий день с 8.00 до 18.00, который постоянен по месяцам.

Рисунок 31 – Освещенность по месяцам для НСО в относительных единицах

 

По Рисунку 31 можно сделать вывод, что естественная освещенность для использования в рабочее время в январе, феврале, ноябре и декабре недостаточна. Про март, сентябрь и октябрь невозможно однозначно сказать, так как принятая освещенность принята без учета осадков.

Взаимосвязь между температурой и энергопотреблением очевидна, а взаимосвязь с освещенность проверим с помощью корреляционного анализа (Рисунок 31).

Рисунок 32 – Корреляционный анализ зависимости суточного потребления электроэнергии и длительности естественного освещения

 

Для расчётов использовался год без перевода времени. Тем самым получили, что средний коэффициент корреляции r=0,57, следовательно, имеется средняя корреляция. Прослеживается тенденция: при увеличении продолжительности естественного освещения суточное потребление электроэнергии уменьшается, верно и обратное— при уменьшении длительности естественного освещения энергопотребление увеличивается.

В следующем шаге выделим долю коммунально—бытовых и непромышленных потребителей из общего графика нагрузки. Для этого используем данные о процентномсоставе рассматриваемых потребителей в общем графике энергопотребления. Возьмем 2011 год для расчетов.

 

 

Таблица 14 – Структура потребителей электроэнергии за 2009—2012 гг.

Потребители
Промышленность	32,53%	34,10%	33,50%	33,06%
Железнодорожный транспорт	13,93%	13,36%	13,68%	13,40%
Городской транспорт	0,87%	0,86%	0,87%	0,86%
Непромышленные потребители	19,02%	19,75%	20,82%	21,55%
Производственные сельскохозяйственные потребители	4,08%	3,82%	3,63%	3,45%
Население	27,47%	27,63%	27,50%	27,69%
Итого по годам	100%	100%	100%	100%

 

Для в электропотреблении у КПБ и НПП значительна. Промышленность, железнодорожный и городской транспорт не будут рассмотрены в данной работе, в связи с тем, что промышленные потребители затрачивают одинаковое количество электроэнергии на освещение. Это в связи с тем, что многие производственные цеха нуждаются в искусственном освещении по требованиям нормативных актов. Железнодорожный транспорт так же затрачивает почти идентичное количество электроэнергии.Если рассмотреть затраты электрической энергии для коммунально—бытовых потребителей, то получим:

 

Таблица 15 – Процентное соотношение затрат электрической энергии КБП

Коммунально—бытовые потребители, использующие электрические плиты	Коммунально—бытовые потребители, использующие газовые плиты
электроплита	37%
освещение	17%	освещение	30%
стиральная машина	2%	стиральная машина	4%
телевизор	3%	телевизор	5%
компьютер	5%	компьютер	9%
холодильник	19%	холодильник	34%
электрочайник	8%	электрочайник	14%
прочее	2%	прочее	4%

Графически это можно представить:

Рисунок 33 – Среднее потребление электрической энергии по группам затрат КБП

 

Рисунок 34 – Среднее потребление электрической энергии по группам затрат КБП

Среднее значение затрат, приходящиеся на освещение примем 24% от общего электропотребления. Часовые значения электропотребление на освещение так же будет изменяться, в связи с тем, что каждый час естественное освещение различно. Имеется место изменение и по месяцам, сезонам. В расчетах будут приведены по сезонам.Для того, чтобы в дальнейшем можно было сделать более конструктивные выводы и в связи с тем, что график нагрузки требовался лишь для выделения частей и процентов для, затраченных на искусственное освещение — в расчетных таблицах будет отображены лишь процентные соотношения.

Допущения расчетов:

·При составлении затрат электроэнергии на искусственное освещение применялись удельные веса, которые зависели от времени года и средней степени освещенности. Так же влияние оказывал график электропотребления, так как затраты на освещение не могли превысить электропотребление за данный час.

·При расчетах рассматривался перевод времени на +1, —1,+2 и —2 часа, так как данный перевод наиболее возможен в будущем.

·При рассмотрении графиков нагрузки было решено использовать только рабочие дни, так как выявить закономерности и график нагрузки в выходной день значительно проблематично и есть большая вероятность допущения значимой ошибки и,как итог, не корректный вывод.

·Для лета характерен длинный световой день и избыточность освещения, в связи с этим перевод часов не скажется на экономии электроэнергии, затраченного на искусственное освещение. Тенденция для зимнего периода обратная— недостаточность естественного освещения и применение искусственного. Очевидно, что при переводе часов все равно будет затрачиваться практически одинаковое количество электрической энергии на освещение. В свя с этими обстоятельствами данные для зимы и лета и графики будут приведены лишь для ознакомления и в расчетах при переводе часов участвовать не будут.

Использование перевода часов для КБП для уменьшения затрат электроэнергии на искусственное освещение.

Таблица 16 – Процентное соотношения затрат электроэнергии всего и на освещение для зимы и лета, по часам

Часы	Зима	Лето
Процент использования электроэнергии на освещения от суммарных затрат на освещение	Процент от использования суммарного дневного потребления электроэнергии	Процент использования электроэнергии на освещения от суммарных затрат на освещение	Процент от использования суммарного дневного потребления электроэнергии
0:00	0,20	3,46	0,69	3,35
1:00	0,20	3,46	0,69	3,34
2:00	0,40	3,48	1,03	3,26
3:00	0,40	3,61	1,03	3,29
4:00	0,60	3,86	1,37	3,58
5:00	1,05	4,18	1,54	3,89
6:00	1,05	4,48	2,06	4,34
7:00	2,10	4,65	2,06	4,70
8:00	2,10	4,67	1,54	4,78
9:00	1,05	4,64	0,31	4,72
10:00	1,05	4,50	0,31	4,70
11:00	0,80	4,37	0,31	4,71
12:00	0,80	4,27	0,21	4,77
13:00	0,40	4,28	0,10	4,64
14:00	0,80	4,34	0,21	4,58
15:00	0,80	4,58	0,31	4,48
16:00	0,93	4,62	0,31	4,46
17:00	1,40	4,58	0,31	4,37
18:00	1,87	4,44	1,20	4,30
19:00	1,87	4,33	1,80	4,40
20:00	1,40	4,13	2,40	4,40
21:00	0,93	3,88	1,80	4,03
22:00	0,90	3,66	1,20	3,55
23:00	0,90	3,54	1,20	3,36
Сумма:		100,00		100,00

Рисунок 35 – Типовой график нагрузки рабочего дня (зима) для КБП с указанием рабочего времени и смещением рабочего времени

 

Рисунок 36 – Типовой график нагрузки рабочего дня (лето) для КБП с указанием рабочего времени и смещением рабочего времени

 

Рисунки 35 — 36 наглядно показывают недостаток естественного освещения зимой и избыток летом, о чем упоминалось выше.

Таблица 17 – Процентное соотношения затрат электроэнергии всего и на освещение для осени и весны, по часам

Часы	Осень	Весна
Процент использования электроэнергии на освещения от суммарных затрат на освещение	Процент от использования суммарного дневного потребления электроэнергии	Процент использования электроэнергии на освещения от суммарных затрат на освещение	Процент от использования суммарного дневного потребления электроэнергии
0:00	0,58	3,27	0,37	3,47
1:00	0,58	3,24	0,37	3,46
2:00	0,60	3,26	0,46	3,48
3:00	0,60	3,37	0,55	3,60
4:00	0,65	3,73	0,65	3,92
5:00	1,39	4,14	1,98	4,21
6:00	1,86	4,43	2,96	4,45
7:00	2,32	4,64	1,98	4,58
8:00	1,63	4,63	1,48	4,59
9:00	0,53	4,59	1,40	4,54
10:00	0,53	4,50	0,70	4,47
11:00	0,40	4,50	0,56	4,47
12:00	0,33	4,48	0,42	4,44
13:00	0,33	4,47	0,42	4,41
14:00	0,40	4,48	0,28	4,37
15:00	0,53	4,54	0,42	4,41
16:00	0,53	4,64	0,42	4,52
17:00	1,63	4,73	0,56	4,52
18:00	1,86	4,71	0,84	4,49
19:00	2,32	4,55	0,92	4,45
20:00	1,39	4,22	1,48	4,15
21:00	1,11	3,88	2,50	3,86
22:00	0,95	3,59	1,46	3,62
23:00	0,95	3,42	0,83	3,51
Сумма:		100,00		100,00

 

 

Рисунок 37 – Типовой график нагрузки рабочего дня (весна) для КБП с указанием рабочего времени

 

Рисунок 38 – Типовой график нагрузки рабочего дня (осень) для КБП с указанием рабочего времени

 

Таблица 18 – Процентное соотношения затрат электроэнергии всего и на освещение для осени и весны при переводе времени, по часам

Часы	Осень	Весна
+1	—1	+2	—2	+1	—1	+2	—2
% э/э на освещение	% э/э от суточного потребления	% э/э на освещение	% э/э от суточного потребления	% э/э на освещение	% э/э от суточного потребления	% э/э на освещение	% э/э от суточного потребления	% э/э на освещение	% э/э от суточного потребления	% э/э на освещение	% э/э от суточного потребления	% э/э на освещение	% э/э от суточного потребления	% э/э на освещение	% э/э от суточного потребления
0:00	0,48	3,24	0,80	3,42	0,32	3,59	0,42	3,26	0,93	3,46	1,07	3,51	0,59	3,62	0,75	3,48
1:00	0,48	3,26	0,53	3,27	0,32	3,42	0,42	3,37	0,93	3,48	0,71	3,47	0,59	3,51	0,75	3,60
2:00	0,72	3,37	0,53	3,24	0,32	3,27	0,42	3,73	1,40	3,60	0,71	3,46	0,59	3,47	0,75	3,92
3:00	0,72	3,73	0,80	3,26	0,32	3,24	0,52	4,14	1,40	3,92	1,07	3,48	0,59	3,46	0,94	4,21
4:00	0,84	4,14	0,93	3,37	0,40	3,26	0,63	4,43	1,63	4,21	1,24	3,60	0,74	3,48	1,13	4,45

 

 

Продолжение таблицы 18

5:00	1,08	4,43	1,60	3,73	1,15	3,37	1,96	4,64	1,40	4,45	2,13	3,92	1,71	3,60	1,44	4,58
6:00	1,80	4,64	1,83	4,14	2,31	3,73	1,64	4,63	1,00	4,58	1,60	4,21	2,06	3,92	0,96	4,59
7:00	3,00	4,63	1,37	4,43	2,77	4,14	0,78	4,59	0,80	4,59	1,07	4,45	2,40	4,21	0,72	4,54
8:00	2,40	4,59	0,44	4,64	3,23	4,43	0,55	4,50	0,60	4,54	0,52	4,58	2,06	4,45	0,43	4,47
9:00	0,58	4,50	0,35	4,63	2,54	4,64	0,31	4,50	0,47	4,47	0,42	4,59	1,37	4,58	0,29	4,47
10:00	0,48	4,50	0,32	4,59	0,70	4,63	0,16	4,48	0,47	4,47	0,38	4,54	0,87	4,59	0,22	4,44
11:00	0,38	4,48	0,24	4,50	0,35	4,59	0,16	4,47	0,38	4,44	0,19	4,47	0,58	4,54	0,14	4,41
12:00	0,29	4,47	0,24	4,50	0,26	4,50	0,23	4,48	0,28	4,41	0,19	4,47	0,44	4,47	0,14	4,37
13:00	0,29	4,48	0,16	4,48	0,26	4,50	0,23	4,54	0,28	4,37	0,19	4,44	0,44	4,47	0,22	4,41
14:00	0,19	4,54	0,24	4,47	0,18	4,48	0,55	4,64	0,19	4,41	0,28	4,41	0,29	4,44	0,29	4,52
15:00	0,29	4,64	0,24	4,48	0,26	4,47	0,63	4,73	0,28	4,52	0,28	4,37	0,29	4,41	0,43	4,52

 

Продолжение таблицы 18

16:00	0,29	4,73	0,40	4,54	0,26	4,48	1,45	4,71	0,28	4,52	0,47	4,41	0,29	4,37	0,65	4,49
17:00	0,38	4,71	0,96	4,64	0,35	4,54	1,66	4,55	0,38	4,49	0,66	4,52	0,44	4,41	0,98	4,45
18:00	0,48	4,55	2,13	4,73	0,44	4,64	2,07	4,22	0,47	4,45	0,76	4,52	0,58	4,52	1,31	4,15
19:00	1,15	4,22	2,49	4,71	0,53	4,73	2,28	3,88	1,32	4,15	1,52	4,49	0,58	4,52	2,29	3,86
20:00	2,29	3,88	2,84	4,55	1,70	4,71	2,28	3,59	2,29	3,86	2,65	4,45	0,96	4,49	2,62	3,62
21:00	2,62	3,59	2,13	4,22	2,12	4,55	2,28	3,42	2,62	3,62	2,27	4,15	1,28	4,45	2,95	3,51
22:00	2,29	3,42	1,33	3,88	1,70	4,22	1,60	3,27	2,29	3,51	2,00	3,86	2,56	4,15	2,40	3,47
23:00	0,48	3,27	1,07	3,59	1,20	3,88	0,80	3,24	1,92	3,47	1,60	3,62	1,68	3,86	1,20	3,46
Сумма:

Рисунок 39 – Типовой график нагрузки рабочего дня (осень) для КБП с переводом времени (+1)

 

Рисунок 40 – Типовой график нагрузки рабочего дня (осень) для КБП с переводом времени (—1)

Рисунок 41 – Типовой график нагрузки рабочего дня (осень) для КБП с переводом времени (+2)

 

Рисунок 42 – Типовой график нагрузки рабочего дня (осень) для КБП с переводом времени (—2)

 

Рисунок 43 – Типовой график нагрузки рабочего дня (весна) для КБП с переводом времени (+1)

 

Рисунок 44 – Типовой график нагрузки рабочего дня (весна) для КБП с переводом времени (—1)

 

Рисунок 45 – Типовой график нагрузки рабочего дня (весна) для КБП с переводом времени (+2)

 

Рисунок 46 – Типовой график нагрузки рабочего дня (весна) для КБП с переводом времени (—2)

Данные из таблицы 18 отражены в Рисунках 39 — 46. В рисунках видно, что при недостаточности естественного освещения используется искусственное. При этом сумма затрат на освещения за сутки равна 24% от суммарного электропотребления за тот же период времени.

В следующем шаге сделаем наложение типовых графиков нагрузки с графиком нагрузки с использованием перевода часов для соответствующих сезонов. После этого сможем посчитать разницу между ними, т.е. энергетический эффект.

С целью наглядности наложения двух графиков друг на друга ниже представлен Рисунок 47 для графика нагрузки рабочего дня осеннего без перевода времени и с переводом на один час вперед.

 

Рисунок 47 – Наложение графиков нагрузки рабочего дня КБП для осени с переводом времени (+1) и без

 

После расчетов разницы затрат электроэнергии на освещение между типовым графиком нагрузки и графиком нагрузки с переводом времени получили значения энергетического эффекта от применения перевода времени.

 

Таблица 19 – Энергетический эффект от перевода часов для КБП

Время года	Перевод часов
+1 час	—1 час	+ 2 часа	— 2 часа
Осень	5,68 %	4,34 %	7,00 %	4,67 %
Весна	7,12 %	5,80 %	3,91 %	7,33 %
Сумма	12,80%	10,14%	10,91%	12,00%

 

Исходя из полученных значений можно сказать, что наибольший положительный энергетический эффект будет при переводе на 1 час вперед (снижение затрат на электроэнергию за осень и весну 12,8%), затем при переводе стрелок часов на 2 часа назад (затраты будут снижены на 12%). Перевод на 1 час более ожидаем с первой точки зрения, чем на 2 часа назад. Как видно на рисунках выше, если мы переведем время на 2 часа назад, то сможем в утренний пик использовать естественное освещение, тем самым снижая электропотребление, в связи с этим значительный процент экономии.

Перевод на 1 час назад и на 2 часа вперед так же показали неплохие результаты в 10,14% и 10,91%, соответственно. Это хоть и менее первых двух вариантов, но ощущаемо для коммунально—бытовых потребителей. В случае при переводе времени на 2 часа вперед потребители будут использовать электрическую энергию на утренний пик. При этом вечером будет достаточно светло и в вечерний пик затраты на электроэнергию будут снижены.

С целью проверки такой или иной энергетический эффект получат другие потребители, а именно непромышленные, продолжим расчеты. Они будут проведены аналогично для сравнения полученных результатов.