Суздорф, В. И. , Гудим, А.С.

B Проблемы энергоэффективности в электротехнике и энергоэнергетике: учеб. пособие / В. И. Суздорф., А.С.Гудим - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2012. - 112 с.

ISBN 978-5-7765-0750-2

 

В учебном пособии изложены основы энергосбережения и энергоэффективности, методы нормирования расходов энергоресурсов, методологические основы расчета нормативов технологических потерь при передаче электрической энергии.

Предназначено для студентов всех форм обучения по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника», а также для электроэнергетических направлений специальностей и специалистов по энергосбережению.

 

УДК 621.04.18

ББК

 

 

ISBN 978-5-7765-0517-1 © Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального

образования «Комсомольский-на-Амуре

государственный технический

университет», 2012

 

 

1. Введение............................................................................................. 4

2. Основные понятия и определения..................................................... 8

3. Краткая характеристика технологических схем и потребителей электроэнергии промышленных предприятий...................................................................... 13

3.1. Характеристика систем энергоснабжения промышленных

предприятий........................................................................................... 13

3.2. Предприятия металлургии............................................................. 17

3.3. Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности........... 21

3.4. Предприятия машиностроительной промышленности................. 25

3.5. Предприятия пищевой промышленности...................................... 33

4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ БАЛАНСЫ УСТАНОВОК, ЦЕХОВ И

ПРЕДПРИЯТИЙ……………………………………………………………. 34

4.1. Назначение и виды энергетических балансов………………………. 34

4.2. Методы составления расходной части электробалансов…………… 38

4.3. Электробалансы электроприводов…………………………………… 40

4.4. Электробалансы электротехнологических установок………………. 43

5. НОРМИРОВАНИЕ УДЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ…………… 55

5.1. Общие положения, цели и задачи нормирования……………………. 55

5.2. Структура норм удельного расхода энергоносителей……………… 56

5.3. Выбор единиц нормирования…………………………………………. 58

5.4. методы разработки норм расхода…………………………………….. 61

5.5. Построение нормативных характеристик

энергопотребляющих установок и агрегатов……………………………… 64

6. Методы расчета технических потерь электроэнергии…………….……72

6.1 Определение технических потерь электрической энергии в элементах сети………………………………………………………………………….…73

6.2 Расчет параметров схемы замещения……………………………………74

6.3. Методы расчета условно-постоянных потерь электроэнергии……….78

6.4. Методы расчета переменных потерь электроэнергии…………………83

7. Мероприятия по снижению потерь электроэнергии…………………....103

8. Разработка программы снижения потерь электрической энергии.........110

8.1. Частотное регулирование насосов……………………………………..118

9.Контрольные вопросы……………………………………………………128

10. Расчетно-графическое задание…………………………………………133

Литература …………………………………………………………………..135

 

 

1. Введение

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, кризисные явления в различных странах и в энергетике этих стран отрицательным образом влияют на такой важный показатель энергетической эффективности передачи и распределения электроэнергии как ее потери в электрических сетях.

Характерным при этом является то, что зависимость между ростом потерь в сетях и кризисом экономики имеет место не только в России и странах СНГ, но и в других странах, вступивших в период перехода от централизованных к рыночным методам управления энергетикой. Объяснить это можно ослаблением в такой период контроля за потреблением электроэнергии, снижением платежеспособности значительной части потребителей, в первую очередь населения, с ростом хищений электроэнергии, обострением проблем из-за несовершенства традиционной системы учета электроэнергии и т.д.

Для снижения фактического уровня потерь электрической энергии до их экономически обоснованного и документально подтвержденного технологического уровня осуществляется нормирование потерь. Норматив потерь электрической энергии включается в тариф на передачу электрической энергии по электрическим сетям и, следовательно, оплачивается потребителями электрической энергии, подключенными к электрической сети. Таким образом, сверхнормативные потери электроэнергии в электрических сетях - это прямые финансовые убытки электросетевых компаний, оплачиваемые сетевыми компаниями из собственной прибыли.

Специалисты большинства стран считают, что экономию от снижения потерь можно было бы направить на: техническое перевооружение сетей; увеличение зарплаты персонала; совершенствование организации передачи и распределения электроэнергии; повышение надежности и качества электроснабжения потребителей; уменьшение тарифов на электроэнергию.

Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях приводит также к разгрузке и повышению пропускной способности последних, что позволяет сетевым компаниям расширить объём услуг по не дискриминационному доступу потребителей к сетям.

Управление уровнем потерь электроэнергии в электрических сетях - сложная! комплексная задача, требующая значительных капитальных вложений, необходимых для оптимизации развития электрических сетей, совершенствования системы учета электроэнергии, внедрения новых информационных технологий в энергосбытовой деятельности и управления режимами сетей, обучения персонала и его оснащения средствами поверки средств измерений электроэнергии, средствами выявления хищений и т.п.

В снижении потерь электроэнергии решающее значение имеет широкая коалиция электросетевых компаний с правительством, правоохранительными органами, законодателями, местными администрациями, СМИ и т.п.

4 октября 2005 г. приказом Минпромэнерго РФ N 267 "Об организации в Министерстве Промышленности и энергетики Российской Федерации работы по утверждению нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям" утверждены "Положение об организации в Министерстве промышленности и энергетике Российской Федерации работы по утверждению нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям" (далее по тексту введения Положение о нормировании) и "Порядок расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям"

 

Сравнительный анализ уровня и динамики относительных потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем России и зарубежных энергокомпаний дает таблица 1.1.

 

Таблица 1.1.

 

Наиме­нование показа­теля	Ед. изм.	Численные значения показателя по годам
Отпуск в сеть	млрд. кВт.ч	774,4	757,1	748,1	733,1	727,1	744,8	777,5	790,6	789,8	814,3	830,1
Потери в сети	млрд. кВт.ч	78,1	79,5	83,0	85,3	90,3	95,0	99,2	103,6	103,1	107,1	107,5
	%	10,09	10,51	11,09	11,64	12,42	12,76	12,75	13,10	13,05	13,15	12,95

 

 

Из таблицы видно, что за указанный период отпуск электроэнергии в сеть увеличился на 7,2 %, абсолютные потери выросли на 37,6 %, а относительные - на 18,8%.

При этом, если в середине 80-х годов XX века потери в сетях бывшего Минэнерго СССР составляли 9,2 %, то в 2004 году они достигли уровня 12,95 %. В отдельных энергосистемах относительные потери уже превысили 20 % и более (рис. 1.1), в некоторых электросетевых предприятиях они достигают 40-50 %.

 

 

 

Рисунок 1.1. Относительные потери электросетевых предприятий.

 

Таблица 1.2.

U, кВ	Техни­ческие потери	в том числе
		Переменные	Условно-постоянные
		ВЛ	Тр-ры	Корона	XX	СН ПС	КУ	Реак­торы	ТТ, тн
Всего	67180,2	43634,2	6903,4	2242,6	10827,5	1838,7	463,5	320,2	950,2
%	100,0		10,3	3,3	16,l	2,7	0,7	0,5	1,4
	2219,6	1214,6	229,7	232,3	367,0	70,4	57,1	44,7	3,8
%	100,0	54,7	10,3	10,5	16,5	3,2	2,6	2,0	0,2
	695,8	352,3	65,6	94,3	140,7	40,0	0,0	0,0	2,9
%	100,0	50,6	9,4	13,6	20,2	5,7	0,0	0,0	0,4
	12640,8	7327,1	1204,7	1890,2	1519,5	518,7	90,6	26,0	64,0
%	100,0	58,0	9,5	15,0	12,0	4Д	0,7	0,2	0,5
ПО	18535,6	10667,3	2564,1	25,8	4067,3	818,8	95,3	76,5	220,5
%	100,0	57,6	13,8	0,1	21,9	4,4	0,5	0,4	1,2
	10582,7	6387,4	1315,9	0,0	2293,4	305,2	46,0	109,8	125,1
%	100,0	60,4	12,4	0,0	21,7	2,9	0,4	1,0	1,2
	10039,0	5527,6	1523,4	0,0	2439,6	85,6	174,5	63,2	225,1
%	100,0	55,1	15,2	0,0	24,3	0,9	1,7	0,6	2,2
0,4	12466,7	12157,9	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	308,8
%	100,0	97,5	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	2,5

 

Из таблицы 1.2 и рисунков 1.2-1.3 следует, что суммарные технические потери электроэнергии в электрических сетях АО-энерго РФ в

 

2002 г. составили 67,2 млрд. кВт.ч. Кроме того потери в магистральных электрических сетях ОАО "ФСК ЕЭС" - 9,7 млрд. кВт.ч. Отчетные потери в 2002 г. достигли 103,1 млрд. кВт.ч, следовательно, небаланс или коммерческие потери электроэнергии составляют около 27 млрд. кВт.ч или 3,42 % от отпуска электроэнергии в сеть.,

Из общей величины технических потерь около 78 % приходится на электрические сети 110 кВ и ниже, в том числе 33,5 % - на сети 0,4-10 кВ. Если принять • во внимание, что коммерческие потери сосредоточены в основном в сетях 0,4-10 кВ, то общая доля потерь в них от суммарных потерь по стране в целом составляет около \ 60 %. Учитывая, что по объективным причинам загрузка электрических сетей 0,4 кВ будет увеличиваться в связи с опережающим ростом бытового потребления электроэнергии, доля потерь в распределительных сетях в ближайшие годы также будет 1 расти. Соответственно должны будут расти и усилия персонала по снижению потерь в I сетях именно этого класса напряжения.

Увеличение доли потребления населением представлено на рисунках 1.8 и 1.9 (по данным ОРГРЭС). Из диаграмм видно, что потребление электроэнергии промышленным сектором в 2002 г. по отношению к 1990 г. уменьшилось на 11,7%, потребителей сельского хозяйства - на 58,2 %, транспортом и связью - на 8 %, строительством - на 29,4 %. Потребление электроэнергии непромышленными потребителями и населением наоборот увеличилось на 63,6 % и 71,3 % соответственно.

 

2. Основные понятия и определения

При решении задач расчета, анализа, нормирования и снижения потерь электроэнергии в электрических сетях применяют следующие основные понятия и определения [4-9]:

1) отпуск электроэнергии в электрическую сеть электросетевого предприятия (далее по тексту ЭСО) (показатель не используется для федеральной сетевой компании и межрегиональных магистральных сетевых компаний (далее по тексту ФСК и ММСК)), W_OC – определяемый как разность объемов электроэнергии, поступившей в электрическую сеть, W_ПОСТ, и электроэнергии, отпущенной из сети, W_OТП:

. (2.1)

 

Объемы электроэнергии W_ПОСТ и W_ОТП определяются по показаниям счетчиков коммерческого учета электроэнергии, установленным в точках поставки электроэнергии (на границе балансовой принадлежности электрических сетей ЭСО).

В случае отсутствия счетчиков электрической энергии в точке поставки электрическая энергия определяется расчетным путем – суммированием или вычитанием электроэнергии, зафиксированной системой коммерческого учета, расположенного в согласованной между заинтересованными сторонами точке учета, и технических потерь электроэнергии в оборудовании, расположенном между точкой поставки и точкой учета.

, (2.2)

 

где W_ТП – электроэнергия в точке поставке,

W_КСУ – электроэнергия в точке коммерческого учета,

DW_T – технические потери электроэнергии в оборудовании, расположенном между точкой поставки и точкой учета.

 

2) фактические (отчетные) абсолютные потери электроэнергии, DW_Ф – определяемые как разность объемов электроэнергии, поступившей в электрическую сеть, электроэнергии, отпущенной из сети, электроэнергии, потребленной энергопринимающими устройствами, W_П, и расходом электроэнергии на производственные (с учетом хозяйственных) нужды подстанции, W_ПН:

. (2.3)

 

Для определения объемов потребления электрической энергии присоединенными к распределительным электрическим сетям энергопринимающими устройствами используются показания приборов учета электрической энергии этих устройств.

При отсутствии приборов учета на энергопринимающих устройствах или невозможности снятия с них показаний, а также при временном выводе из эксплуатации средств учета используется способ определения объемов потребленной электрической энергии, согласованный с организациями, осуществляющими снабжение электрической энергией или организациями, исполняющими функции снятия показаний приборов учета.

3) фактические (отчетные) относительные потери электроэнергии, DW_Ф,% – определяемые отношением их абсолютного значения к отпуску электроэнергии в электрическую сеть:

. (2.4.1)

Для электрических сетей ФСК ЕЭС и ММСК относительное значение фактических потерь электрической энергии определяется отношением их абсолютного значения к отпуску электроэнергии из электрической сети:

. (2.4.2)

 

4) технические потери электроэнергии в линиях и оборудовании электрической сети, DW_T – обусловленные физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии в соответствии с техническими характеристиками и режимами работы линий и оборудования с учетом расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций. Технические потери определяются расчетным путем в соответствии с действующим нормативным документом [6]. Расход электроэнергии на собственные нужды подстанций являются структурной составляющей технических потерь и определяются по показаниям счетчиков. Технические потери электроэнергии равны сумме условно-постоянных, DW_УП, и нагрузочных потерь, DW_Н.

. (2.5)

 

5) условно-постоянные потери электроэнергии – практически не зависящие от нагрузки потери электроэнергии в:

- стали силовых трансформаторов и автотрансформаторов 6-1150 кВ, DW_Х;

- на корону в воздушных линиях 110 кВ и выше, DW_К;

- от токов утечки по изоляторам воздушных линий 6(10) кВ и выше, DW_ТУ;

- шунтирующих реакторах, DW_ШР;

- батареях статических конденсаторов, DW_БСК;

- синхронных компенсаторах (СК), DW_СК;

- изоляции кабельных линий электропередач 6(10) кВ и выше, DW_ИЗ;

- измерительных трансформаторах тока, напряжения и счетчиках непосредственного включения, DW_ТТ, DW_ТН, DW_СЧ;

- ограничителях перенапряжения, DW_ОПН;

- вентильных разрядниках, DW_РВ;

- устройствах присоединения высокочастотной связи, DW_УПВЧ;

- соединительных проводах и сборных шинах подстанций, DW_СППС;

а также определяемые по счетчикам расходы электроэнергии на собственные нужды подстанций, DW_СН, и плавку гололеда, DW_ПГ;

. (2.6)

 

6) переменные потери электроэнергии – зависящие от нагрузки потери электроэнергии в:

- воздушных и кабельных линиях 0,4-1150 кВ, DW_{Н ВЛ(КЛ)};

- обмотках силовых трансформаторов и автотрансформаторов 6‑1150 кВ, DW_{Н Т};

- токоограничивающих реакторах подстанций, DW_{Н Р};

. (2.7)

 

7) коммерческие потери электроэнергии, определяемые как разница между фактическими потерями электроэнергии и технологическими потерями в оборудовании электрической сети:

; (2.8)

 

8) фактический небаланс электроэнергии в электрической сети, отнесенный к поступлению электроэнергии в сеть, равен:

. (2.9)

 

9) потери электроэнергии, обусловленные допустимыми погрешностями системы учета электрической энергии, – определяемые как предельное относительное значение величины допустимого небаланса электроэнергии в целом по ЭСО:

, %, (2.10)

где d_i (d_j) – погрешность измерительного канала поступившей (отпущенной) активной электроэнергии по ЭСО, определяется по формуле (2.11), %;

d_i (d_j) – доля поступившей (отпущенной) активной электроэнергии от поступления в целом по ЭСО, о.е., определяется по формуле (2.12);

n – количество точек учета, фиксирующих поступление электроэнергии в сеть и отпуск электроэнергии из сети по границе балансовой принадлежности со смежными сетевыми компаниями;

m – количество точек учета, фиксирующих отпуск электроэнергии крупным потребителям;

k₃ – количество точек учета трехфазных потребителей;

k₁ – количество точек учета однофазных потребителей;

d₃ – суммарная доля потребления электроэнергии трехфазными потребителями (за минусом, учтенных в «m») от суммарного поступления электроэнергии в сеть ЭСО, о.е., определяется по формуле (2.12);

d₁ – суммарная доля потребления электроэнергии однофазными потребителями (за минусом, учтенных в «m») от суммарного поступления электроэнергии в сеть ЭСО, о.е., определяется по формуле (2.12).

 

, (2.11)

где d_сч, d_ТТ, d_ТН – основные допустимые погрешности счетчиков, трансформаторов тока, трансформаторов напряжения при нормальных условиях (принимаются по значению классов точности), %;

d_л – предел допустимых потерь напряжения в линиях присоединения счетчиков к ТН, %.

 

, (2.12)

где W – электроэнергия, учтенная счетчиками электроэнергии;

W_ПОСТ – суммарное поступление электроэнергии в сеть ЭСО.

 

В абсолютных единицах потери электроэнергии, обусловленные погрешностями приборов учета, определяются по формуле (2.13):

 

. (2.13)

 

10) технологические потери (расход) электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям – определяемые как сумма технических потерь электроэнергии в оборудовании электрической сети ЭСО и потерь, вызванных погрешностью системы учета электроэнергии:

. (2.14)

 

11) норматив технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям – значение технологических потерь, определяемые в процентах от величины отпуска электроэнергии в сеть ЭСО.

. (2.15.1)

Для ФСК ЕЭС и ММСК норматив технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям определяется в процентах от отпуска электроэнергии из сети своей компании:

. (2.15.2)

 

12) норматив потерь электрической энергии – определяемый как сумма нормативных технологических потерь электроэнергии и норматива снижения потерь электроэнергии, DW_МСП. Определяется в процентах к отпуску электроэнергии в сеть ЭСО.

. (2.16.1)

Для ФСК ЕЭС и ММСК нормативы потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям определяются в процентах от отпуска электроэнергии из сети своей компании:

. (2.16.2)

Норматив снижения потерь электроэнергии определяется по формуле:

, (2.17)

где Т – период (количество лет), в течение которого фактические потери будут снижены до величины нормативных технологических потерь электрической энергии.

 

 

 

Рисунок 1.3. Структура фактических потерь