Проблемы энергосбережения

Надвигающийся дефицит в производстве ЭЭ определяет необходимость более рачительного ее использования на всех стадиях производства, передачи, преобразования, потребления. Энергосбережение выдвигается и в качестве одной из основных задач реализации энергетической стратегии РФ до 2020 г. Для решения этой задачи требуется, прежде всего, знание реальной картины потерь энергии. В связи с этим резко возрастет роль метрологического обеспечения ЭО, оснащение ее современными средствами контроля за расходом и качеством ЭЭ.

В дальнейшем остановимся на комплексном подходе к развитию энергосберегающих технологий. Универсальных способов экономить ЭЭ в настоящее время не существует, но разработаны методики, технологии и устройства, помогающие вывести энергосбережение на качественно новый уровень. Вопрос экономии ЭЭ многоплановый и нужен стратегический подход для того, чтобы максимально эффективно использовать все ресурсы при минимально возможных энергетических затратах».

ЭЭС, как уже отмечалось в гл. 1 пособия, состоит из трех основных групп элементов: источников ЭЭ, линий электропередачи (ЛЭП) ЭЭ и приёмников ЭЭ. Эффективность работы ЭЭС зависит от эффективности работы каждой из этих групп.

В первом приближении эффективность можно оценивать через коэффициент полезного действия (КПД) соответствующей группы элементов, входящих в ЭЭС. Введем некоторые обозначения: тпэ — усреднённый КПД источников энергии; г|эя — усреднённый КПД ЛЭП; гпр — усреднённый КПД приёмников, тогда усреднённый КПД всей ЭЭС (т|ээс) можно представить в виде

Лээс ЛяэЛэяЛяр* (16.1)

Аналогично можно оценивать и такие важные функции ЭЭС, как надёжность, живучесть и безопасность. Для того, чтобы иметь представление об эффективности того или иного усовершенствования (или преобразования) в цепочке элементов ЭЭС, участвующих в процессе производства, канализации и потребления ЭЭ, необходимо оценивать, как оно отразится на эффективности ЭЭС в целом.

Источники электрической энергии. В настоящее время существуют следующие основные виды ЭС.

  • 1. Тепловые электростанции (ТЭС), оборудованные парогазовыми установками (ПТУ) с КПД г|ягу <55%; газотурбинными установками (ГТУ) с КПД rnv < 35%. В целом КПД ТЭС т|гэс < 45%.
  • 2. Гидроэлектростанции (ГЭС) оборудованы гидротурбинами. КПД ГЭС

Л ГЭС ^ 40 %

3. Атомные электростанции (ФЭС) с КПД г| 4ЭЭ < 50% .

В 2010 г. ТЭС произвели 2/3 ЭЭ в РФ, АЭС и ГЭС примерно по 1/6 ЭЭ в РФ. Поэтому можно говорить о среднем КПД, с которым производится ЭЭ в РФ, не более 40 — гИ) < 40 %.

Линии электропередачи. Можно выделить две основные ЛЭП ЭЭ: воздушные ЛЭП и кабельные. Известно, что при передаче ЭЭ по воздушным ЛЭП на дальние расстояния в зависимости от величины напряжения в ЛЭП необходимо считаться с потерями ЭЭ до 30 40% (в зависимости от величины напряжения передаваемой ЭЭ и атмосферных условий). При передаче ЭЭ по кабельным линиям утечка передаваемой ЭЭ может достигать 20-30% из-за изношенности кабельных трасс (снижения сопротивления изоляции из-за старения, увеличения удельного сопротивления проводящих материалов со временем и др.). Поэтому можно говорить о среднем КПД линий передачи в пределах — гЭП <60%. В тех случаях, когда приходится осуществлять компенсацию реактивной мощности в электрических сетях, КПД при передаче ЭЭ снижается в ещё большей степени.

Приёмники электрической энергии. В качестве приёмников ЭЭ выступает разнородное ЭО с широким разбросом КПД. Поэтому для упрощения ограничимся при анализе лишь бытовыми приёмниками, и, в первую очередь, осветительной нагрузкой, в качестве которой могут выступать как лампы накаливания с КПД — г[пр < 60%, так и более современные светильники: люминис- центные лампы с цпр < 80% и светодиодные — с хпр < 90%. В связи с тем , что осветительная нагрузка не превышает 10% от общего количества ЭЭ, потребляемого в бытовых условиях, а КПД других бытовых приёмников значительно ниже, чем у светодиодных ламп (например, стиральные машины — гпр < 80%, электрогрили — гпр < 85%, телевизоры — гпр < 80% и т.д.), то средний КПД бытовой нагрузки составит: при использовании ламп накаливания — гПР < 78%, при использовании светодиодов — гпр < 80%.

Задача в решении проблемы энергосбережения является комплексной и должна решаться как на этапе производства ЭЭ на ЭС, так при дальнейшей канализации ЭЭ и её потребления.

Возможные пути и технологии энергосбережения

Технологии энергосбережения при производстве ЭЭ. Основными производителями ЭЭ в системе электроэнергетики РФ являются: ТЭС ~ 40 н- 45 %, АЭС и 15 %, ГЭС ~ 18 н- 20 %. На каждой из таких станций используется небольшое число крупных генераторов (от 0, 2 до 1,5 МкВт): на ТЭС — от 4-х до 8-ми: на АЭС — от 4-х до 6-ти; на ГЭС — от 4-х до 12-ти. При существенном снижении потребления ЭЭ, как правило, генераторные агрегаты не выводятся из работы, а используются в недогруженном состоянии, т.е. при низких КПД использования (все генераторы проектируются на работу с максимальными

КПД при номинальной нагрузке). Поэтому экономия энергоресурсов на ЭС возможна лишь при использовании генераторных агрегатов небольшой мощности, часть из которых может быть отключена при снижении потребления ЭЭ. Кроме того, для имеющихся генераторных агрегатов необходимо проведение капитальных ремонтов с реализацией мероприятий по повышению энергетической эффективности (изношенное оборудование имеет повышенные потери в стали, а также потери в изоляции):

  • • замена генераторов и блоков на более экономичные;
  • • замена изоляции и изоляционных конструкций на новые с меньшей проводимостью;
  • • проведение энергетических обследований, выявление объектов, требующих реализации первоочередных мер по повышению энергоэффективности;
  • • использование энергосберегающих видов оборудования и приборов, изготовленных на базе современных материалов, систем датчиков с организацией контроля и автоматизированного управления;
  • • установка датчиков и автоматики отключения ЭО в режимах практически холостого хода:
    • — электронные станции управления,
    • — преобразователи с перепрограммируемыми системами управления.
  • • контроль нагрузок, определение возможности отключения части силового ЭО;
  • • подключение к сетям рекуперативных видов оборудования потребителей: силовых преобразователей автономных энергетических установок; мощных электроприводов; установок с возобновляемыми источниками энергии; вывод из эксплуатации оборудования, выработавшего ресурс;
  • • трансформаторы, генераторы при износе имеют существенно пониженные характеристики электротехнической стали, изоляции. Именно они являются источниками повышенных потерь. Затраты на обеспечение живучести такого оборудования соизмеримы с амортизационными отчислениями, обеспечивающими их замену.

Необходимость в незамедлительном решении задач с переоборудованием ЭС была выявлена при разборе аварии на Саяно-Шушенской ГЭС.

Пути энергосбережения при канализации ЭЭ

Оптимизация режимов работы электрических сетей и силового электрооборудования. Критерием оптимального по показателю энергосбережения является функция цели, тождественно равная потерям ЭЭ. Это сумма постоянных и переменных потерь.

Оптимизация количества подключенных трансформаторов и линий сетей', отключение трансформаторов подстанций, работающих в режимах, близких к холостому ходу; отключение электроприводов собственных нужд подстанций. Потенциал сбережения при этом составляет 20...33% от мощности отключаемого оборудования.

Перекладка электрических сетей для снижения потерь электрической энергии: современная изоляция кабелей и изоляторов обеспечивает снижение диэлектрических потерь. Кабели, например, из сшитого полиэтилена из- за малых изоляционных размеров обеспечивают достаточную генерацию реактивной мощности для компенсации ее перетоков: до 90...97% в США, Канаде, Германии, Дании, 100% в Японии, Франции, Финляндии.

Снижение пиковых перетоков и потребления электрической энергии. Реализуется за счет разгона генераторов аккумулирующих и маневренных установок в местах пикового потребления ЭЭ: воздухоаккумулирующих, гидро- аккумелирующих, газотурбинных.

Эффективность работы ЭЭС существенно возросла после введения автоматизированных систем контроля учета электроэнергии (АСКУЭ) за счёт:

  • • повышения уровня оснащенности приборами учета используемой ЭЭ;
  • • внедрения систем дистанционного снятия показаний приборов учета используемой ЭЭ;
  • • содействия разработке и установке автоматизированных систем коммерческого учета ЭЭ;
  • • автоматизации расчетов за потребляемую ЭЭ;
  • • информационно-аналитического обеспечения повышения энергетической эффективности и энергосбережения с целью сбора, классификации, учета, контроля и распространения информации;
  • • составления и анализа балансов ЭЭ для управления энергосбережением.

Пути энергосбережения при потреблении ЭЭ

Предельная технология: «Энергоэффективный город». Решения по интеллектуальному управлению энергоэффективностью жилых зданий, кварталов и т.д. обеспечивает снижение потребления энергоресурсов на 20...30%. В составе:

  • • энергоэффективное ЖКХ, интеллектуальные дома, управление электроснабжением, отоплением, кондиционированием и т.п.;
  • • технологии «Считай, экономь и плати». В их рамках разрабатываются корректировки к нормативной базе, а также технологические решения, которые позволят установить приборы учета ЭЭ в масштабе страны, «чтобы стимулировать энергосберегающее поведение»;
  • • попытаться перескочить этап люминесцентных ламп и быстрее двигаться к светодиодным лампам. Они дороги, но эксперты ожидают бума — 30- 35% ежегодного роста потребления светодиодов в мире, с чем связаны ожидания снижения стоимости светодиодов за пять лет минимум в четыре раза.

В соответствии с Федеративным законом от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ:

  • • с 1 января 2011 года к обороту на территории РФ не допускаются электрические лампы накаливания мощностью 100 Вт и более, которые могут быть использованы в цепях переменного тока в целях освещения;
  • • с 1 января 2011 года не допускается размещение заказов на поставки электрических ламп накаливания для государственных или муниципальных нужд, которые могут быть использованы в цепях переменного тока в целях освещения;
  • • в целях последовательной реализации требований о сокращении оборота электрических ламп накаливания с 1 января 2013 года может быть введен запрет на оборот на территории РФ электрических ламп накаливания мощностью 75 Вт и более, которые могут быть использованы в цепях переменного тока в целях освещения, а с 1 января 2014 года— электрических ламп накаливания мощностью 25 Вт и более, которые могут быть использованы в цепях переменного тока в целях освещения.

Для улучшения надёжности, живучести и безопасности ЭЭС в РФ должно проводиться их энергетическое обследование с целью: получения объективных данных об объеме используемой ЭЭ; определения показателей энергетической эффективности; определения потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности; разработки перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведению их стоимостной оценки.

Инновационные технологии энергосбережения, прежде всего, связаны с высокотемпературными сверхпроводниками. Такой проект уже запущен и ожидаемый потенциал снижения потерь достаточно высокий. Это касается системы генерации, передачи энергии и потребителей.

Эффекты от мероприятий энергосбережения можно разделить на несколько групп:

  • • экономические эффекты у потребителей (снижение стоимости приобретаемой ЭЭ);
  • • эффекты повышения конкурентоспособности (снижение потребления ЭЭ на единицу производимой продукции, энергоэффективность производимой продукции при ее использовании);
  • • эффекты для электрической, тепловой, газовой сети (снижение пиковых нагрузок, минимизация инвестиций в расширение сети);
  • • экологические эффекты;
  • • связанные эффекты (внимание к проблемам энергосбережения приводит к повышению озабоченности проблемами общей эффективности системы — технологии, организации, логистики на производстве, системы взаимоотношений, платежей и ответственности в ЖКХ, отношения к домашнему бюджету у граждан).

Проведенный анализ показывает, что если заниматься энергосбережением лишь при потреблении энергии, существенной экономии при существующей структуре ЭЭС, не получить. Некоторая экономия при потреблении ЭЭ приведет к недогрузке источников ЭЭ, работе их при неэффективных режимах, снижению КПД и т.д. Некоторый эффект может быть получен, если использовать источники ЭЭ небольшой мощности (мощностью в несколько сотен кВт), в том числе и альтернативные источники ЭЭ, среди которых: приливные электростанции (ПЭС), ветроэлектростанции (ВЭС), геотермальные станции (ГеоЭС), солнечные электростанции (СЭС), гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), биотопливные станции (БиоЭС). Конечно, в настоящее время использование альтернативных видов получения ЭЭ может оказаться нерентабельным, но придёт время, и их использование окажется необходимым при достижении большей эффективности ЭЭС в целом. Как видим, при производстве ЭЭ имеются возможности для повышения КПД на 10—15%.

Непременными условиями повышения эффективности работы ЭЭС являются:

  • • вывод морально устаревших генерирующих мощностей с низким КПД;
  • • выявление объектов, требующих реализации первоочередных мер по повышению энергоэффективности, с оценкой потенциала энергосбережения;
  • • снижение потерь тепла, уносимого отходящими газами — продуктами горения. Из-за них термический КПД современной ТЭС не превышает 36%, у АЭС, работающих при более низких температурах и давлениях, составляет около 32%;
  • • повышение КПД газотурбинных установок с котлом-утилизатором (парогенератором, использующим тепло выхлопных газов) и дополнительной паровой турбиной до 40% и более;
  • • повышение термического КПД паротурбинной ЭС за счёт повышения рабочей температуры и давления пара. Если в начале XX в. эти параметры составляли 1,37 МПа и 260 °С, то в настоящее время обычны давления свыше 34 МПа и температуры свыше 590 °С;
  • • увеличение срока эксплуатации оборудования при высоких нагрузках.

Некоторые направления энергосбережения в области электрооборудования. Применительно к ЭЭС переменного тока это, прежде всего, строгое следование нормам обеспечения качества ЭЭ. Внедрение средств компенсации реактивной мощности и улучшение гармонического состава токов и напряжений (синхронных компенсаторов, активных фильтров, тиристорных компенсаторов реактивной мощности и т.д.) может существенно повысить КПД работы таких сетей и продлить срок службы их элементов. Важным направлением энергосбережения является замена морально устаревших, низкоэффективных, но имеющих массовое распространение ЭО.

В этом отношении показательна область бытовой светотехники — большинство эксплуатируемых ламп накаливания и люминисцентных ламп существенно уступают зарубежным аналогам по светоотдаче, срокам службы, энергоемкости. Еще один резерв энергосбережения связан с оснащением электроустановок эффективной системой диагностики под нагрузкой их технического состояния, а также с современной противоаварийной автоматикой, что позволит избегать аварийных ситуаций, ликвидация которых всегда связана с дополнительными затратами энергии, ресурсов и снижением срока службы самого ЭО.

Особое отношение отводится учету и контролю ЭЭ, выработке рациональных приемов организации производства, при которых удельные расходы ЭЭ являются минимальными. В первую очередь, эти вопросы затрагивают промышленные предприятия, на долю которых приходится более половины всей потребляемой ЭЭ. Особо электроемкими являются предприятия черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающие, химические и др. На таких предприятиях трудятся многотысячные коллективы, объединенные общей технологической цепочкой. Поэтому необходимо правильно организовать производство, выявить места с повышенными потерями ЭЭ и внести оперативную коррекцию в технологический процесс. Для этого разрабатываются и внедряются на предприятия специальные автоматизированные системы контроля и учета ЭЭ (АСКУЭ). Разработанные на единых принципиальных положениях, АСКУЭ предприятий учитывают особенности данного производства. АСКУЭ позволяют:

  • • осуществлять коммерческий учет ЭЭ с помощью трехфазных микропроцессорных счетчиков;
  • • организовать автоматизированный технический учет, контроль и управление ЭЭ по всему предприятию (корпуса, производства, цеха, участки, рабочие места и т.д.);
  • • обеспечить контроль и управление процессами энергопотребления в реальном масштабе времени (любой момент времени);
  • • делать анализ потребления ЭЭ по времени суток, дням недели, месяцам, кварталам, годам.

На рис. 16.2 приведена упрощенная блок-схема АСКУЭ предприятия пищевой промышленности. Здесь с помощью телефонной связи АТС через модем М и преобразователь — интерфейс — в сервер (главный компьютер системы) поступает информация со всех узлов коммерческого учета, мультиплексоров — вычислителей (МВ). Мультиплексоры-вычислители подключены к первичным датчикам, с которых проводится параллельный непрерывный съем информации. По каналам телефонной связи информация поступает в сервер, где обрабатывается, накапливается и хранится. С сервером связаны с помощью автоматизированного рабочего места (АРМ) различные службы предприятия. С АРМ можно получить оперативную информацию на свой компьютер и внести коррекцию в технологический процесс.

Помимо ЭЭ данная система производит учет и контроль других энергоресурсов (воды, тепла, газа). Альтернативы энергосбережению в России нет, так как удельная энергоемкость валового внутреннего продукта (ВВП) в России значительно больше, чем в развитых странах Западной Европы.

Упрощенная структурная схема АСКУЭ предприятия пищевой промышленности

Рис. 16.2. Упрощенная структурная схема АСКУЭ предприятия пищевой промышленности

Вопросы и задания для самопроверки

  • 1. Каковы проблемы производства ЭЭ в России и перспективы их разрешения?
  • 2. Что такое возобновляемые источники энергии и каковы перспективы их использования в России?
  • 3. Оцените роль электротехнологий в XXI веке.
  • 4. Как решается проблема энергосбережения в электротехнике?

Темы рефератов

  • 1. Энергетическая стратегия России.
  • 2. Перспективы производства ЭЭ в России с использованием возобновляемых источников.
  • 3. Энергопотребление в России и изменение его структуры.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >