ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПОСРЕДСТВОМ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

IMPROVING THE ENERGY EFFICIENCY OF ELECTRIC NETWORKS BY IMPROVING THE QUALITY OF ELECTRICITY

Roman Konstantinov

student, Department of electrical equipment and energy saving, Orel state University,

Russia, Orel

АННОТАЦИЯ

Высокий уровень значимости электроэнергетики определяется инфраструктурным характером отрасли и прямой зависимостью между экономическим ростом страны и уровнем эффективности ее развития. Одной из наиболее актуальных проблем современного электроснабжения является проблема обеспечения качества электроэнергии. Основная причина ухудшения качества электроэнергии – широкое распространение нелинейных нагрузок, создающих при своей работе токи несинусоидальной формы. В статье рассматривается повышение энергоэффективности электрических сетей посредством улучшения качества электроэнергии.

ABSTRACT

A high level of significance of electricity infrastructure is determined by the nature of the industry and a direct relationship between economic growth and level of efficiency of its development. One of the most pressing problems of modern power supply is the problem of ensuring the quality of electricity. The main reason for the deterioration in the quality of electricity is the wide spread of nonlinear loads that create non-sinusoidal currents during their operation. The article deals with improving the energy efficiency of electric networks by improving the quality of electricity.

Ключевые слова: качество электроэнергии, энергоэффективность, нелинейная нагрузка, высшие гармоники.

Keywords: power quality, energy efficiency, nonlinear load, higher harmonics.

Введение. Высокий уровень значимости электроэнергетики определяется инфраструктурным характером отрасли и прямой зависимостью между экономическим ростом страны и уровнем эффективности ее развития. В РФ сложилась неблагоприятная ситуация с потреблением энергоресурсов: по данным Международного энергетического агентства энергоемкость ВВП России в 2,5 раза выше среднемирового уровня н в 2,5 - 3.5раза выше, чем в развитых странах: в целом по стране около 35-40 % всех потребляемых топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) расходуется без отдачи, неэффективно: только прямые потери топливно-энергетических ресурсов достигают 25-30%. Вследствие этого возрастает себестоимость производимой промышленной н сельскохозяйственной продукции, снижается ее конкурентоспособность. увеличиваются ежегодные затраты на поддержание в работоспособном состоянии и развитие ТЭК. возрастают издержки населения, бюджетной сферы и производственного сектора на потребляемые топливно-энергетические ресурсы. Все это приводит к снижению энергоэффективности экономики в целом. Ситуация усугубляется устойчивой тенденцией роста доли энергетических затрат в себестоимости продукции при продолжающемся росте электроемкости продукции практически во всех отраслях экономики, возрастающей напряженностью топливно-энергетического баланса страны, нарастающим дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также глобальными экологическими проблемами. Все это привело к тому, что энергосбережение и повышение энергоэффективности стало одной из приоритетных задач, которая решается на государственном уровне. Принят Федеральный закон РФ №261 -ФЗ от 23.11.2009 [1], который создает реально действующие правовые, экономические и организационные основы стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности, в соответствии с ним разработаны нормативные правовые акты, регулирующие отношения по энергосбережению и повышению энергетической эффективности, что позволяет унифицировать подходы к реализации энергосбережения и повышению энергетической эффективности.

Характеристика качества электроэнергии в электрической сети. Не так давно вопрос качества электроэнергии был проблемой только крупных промышленных потребителей, электрифицированного транспорта, а сейчас эта проблема затрагивает уже всех потребителей, в том числе и коммунальную инфраструктуру, и население, и государственные учреждения. Если ранее источники искажения качества электроэнергии. кроме частоты и отклонения напряжения были присущи только промышленным потребителям. и потребителям, приравненным к ним. то сейчас они активно появляются и у других видов потребителей.

Одним из эффективных мероприятий по энергосбережению, позволяющих экономить до 40-50% электроэнергии, является использование частотно-регулируемых приводов в котельных, насосных, в том числе и систем горячего водоснабжения зданий, строений, сооружений, государственных учреждений, жилищного фонда, в технологических установках предприятий, осуществляющих регулируемые виды деятельности. Другим мероприятием в области энергосбережения является применение ветровых электроустановок. И в первом, и во втором случае искажается форма кривой напряжения, т.е. появляется несинусоидальность кривых токов и напряжений. Однако, в расчете экономии электроэнергии и энергетической эффективности ухудшение качества электроэнергии, создаваемое реализацией приведенных мероприятий, как, впрочем, и ряда иных мероприятий, не учитывается.

Низкое качество электроэнергии - потенциал энергосбережения. Общеизвестно, что низкое качество электроэнергии приводит к увеличению потерь электроэнергии, а. следовательно, к снижению энергетической эффективности электрических сетей. Необходимо определить насколько велика доля потерь электроэнергии от низкого качества электроэнергии и есть ли смысл рассматривать их как потенциал энергосбережения. В [4, 5. 6] показано, что в электрических сетях среднего напряжения с мощными источниками высших гармоник технические потери мощности в силовых трансформаторах связи с энергосистемой существенно увеличиваются. При коэффициенте искажения синусоидальности кривой напряжения равном 5% у коммунально-бытовых потребителей, питающихся от сети 0.4 кВ. они составляют 15% нагрузочных потерь в силовом трансформаторе, а при коэффициенте искажения синусоидальности кривой напряжения 10% эти потери увеличиваются от 20 до 60%.

В качестве примера в таблице 1 показаны значения дополнительных потерь в силовом трансформаторе ТДН-16000/110 при следующих значениях ПКЭ: K_2U =4%; K_U5 =5%; K_U7 =7%; K_U11 =3%; K_U13 =1%. Потери определялись по методике, приведенной в [7]. Здесь указана доля дополнительных потерь (в %) относительно номинальных потерь.

Таблица 1.

Дополнительные потери при искажении КЭ в силовом трансформаторе

В синхронных и асинхронных двигателях-доля таких потерь может достигать 15-20% в зависимости от соотношения показателей качества электроэнергии. Приведенные примеры свидетельствуют о том, что дополнительные технические потери электроэнергии, вызываемые низким качеством электроэнергии, можно рассматривать в качестве потенциала энергосбережения.

Низкое качество электроэнергии приводит и к появлению дополнительных метрологических потерь электроэнергии, которые не учитываются в оценке экономической эффективности при установке приборов учета электроэнергии. Как известно, в зависимости от расположения источника несинусоидальности или несимметрии напряжений и токов в сети возможен как недоучет, так и переучет отпущенной или потребленной электроэнергии. Такая ситуация характерна и при использовании индукционных счетчиков, и при использовании электронных счетчиков. Величина этих потерь также может быть весьма существенной в зависимости от значений показателей качества электроэнергии.

Таким образом, потенциал энергосбережения при низком качестве электроэнергии целесообразно определять по величине дополнительных потерь электроэнергии, создаваемых низким ее качеством. Методики определения дополнительных технических и метрологических потерь уже разработаны и позволяют получать достоверные результаты.

Последовательность решения задачи повышения энергоэффективности электрических сетей путем улучшения качества электроэнергии.

Первым этапом ее решения является выявление источников искажения качества электроэнергии и места их расположения. Это возможно следующими путями: энергоаудитом, контролем качества электроэнергии, расчетно-аналитическим путем. Затем по типу источников искажения определяются параметры качества электроэнергии и показатели качества электроэнергии, которые их описывают, либо измерениями, либо расчетом. При этом рассматриваются следующие параметры качества электроэнергии или их совокупности: отклонение напряжения, колебание напряжения, несинусоидальность токов и напряжений, несимметрия токов и напряжений. Производится анализ показателей качества электроэнергии в узлах сети в динамике. Выбор узлов для определения показателей качества электроэнергии зависит от конкретной схемы сети и расположения в ней источников искажения. В качестве таких узлов могут быть, например, точки поставки электроэнергии на розничном рынке или точки передачи электроэнергии, точки общего присоединения.

Производится расчет потенциала энергосбережения, обусловленного низким качеством электроэнергии, в зависимости от его структуры. Далее выбираются узлы сети для реализации мероприятий по улучшению качества электроэнергии. Для выбранных узлов вначале определяется возможность применения организационных мероприятий, как малозатратных, выбираются организационные мероприятия, набор которых зависит от показателей качества электроэнергии. не удовлетворяющих требованиям действующего стандарта на качество электроэнергии, производится оценка их экономической эффективности и определяется доля реализованного потенциала энергосбережения, т.е. процент снижения потерь от низкого качества электроэнергии. Если потенциал энергосбережения не реализован полностью, то осуществляется анализ возможностей и целесообразности реализации схемных мероприятий, оценивается их экономическая эффективность и также определяется процент снижения потерь от низкого качества электроэнергии.

Библиотека мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности электрических сетей путем улучшения качества электроэнергии. Длятиражирования мероприятий. направленных на повышение энергоэффективности сетей с низким качеством электроэнергии, целесообразно разработать типовые мероприятия по аналогии с существующим перечнем типовых мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и создать библиотеку таких мероприятий. Они должны быть разделены на три группы: организационные мероприятия, схемные решения, технические решения. Группы схемных и технических решений подразделяются на подгруппы в соответствии с параметрами качества электроэнергии и подгруппу, в которую входят разные комбинации параметров качества электроэнергии: несинусоидальность и несимметрия токов и напряжений, несинусоидальность и колебание напряжения и т.д. Например, для параметра несинусоидальность напряжения в группу схемных решений входят следующие: раздельное питание линейных и нелинейных нагрузок, увеличение пульсности выпрямителей, подключение к сетям более высокого класса номинального напряжения. Как видно из приведенного примера, предлагается использовать известные н проверенные практикой способы и технические средства, обеспечивающие требуемое качество электроэнергии в сети.

Каждое мероприятие рекомендуется описывать в следующем порядке: аннотация, назначение мероприятия, тип мероприятия, область применения, краткая характеристика мероприятия, нормативные документы, методика оценки экономической эффективности, инструкция к применению.

В назначении мероприятия указывается на снижение каких потерь электроэнергии направлено данное мероприятие: технических или метрологических. В типе мероприятия указывается его принадлежность к группе организационных, схемных или технических мероприятий. В области применения показывается на улучшение какого показателя или группы показателей качества электроэнергии направлено данное мероприятие, в каких сетях и для каких элементов его нужно применять. В краткой характеристике описывается само мероприятие, при этом показывается как выбрать технологию или техническое средство (несколько технических средств) для его реализации, требования к ним, приводится перечень выпускаемых промышленностью технических средств, его обеспечивающих, и их технические характеристики. В нормативных документах приводится перечень документов, регламентирующих применение рассматриваемого мероприятия: ПУЭ, ПТЭ, СНиПы, ГОСТы и т.д., а также перечень нормативных правовых документов в области энергосбережения, относящихся к данному мероприятию.

Выводы

1. Показана целесообразность использования в качестве типовых мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности электрических сетей, мероприятия по улучшению качества электроэнергии.
2. Разработан порядок реализации потенциала энергосбережения в электрических сетях, обусловленного низким качеством электроэнергии.
3. Предложено создать библиотеку типовых мероприятий по повышению энергоэффективности электрических сетей путем улучшения качества электроэнергии, и показана методика ее реализации.

Список литературы:

1. Бохмат И.С., Воротницкий В.Э., Татаринов Е.П. Снижение коммерческих потерь в электрических системах // Электрические станции. 2014. № 9.
2. Савина Н.В. Системный анализ потерь электроэнергии в электрических распределительных сетях. Новосибирск: Наука, 2013. 221 с.
3. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: руководство для практических расчетов. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2015. 456 с.
4. «Стратегия развития электросетевого комплекса РФ», утвержденная Постановлением правительства РФ от 03.04.2013 г. № 511-р.
5. ФЗ от 23.11.2009 № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ».