2161

Для оценки потенциала экономии в потреблении электроэнергии необходимо получить информацию по ключевым показателям электропотребления, в частности:

какова мощность каждого ввода электроэнергии,

какова полная мощность присоединенной нагрузки,

каковы графики нагрузки,

какова средняя величина коэффициента мощности,

имеется ли компенсация реактивной мощности,

какова общая структура электропотребления (двигатели, освещение, технологические процессы и т.п.).

В конце первого ознакомительного этапа энергоаудиторы должны иметь представление о предприятии и основных технологических процессах.

Целями второго уровня энергоаудита являются:

определение для каждого энергоресурса наиболее значимых потребителей по затратам и объемам потребления,

распределение потребления каждого энергоресурса по основным потребителям (разработка энергетических балансов),

разработка мероприятий по снижению потребления энергоресурсов.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить полное обследование предприятия, составить схемы технологических процессов, составить список основных потребителей энергии, провести расчет потребления энергии каждого из основных потребителей энергии, провести анализ работы основных потребителей.

При обследовании предприятия необходимо:

определить энергетические потоки к процессам и от них,

определить потоки сырья и продукции,

установить потоки потерь и отходов,

установить режимы работы производства и ключевые фигуры на предприятии (ключевыми людьми на предприятии являются операторы технологических установок, мастера и технологи, менеджеры по выпуску продукции).

Схема технологического процесса представляет собой диаграмму, показывающую основные этапы, через которые последовательно проходят материалы от первоначального состояния до готовой продукции

На схеме должны быть показаны места подачи и использования энергоресурсов отмечены переработка материалов, утилизация отходов в технологическом процессе.

Наиболее крупными потребителями электроэнергии обычно являются: электропечи, системы отопления вентиляции и кондиционирования воздуха, компрессоры сжатого воздуха, технологические насосы, вакуумные насосы, гидравлические насосы, оборудование для перемешивания и нагревания жидкости, системы освещения.

Для того чтобы из составленного списка основных потребителей энергоресурсов выделить наиболее значимых и расставить приоритеты для их подробного обследования, необходимо знать их долю в общем потреблении. Для оценки величин потребления отдельных потребителей необходимо учитывать: анализ сезонных изменений в потреблении, результаты проведенных измерении, результаты проведенных расчетов.

Для уточнения полученных расчетных данных баланса потребления энергетических ресурсов на предприятии необходимо произвести оценку существующих потоков энергоресурсов путем использования существующих счетчиков и переносных приборов.

Балансы потребления энергии разрабатывают в соответствии со структурой предприятия и по направлениям использования энергоресурсов.

Основные задачи анализа энергобаланса промышленного предприятия:

оценка фактического состояния энергоиспользования,

выявление причин и значений потерь энергоресурсов,

улучшение работы технологического и энергетического оборудования,

91

определение рациональных размеров потребления энергоресурсов в производственных процессах и установках,

совершенствование методики нормирования и разработка норм расхода энергоресурсов на производство продукции,

определение требований к организации к совершенствованию системы учета и контроля за потреблением различных видов энергоресурсов

Инструментальное обследование применяется для получения отсутствующей информации, которая необходима для оценки эффективности энергоиспользования, но не может быть получена из документов или вызывает сомнение в достоверности.

Для проведения инструментального обследования применяются стационарные или специализированные портативные приборы. При проведении измерений следует максимально использовать уже существующие узлы учета энергоресурсов на предприятии (коммерческие и технические). При инструментальном обследовании предприятие делится на системы или объекты, которые подлежат по возможности комплексному исследованию.

Анализ информации осуществляется для того, чтобы предложить пути снижения расхода энергоресурсов и затрат на них

После выявления источников потерь и участков нерационального использования энергии можно приступать к разработке предложений и проектов по улучшению ситуации.

Вся информация, полученная из документов или путем инструментального обследования, является исходным материалом для анализа эффективности энергоиспользования. Методы анализа применяются к отдельному объекту и предприятию в целом Конкретные методы анализа энергоэффективности зависят от вида оборудования и исследуемого процесса, типа и отраслевой принадлежности предприятия.

Методы анализа подразделяются на физические и финансово-экономические. Физический анализ оперирует с физическими (натуральными) показателями энерго-

использования.

Финансово-экономический анализ проводится параллельно с физическим и имеет целью придать экономическое обоснование выводам, полученным на основании физического анализа. На этом этапе вычисляется распределение затрат на энергоресурсы по всем объектам энергопотребления и видам энергоресурсов. Оцениваются прямые потери в денежном выражении.

Финансово-экономические критерии имеют решающее значение при анализе энергосберегающих рекомендаций и проектов

Разработка рекомендаций по энергосбережению имеет целью определить, какие из идей возможны как реальные проекты, сравнить альтернативные идеи и выбрать лучшие, разработать единый список проектов.

Разработка рекомендаций позволяет определить техническую суть предлагаемого усовершенствования и принцип получения экономии, рассчитать потенциальную годовую экономию в физическом и денежном выражении, определить состав оборудования необходимого для peaлизации рекомендации, его примерную стоимость, стоимость доставки, установки

иввода в эксплуатацию, рассмотреть все возможности снижения затрат, рассмотреть возможные побочные эффекты от внедрения рекомендаций, влияющие на реальную экономическую эффективность, оценить общий экономический эффект предлагаемой рекомендации с учетом всех обстоятельств.

Энергетический паспорт промышленного предприятия.

В общих затратах промышленного предприятия затраты на топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) составляют значительную величину: от 3-5% до 30% и более. В связи с этим возникает необходимость отражения в документах предприятия состава и объема потребления ТЭР, состава энергетического оборудования, отражение эффективности использования ТЭР.

ГОСТ Р 51379-99 обязывает промышленные предприятия иметь единый документ, отражающий системно, комплексно и в концентрированном виде вопросы использования ТЭР.

92

Этот документ называется энергетическим паспортом.

Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов - нормативный документ, отражающий баланс энергопотребления и содержащий показатели эффективности использования ТЭР в процессе хозяйственной деятельности объектами производственного назначения, а также содержащий энергосберегающие мероприятия.

6.6. Энергетический менеджмент

Для создания системы энергосбережения в любой конкретной организации в ее деятельность внедряется энергетический менеджмент, который создает возможность интегрированного подхода к структурной экономии энергии.

Энергетический менеджмент можно рассматривать как один из инструментов общего менеджмента с набором средств управления потреблением энергии и затратами на ее потребление.

Энергетический менеджмент – это системный учет и контроль энергетических потоков в соответствии с продуманным заранее планом, учитывающим удовлетворение целей компании или организации по снижению до минимума затрат на потребление энергии.

Воснове энергетического менеджмента лежит системный подход, включающий в себя семь последовательных этапов: 1 – анализ общей ситуации с потреблением энергии в организации; 2 – оценка ситуации в данный момент; 3 – момент принятия решения о внедрении энергетического менеджмента; 4 – регистрация потребления энергии; 5 – оценка и мониторинг потребления энергии; 6 – сообщение результатов администрации и персоналу; 7 – принятие мер по технологии, организации и поведению.

Впроцессе внедрения энергетического менеджмента следует учитывать, что рассматриваемые отдельно этапы на практике могут быть объединены.

Этапы 1 и 2 должны рассматриваться как подготовительная стадия. Этап 3 является ключевым для принятия решения о введении энергетического менеджмента. Этапы 4–7 должны рассматриваться как исполнительная стадия. Замыкание цикла происходит после принятия мер на 7-м этапе и воздействия их на регистрирование (4-й этап), и далее система переходит в режим автоматического регулирования.

Этапы полного цикла энергетического менеджмента имеют следующее назначение.

Этап 1. Общий анализ потребления энергии. При серьезной заинтересованности ад-

министрации во внедрении энергетического менеджмента ей необходимо знать абсолютно все

опотреблении энергии в организации. Для этого следует ответить на следующие вопросы: какие исходные энергоносители используются и как их количество согласовывается с

аналогичными технологиями?

каковы затраты на их использование и как они соотносятся с другими расходами? какое внимание следует уделять этому в будущем?

Этап 2. Оценка ситуации в текущий момент. Если в процессе изучения затрат на потребление энергии (этап 1) сделан вывод о возможности их снижения, то следующий этап является очевидным. Необходимо выяснить: где, когда и с какой целью используется энергия; каковы затраты и где они происходят? Такой анализ может быть использован для составления топливо-энергетического баланса (ТЭБ). По предварительной оценке состояния станет ясно, на что уходит наибольшее количество энергоносителей и какие службы или отделы являются ответственными за это потребление.

На практике установлено, что даже такие предварительные исследования позволяют получить значительную экономию средств за счет быстроокупаемых усовершенствований в политике организации. Даже если после выполнения действий 1-го этапа не последует вывода о возможности снижения затрат на потребление энергии, тем не менее целесообразно произвести эти действия.

Этап 3. Момент принятия решения. На основе проведенного анализа в соответствии с этапами 1 и 2 принимают решение о внедрении или отказе от внедрения энергетического менеджмента в деятельность компании или организации. Например, анализ показал, что для

93

этого требуются инвестиции. Кроме того, необходимо преобразовать решение о внедрении энергетического менеджмента в план мероприятий с учетом бюджета. Требуется также наделять людей ответственностью как за принятие решений (конечная ответственность).

Направлять процесс внедрения, так же как и выполнять этапы 1 и 2, можно с помощью сторонних консультантов. Администрация полностью осознает тот факт, что энергетический менеджмент пройдет успешно, если перед ней поставлена ясная цель и если это приведет к экономии финансовых средств и людских ресурсов.

Этап 4. Организация регистрации потребления энергии. При принятии решения о внедрении энергетического менеджмента из персонала компании или организации назначается ответственное лицо за его внедрение. Должность такого работника может быть от сотрудника технического отдела до инженера проекта, который подчиняется непосредственно центральному управлению. Это зависит от общего уровня потребления энергии. Указанная должность может называться координатор или менеджер энергопотребления, даже если на его работу отводится не более нескольких часов в неделю. Основной задачей менеджера энергопотребления является регистрация потребления энергии в соответствии с планом. Предыдущий этап глобального учета потребления исходного продукта и энергетического баланса может быть выполнен более точно на основе данных регистрации энергопотребления. Поэтому в организации необходимо создать отлаженную систему регистрации энергопотребления, выдающую информацию в любой момент времени.

Этап 5. Оценка и мониторинг потребления энергии. Регистрация данных (этап 4)

крайне необходима при наличии резких изменений в потреблении энергии. Точная регистрация может отражать экономию от принимаемых мер.

Основной целью мониторинга является повышение эффективности использования имеющегося оборудования, насколько это возможно. Более того, менеджер энергопотребления может установить нормы (стандарты) на расходование энергии для производства каждой единицы продукции, на каждое помещение или на какую-либо другую единицу потребления энергии, что приведет к лучшему пониманию проблемы и более эффективной работе.

Этап 6. Сообщение результатов администрации и персоналу. Менеджер энер-

гопотребления будет работать эффективно, если ему помогает и его поддерживает администрация и персонал. Чтобы достигнуть этого, администрация и персонал должны точно знать, над чем идет работа и какое воздействие оказывает энергетический менеджмент на потребление энергии и затраты, связанные с ее потреблением, т.е. какими будут результаты их усилий. Наиболее приемлемыми для этой цели являются периодические отчеты, например в виде таблиц.

Администрация должна получать информацию, необходимую для оценки реализуемых мер, направленных на сокращение энергопотребления как в области отдельных технологий, так и во всей организации.

Этап 7. Принятие мер по технологии. Последний этап предусматривает внедрение по всем объектам плана эффективного энергопотребления. Данный план отражает систематически проводимые мероприятия, определяет капиталовложения, период их окупаемости и приоритета. Он также отражает поведение служащих, планы технического обслуживания, устанавливает периоды контроля регистрируемых данных, периоды отчетности, исследует возможности предоставления субсидий. Не следует упускать также возможности оказания помощи в работе координатору энергопотребления посредством обучения, консультирования и, при необходимости, средствами автоматизации.

Одним из важных аспектов внедрения энергетического менеджмента является консультирование по вопросам энергосбережения. Такое консультирование включает в себя этапы 1 и 2 и обеспечивает более глубокое понимание ситуации и целей стимулирования людей и организаций по внедрению энергетического менеджмента.

При консультировании по вопросам энергосбережения и стимулирования необходимо быстро и по-деловому убеждать людей, настроенных скептически относительно рационального использования энергии; осуществлять руководство людьми, настроенными положи-

94

тельно по организации энергетического менеджмента, указывая на приоритеты, а также осуществлять поддержку работы менеджера энергопотребления по регистрации, мониторингу и оценке потребления энергии.

Консультирование по вопросам энергосбережения является ключевым моментом для многих проектов. Исходная ситуация и возможности развертывания программы энергосбережения различны для каждой компании или организации. Эти различия необходимо учитывать.

Основная цель, преследуемая организацией, состоит в ограничении выбросов в атмосферу С02, S02 и NOr Эта цель может быть достигнута путем убеждения потребителя снизить уровень потребления энергии и сделать его регулярным, или, другими словами, осуществлять экономию. Исходя из этого можно сформулировать цель энергетического менеджмента – рациональное использование энергии. И поскольку это не должно ограничиваться только принятием мер по экономии энергии, мы выходим на системный подход энергетического менеджмента.

Сегодняшние благородные мотивы – забота об окружающей среде и беспокойство о будущем – играют свою роль, в частности, среди производителей и покупателей продукции. Но остается еще и материальный аспект, т.е. являются ли принимаемые меры целесообразными и необходимыми (если они не являются обязательными).

6.7. Технические методы решения вопросов энергосбережения в электроснабжении

Экономия электроэнергии достигается применением энергосберегающих технологий в процессе производства и уменьшением потерь электроэнергии во всех звеньях системы электроснабжения и в электроприемниках.

Задачи энергосбережения электроэнергии в электроприемниках относятся к сфере технологических процессов и имеют свою специфику, зависящую от отраслевой принадлежности предприятия и организации.

Задачи энергосбережения в системах электроснабжения являются общими для всех предприятий.

Как известно из электротехники, полная мощность для трехфазной цепи переменного тока в комплексной форме выражается в виде суммы активной Р и реактивной Q мощностей:

S P jQ

P S cos 3 Iф Uф cos 3 Uл Iф cos

Q S sin 3 Iф Uф sin 3 Uл Iф sin

S P2 Q2

Потери активной мощности в линии электропередачи с активным сопротивлением R и реактивным сопротивлением Х можно представить в следующем виде:

Потери реактивной мощности определяются аналогично:

Из этих выражений видно, что потери активной мощности в системах электроснабжения обратно пропорциональны квадрату напряжения, прямо пропорциональны сопротивлению и квадрату передаваемой (потребляемой) активной и реактивной мощности. Приведенные формулы показывают основные направления работы по экономии электроэнергии в системах электроснабжения.

Основными путями снижения потерь электроэнергии в системах электроснабжения являются:

95

Рациональное построение системы электроснабжения и электропотребления при проектировании, реконструкции и в процессе эксплуатации за счет:

- применения энергосберегающих технологий при производстве продукции; - оптимальной схемы электроснабжения; - рационального размещения подстанций; - выбора напряжений; - количества и мощности трансформаторов;

- компенсации реактивной мощности; - правильного выбора электрических двигателей; - рациональной системы освещения; - других мероприятий.

Снижение потерь электроэнергии в действующих системах электроснабжения, кроме вышеназванных мероприятий, достигается путем:

- управления режимами электропотребления; - регулирования напряжения; - повышения качества электроэнергии;

- снижения потребления реактивной мощности; - регулирования режимами работы электроустановок; - управления электроосвещением;

- замены малозагруженных трансформаторов и электродвигателей; - рационального режима работы силовых трансформаторов;

- модернизации и реконструкции технологического и электрического оборудования; - выравниванием нагрузки по фазам в низковольтных сетях.

- организации расчетного и технического учета электроэнергии и создания АСКУЭ; - нормирования электропотребления; - разработки и внедрения организационнотехнических мероприятий.

Снижение потерь электроэнергии в силовых трансформаторах.

Потери активной мощности в трансформаторах определяются по формуле:

Pт Рх Кз2 Рк.з.

ΔPх– активные потери холостого хода при номинальном напряжении;

ΔPк.з. – активные нагрузочные потери (активные потери короткого замыкания) при номинальной нагрузке;

Sф -фактическая нагрузка трансформатора;

Sн– номинальная мощность трансформатора. коэффициент загрузки трансформатора:

Кз

Sф

Sн

Приведенные потери электрической мощности, учитывающие потери в самом трансформаторе и создаваемые им в элементах системы электроснабжения в зависимости от реактивной мощности, потребляемой трансформатором, определяются по выражению:

Pт` Рх` Кз2 Рк`.з.

Pх` Рх Кип Qх

Кип – коэффициент изменения потерь или экономический эквивалент реактивной мощности, характеризующий активные потери от источника питания до трансформатора, приходящиеся на 1 квар пропускаемой реактивной мощности, кВт/квар;

реактивные потери холостого хода:

Qх Sт.н.Iх %

100

приведенные активные потери мощности короткого замыкания:

96

Pк`.з. Рк.з. Кип Qк.з. Qк.з. Sн Uк.з.%

100%

Iх % -ток холостого хода трансформатора по паспортным данным;

Uк..з% - напряжение короткого замыкания по паспортным данным.

Коэффициент изменения потерь зависит от удаленности трансформаторов от электростанций вырабатывающих реактивную мощность:

Понижающие трансформаторы110/35/10кВ, питающиеся от районной сети:

период максимума энергоситемы 0,1квт/квар,

период минимума энергосистемы 0,06квт/квар.

Понижающие трансформаторы 6-10кВ, питающиеся от районной сети:

период максимума энергоситемы 0,15квт/квар,

период минимума энергосистемы 0,1квт/квар.

В условиях эксплуатации оптимальным коэффициентом загрузки трансформатора считается такой, который обеспечивает максимальный приведенный КПД, определяемый по формуле:

При работе двух однотипных трансформаторов отключение одного из них целесообразно, если нагрузка подстанции

`

S Sном 2 Р`х . Pк.з.

В условиях эксплуатации нагрузка трансформаторов может колебаться в значительных пределах. Оптимальная с точки зрения относительных потерь электроэнергии загрузка трансформаторов находится в пределах 40 - 60% и потери резко возрастают при уменьшении нагрузки ниже 40%.Поэтому в таких случаях должны быть рассмотрены вопросы повышения загрузки трансформаторов, их замены на трансформаторы меньшей мощности или уменьшения потребления реактивной мощности путем установки компенсирующих устройств.

Снижение технических потерь электроэнергии в распределительных сетях.

Большая часть потерь электрической энергии происходит в распределительных сетях

0,22-10кВ.

Из электротехники известно, что

Pл 3 Iл2 Rл

Iл - ток в линии

Rл - сопротивление одной фазы линии. Ток в линии

Сопротивление линии

97

R lл Sл

Рл-мощность нагрузки, кВт;

Uлн - номинальное напряжение сети кВ; cosφ - коэффициент мощности;

ρ - удельное сопротивление материала провода линии Ом/мм2; lл - длина линии, км;

Sл - сечение провода линии, мм2

На основании вышеприведенных формул получим:

Из этого выражения следует, что снизить потери мощности и электроэнергии можно за счет следующих мероприятий.

Уменьшения потребления электрической энергии и мощности. Уменьшение потребляемой мощности на 10% снизит потери мощности на (1-0,92/12) на 19%.

Сокращения длины питающих линий, например, от цехового трансформатора до приемника электроэнергии.

Увеличения сечения провода до экономически целесообразных значений.

Поддержания напряжения в сети на необходимом уровне в пределах допустимых отклонений. Так, если напряжение в сети повысить с 10кв до 11кв, то потери мощности

влиниях уменьшатся в (11/10)2 =1,21 раза или 21%. Если напряжение в сети понизится до 9кв, то потери мощности в увеличатся на (1-92/102) на 19%.

Повышение коэффициента мощности электроустановок. При повышении ко-

эффициента мощности потребителей данной сети, например, с 0,8 до 0,9 потери мощности уменьшатся в (0,9/0,8)2 =1,27 раза.

Путем включения в работу резервных линий. Так, если длина, сечение проводов основной и резервной линий и схемы их включения одинаковы, товключение резервной линии в работу при их равномерной загрузке снизит потери в них вдвое.

В схеме электроснабжения необходимо определять нормальные точки разрыва сети, исходя из минимума потерь в электрической сети.

Снижение потерь электроэнергии в низковольтных сетях путем уменьшения несимметрии нагрузок.

В низковольтных сетях возникают несимметричные режимы вызванные подключением однофазных нагрузок и трехфазных нагрузок с несимметричным потреблением мощности по фазам.

Несимметричные нагрузки, являясь потребителями токов и мощности прямой последовательности, одновременно представляют собой источники токов обратной и нулевой последовательности. Эти токи, протекая по сети, вызывают в них потери мощности и напряжения.

Коэффициент увеличения потерь мощности в сети с изолированной нейтралью при неравенстве нагрузок проводов определяют по формуле (Ю.С.Железко, Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии электрических сетях, Москва, Энергоатоиздат, 1989):

IA, IB, IC – токи в проводах соответствующих фаз; Iср -среднее значение токов трех фаз.

В сетях с заземленной нейтралью ниже 1000В возникает ток нулевой последовательности Io, утроенное значение которого представляет ток нулевого провода. При допущении одинакового коэффициента мощности в каждой из фаз квадрат тока в нейтрали равен:

98

IN2 1,5 IА2 IВ2 IС2 4,5 Iср2

Коэффициент увеличения потерь мощности для сетей с заземленной нейтралью ниже

1000В:

Для характеристики неравенства фазных токов используется относительное значение небаланса токов

Iнеб Imax Imin

Iср

Imax и Iminмаксимальное и минимальное значение из трех замеренных значенийIA ,IВ ,IC.

Коэффициент неравномерности для сетей с заземленной нейтралью ниже 1000 В зависит от относительного значения небаланса токов сети и соотношения сопротивлений нулевого и фазного провода сети. По расчетам (Ю.С. Железко, Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии электрических сетях, Москва, Энергоатоиздат, 1989) при небалансе токов от 0,1 до 0,6 при равных сопротивлениях нулевого и фазных проводов коэффициент неравномерности принимает значения от 1 до 1,21, при соотношении сопротивлений нулевого и фазного проводов 0,5 от 1 до 1,4

Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения установлены ГОСТ 13109-97, в соответствии с которым несимметрия напряжений не должна превышать 2% соответствующего напряжения сети.

Между потерями мощности и потерями напряжения существует следующее приближенное соотношение:

P% Кн/ м U%

Kн/ м - коэффициент связи между U% и P% .

Это выражение позволяет оценивать потери мощности в сети по результатам измерения потерь напряжения.

Коэффициент связи зависит от типа линии ( воздушная или кабельная), коэффициента мощности и сечения проводов линии. Для воздушных линий его среднее значение можно принимать равным 0,7,а для кабельных линий его значения находятся в пределах 1,04 – 1,25.

Таким образом, технический аспект проблемы снижения потерь электроэнергии за счет уменьшения не симметрии нагрузок сводится к снижению не симметрии напряжений и не превышению уровня не симметрии напряжений более 2 %.

99