Лекции Энергоаудит_редакт. энергосбережение и энергоаудит учебное пособие
 Скачать 0.91 Mb.
|
4. ЭНЕРГОАУДИТ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ4.1 Энергоаудит системы электроснабжения и электропотребленияКак правило, на промышленных предприятиях ведется постоянный учет расхода электроэнергии, оборудован ее коммерческий входной учет, на распределительных устройствах для крупных внутренних потребителей установлены электросчетчики. Система электроснабжения проектируется в соответствии с требованиями и нормами ПТЭ и ПТБ, при этом закладываются условия энергетической экономичности. Имеющее место сокращение объемов выпуска продукции на предприятиях России привело к тому, что системы электроснабжения эксплуатируются не в номинальных режимах, электрооборудование недогружено. Это приводит к увеличению доли потерь в трансформаторах, электродвигателях, к снижению значения  в системе электроснабжения. Изменились цены на энергоносители, что отразилось на переоценке экономичности реализованных схем энергоснабжения.Задача энергоаудиторов проанализировать режимы эксплуатации энергооборудования в новых условиях и дать рекомендации по его эксплуатации в сложившейся ситуации. 4.1.1. Анализ режимов работы трансформаторных подстанций и системы регулирования | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
кВт ч.
- приведенные потери мощности холостого хода трансформатора, кВт;
- приведенные потери мощности короткого замыкания, кВт; 
- коэффициент загрузки трансформатора по току; 
-потери 
- потери мощности короткого замыкания; в расчетах следует принимать равными по каталогу потерям мощности в металле обмоток трансформатора (для приведенного выше трансформатора 
- коэффициент изменения потерь, зависящий от передачи реактивной мощности (для промышленных предприятий, когда величина его не задана энергосистемой, следует принимать в среднем равным 0,07), кВт/кВАр; 
- полное число часов присоединения трансформатора к сети;
- число часов работы трансформатора под нагрузкой за учетный период; 
-постоянная составляющая потерь реактивной мощности холостого хода трансформатора, кВАр; 
- реактивная мощность, потребляемая трансформатором при полной нагрузке, кВАр;
- ток холостого хода , % (1,4 - 2,8 %); 
- напряжение короткого замыкания , % (5,5 %); 
-номинальная мощность трансформатора, кВА (1000 кВа); 
- номинальный ток трансформатора. ( Потери активной мощности в режиме холостого хода названного выше трансформатора равны 4,41 кВт).
(потери реактивной мощности в режиме холостого хода названного выше трансформатора 28 кВт, суммарные потери 32,41 кВт, что при цене330 руб./кВт составит около 940 тыс. руб. за год). 
- приведенные потери активной мощности в обмотках высшего (1), среднего (2), и низшего (3) напряжения;
-коэффициенты загрузок этих же обмоток.
, в трехфазной сети - как алгебраическая сумма фазных реактивных мощностей. Уровень компенсируемой мощности 
определяется как разность реактивных мощностей нагрузки предприятия 
и представляемой предприятию энергосистемой
:
| Прежний | 0,5 | 0,5 | 0,6 | 0,6 | 0,7 | 0,7 | 0,8 |
| Новый | 0,8 | 0,9 | 0,8 | 0,9 | 0,8 | 0,9 | 0,9 |
| Снижение тока, % | 37,5 | 44,5 | 25 | 33 | 12,5 | 22 | 11 |
| Снижение потерь по сопротивлению, % | 61 | 69 | 43,5 | 55,5 | 23 | 39,5 | 21 |
Таблица 2. Рекомендуемая емкость статических конденсаторов для корректировки единичных асинхронных двигателей
| Мощность двигателя (кВт), -380 Вх 3 | Статический конденсатор (кВАр в % мощности двигателя) |
| 1 -3 | 50 |
| 4- 10 | 45 |
| 11 -29 | 40 |
| 30- | 35 |
Таблица 3.Влияние материалов трансформатора на его потери
| Трансформатор 3-х фазный Номинальная мощность кВА | Потери в сердечнике, (Вт) | Потери в обмотке, (Вт) | ||
| Кремниевая сталь | Аморфная сталь | Кремниевая сталь | Аморфная сталь | |
| 300 | 516 | 167 | 1854 | 1538 |
| 750 | 864 | 269 | 4886 | 5388 |
| 1000 | 1129 | 374 | 5983 | 5626 |
Перечень мероприятий, позволяющих повысить
:
Увеличение загрузки асинхронных двигателей.
При снижении до 40% мощности, потребляемой асинхронным двигателем, переключать обмотки с треугольника на звезду. Мощность двигателя при этом снижается в 3 раза.
Применение ограничителей времени работы асинхронных двигателей и сварочных трансформаторов в режиме (XX).
Замена асинхронных двигателей синхронными.
Нагрузка трансформаторов должна быть более 30% номинальной мощности.
Технические средства компенсации реактивной мощности:
Синхронные электродвигатели в режиме перевозбуждения.
Комплектные конденсаторные батареи.
Статические компенсаторы (управляемые тиристорами реакторы или конденсаторы).
Компенсаторы должны быть приближены к генераторам реактивной мощности.
4.1.2. Обследование электропотребляющего оборудования, проверка соответствия мощности электродвигателей и мощности потребителя
Электродвигатели являются наиболее распространенными электропотребителями промышленных предприятий. На них приходится около 80% потребления электроэнергии. Большую долю установленной мощности составляют асинхронные электродвигатели.
При проведении энергоаудита необходимо проверять соответствие мощности привода (электродвигателя) потребляемой мощности нагрузки, т.к. завышение мощности электродвигателя приводит к снижению КПД и
. С уменьшением степени загрузки двигателя возрастает доля потребляемой реактивной мощности на создание магнитного поля системы по сравнению с активной мощностью и снижается величина. Капитальные затраты на замену одного двигателя, другим двигателем с соответствующей номинальной мощностью целесообразны при его загрузке его менее 45%, при загрузке 45-75% для замены требуется проводить экономическую оценку мероприятия, при загрузке более 70% замена нецелесообразна.Эффективность зависит от типа, скорости, времени нагрузки двигателя, а также от его мощности:
Для двигателей мощностью 5 кВт при 100% нагрузке КПД= 80%, для двигателей 150 кВт КПД=90%.
Для двигателей мощностью 5 кВт при 50% нагрузке КПД=55%, для двигателей мощностью 150 кВт КПД равен 65%.
При снижении нагрузки двигателя до 50% и менее его эффективность начинает быстро падать по причине того, что потери в железе начинают преобладать.
Суммарные потери в электродвигателе имеют четыре основных составляющих (см. рис. 2):
Потери в стали (потери намагничивания), связанные с напряжением питания, постоянны для каждого двигателя и не зависят от нагрузки.
Активные потери в меди
, пропорциональные квадрату тока нагрузки.Потери на трение, постоянные для данной частоты вращения и не зависящие от нагрузки.
Добавочные потери от рассеивания,- зависят от нагрузки.
Снижение регулятором напряжения питания электродвигателя позволяет уменьшить магнитное поле в стали, которое избыточно для рассматриваемого режима нагрузки, снизить потери в стали и уменьшить их долю в общей потребляемой мощности, т.е. повысить КПД двигателя. Сам регулятор напряжения (обычно в тиристорном исполнении) потребляет мало энергии. Его собственное потребление становится заметным, когда двигатель работает на полной нагрузке.
Часто в режиме холостого хода потребляется почти столько же энергии, сколько необходимо для работы. Переключение обмоток двигателя мощностью 7,5 кВт, работающим в номинальном режиме (линейное напряжение равно 380 В) по схеме треугольник, на схему звезды при работе на пониженной нагрузке 1кВт (режим холостого хода) позволяет уменьшить потери с 0,5 кВт до 0,25 кВт (рис.3).
Автоматическое переключение обмоток со схемы «треугольник» на схему соединения «звезда» в зависимости от нагрузки является простейшей схемой регулирования двигателя, длительное время работающего на малой нагрузке. Необходимо избегать работы двигателя в режиме холостого хода.
В установках с регулируемым числом оборотов, (насосы, вентиляторы и др.) широко применяются регулируемые электроприводы. Оценочные значения экономии электроэнергии при применении регулируемого электропривода в вентиляционных системах - 50%, в компрессорных системах- 40-50%, в воздуходувках и вентиляторах -30%, в насосных системах - 25%. Тиристорные регуляторы напряжения дешевле и диапазон регулирования скорости вращения меньше (снижение на 10-15% ниже номинальных), частотные регуляторы (наиболее часто в транзисторном исполнении) дороже и диапазон регулирования шире.
Рис.2 Сложение составляющих потерь мощности в электродвигателях
Рис.3 Влияние на потери переключения из "треугольника" в "звезду" стандартного двигателя мощностью 7,5 кВт
Стоимость электронного регулятора примерно равна стоимости электродвигателя.
В 1994 г. ориентировочная стоимость электронного регулятора оборотов для обычного электродвигателя составляла около 55-59 $ USA за кВт мощности двигателя, для 15-киловатного двигателя стоимость электронной системы управления составляла около 300$ USA..
Применение регуляторов мягкого пуска и торможения позволяет достичь экономии 1,6-3,7% электроэнергии для двигателей мощностью 22-30 кВт при 20% загрузке двигателя. Удельная стоимость регулятора в 1994г. составила 50 $ USA/кВт (для двигателей менее 20 кВт) и 33 $ USA / кВт для двигателей более 20 кВт.
На западе широко применяются энергетически эффективные (ЭЭ) двигатели, использующие более качественные электротехнические стали и медные обмотки, позволяющие на 2-5% уменьшить активные потери.
Фирма - производитель Brook Crompton Parkinson отмечает четыре направления повышения энергоотдачи таких устройств:
Большая длина сердечника из стальных пластин с низкими потерями. Этим уменьшаются магнитная индукция и, следовательно, потери в стали.
Потери в меди уменьшаются максимальным использованием пазов и обеспечением подходящих размеров проводников.
Потери от рассеивания минимизируются тщательным подбором количества пазов и их геометрией.
Уменьшение потерь приводит к снижению мощности вентилятором обдува, затрачиваемой на охлаждение двигателя.
Они имеют более высокий КПД, допускают термические перегрузки, менее требовательны к обслуживанию, менее чувствительны к колебаниям напряжения сети и меньше шумят. Некоторые ЭЭ двигатели имеют цену двигателей обычного исполнения.
Сводка общих мероприятий по энергосбережению в установках, использующих электродвигатели:
Мощность двигателя должна соответствовать нагрузке;
При часто повторяющейся работе в режиме холостого хода двигатель должен легко выключаться;
Необходимо эффективно защищать крыльчатку системы обдува двигателя для устранения его возможного перегрева и увеличения доли потерь;
Проверять качество эксплуатации трансмиссии, на эффективность работы системы влияет смазка подшипников и узлов трения;
Применять правильно тип трансмиссии;
Рассмотреть возможность применения электронных регуляторов скорости вращения в двигателях, часть времени работающих не на полной нагрузке;
Оценить возможность применения энергоэффективных (ЭЭ) двигателей, т.к. экономия электроэнергии может превысить в 15 раз стоимость электродвигателя;
Качественно проводить ремонт двигателя, отказаться от применения неисправных или плохо отремонтированных двигателей.
4.1.3. Анализ режимов работы системы электроосвещения
Примерно 10% электропотребления предприятия расходуется на функционирование системы освещения. В ходе энергоаудита необходимо проверить степень использования естественного и применение эффективных источников искусственного освещения, применение новых технологий его регулирования:
Замена ламп накаливания на люминесцентные в 6 раз снижает электропотребление.
Для систем освещения, устанавливаемых на высоте более 5 м от уровня освещаемой поверхности, рекомендуется применение металлогалогенных ламп вместо люминесцентных.
Рекомендуется шире применять местные источники освещения.
Применение современных систем управления. Автоматическое поддержание заданного уровня освещенности с помощью частотных регуляторов питания люминесцентных ламп, частота которых пропорциональна требуемой мощности освещения, позволяет достичь экономия электроэнергии до 25-30%.
Использование современной осветительной арматуры (применение пленочных отражателей на люминесцентных светильниках позволяет на 40% сократить число ламп и, следовательно, мощность светильников).
Применение аппаратуры для зонального отключения освещения.
Использование эффективных электротехнических компонентов светильников (балластных дросселей с низким уровнем потерь и др.).
Комплексная модернизация системы освещения позволяет экономить до 20-30% электроэнергии при среднем сроке окупаемости 1,5-2 года.
4.1.4. Потери в электрических сетях предприятия
Потери электроэнергии, на какой либо линии электроснабжения предприятия за учетный период составляют:
Где:
- коэффициент формы графика суточной нагрузки (для электрических нагрузок большинства промышленных предприятий = 1,01-1,10), 
;
- среднеквадратичная величина тока;
-средняя величина тока (- средняя за характерные сутки величина токалинии);
или 
- расход активной и реактивной энергии за характерные сутки, кВт ч.;
- линейное напряжение, кВ;
- число рабочих часов за характерные сутки;
- средневзвешенная величина коэффициента мощности линии;
- эквивалентное активное сопротивление линии;
- число рабочих часов за учетный период.4.1.5. Электробаланс и оценка режима электропотребления
Электробаланс промышленного предприятия состоит из прихода и расхода электрической энергии (активной и реактивной). В приход включается электроэнергия, полученная от энергосистемы и выработанная электроустановками предприятия. Учет ведется по показаниям электросчетчиков. Расходная часть электробаланса активной электроэнергии делится на следующие статьи расхода:
Прямые затраты электроэнергии на основные технологические процессы с выделением полезного расхода на выпуск продукции, без учета потерь в различных звеньях энергоемкого технологического оборудования (электрические печи, компрессорные и насосные установки и др.);
Косвенные затраты на основные технологические процессы вследствие их несовершенства или нарушения технологических норм;
Затраты энергии на вспомогательные нужды (вентиляция, освещение и др.);
Потери в элементах системы электроснабжения (трансформаторах, реакторах, линиях, компенсирующих устройствах, двигателях и др.);
Отпуск посторонним потребителям (столовые, клубы, поселки, магазины, транспорт).
Наличие всех статей расхода необязательно, могут отсутствовать вторая и пятая статьи.
Удельный расход должен быть отнесен на единицу выпускаемой продукции и сопоставлен с показателями других передовых предприятий.
Задачей составления электробаланса является:
Выявление и нахождение расходов энергии по статьям 2, 3, 4, 5 с целью четкого выделения ее расхода на основную продукцию;
Определение удельных норм расхода электроэнергии на единицу продукции предприятия и сравнение с аналогичными затратами других предприятий;
Выявление возможности сокращения нерациональных расходов энергии путем проведения различных мероприятий по усовершенствованию технологических процессов и снижения нерациональных вспомогательных затрат.
Для уменьшения стоимости потребляемой энергии необходимо провести анализ режимов суточного электропотребления и режимов работы технологического оборудования с целью определения экономического эффекта от перехода на двух тарифный режим оплаты за пользование электрической энергией. При этом может оказаться целесообразным изменение графика работы отдельного технологического оборудования (перенести период включения скважинных насосов, подающих воду в емкости второго подъема, на ночной период и др.).