ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Правительство страны на саммите Украина-ЕС, который состоялся в феврале 2013 года, сообщило, что разработало планы на ближайшее будущее по внедрению комплексных политических и социально-экономических реформ, направленных на достижение европейских стандартов во всех без исключения сферах. Отдельно на саммите обсуждались темы по уменьшению энергопотребления и увеличения доли возобновляемых источников энергии. Для Украины этот вопрос актуален как никогда.

Передача и распределение электроэнергии в электрических сетях обязательно сопровождается потерями электроэнергии. Снижение потерь электроэнергии один из главных вопросов электроэнергетики.

Целью магистерской работы является анализ существующих мер по снижению технологических потерь электроэнергии в электрических сетях и разработка математической модели потерь электроэнергии методом регрессионного анализа.

1. Актуальность энергосбережения в энергетике Украины

Украина относится к энергодефицитным государствам удовлетворяющим свои топливно-энергетические потребности за счет собственной добычи менее, чем на 50% [1]. В связи с постоянным ростом мировых цен на углеродные энергоносители, политика правительства Украины направлена на уменьшение использования энергоресурсов, закупаемых за рубежом за счет валютных поступлений. Поэтому, за счет такого уменьшения, значительная доля обеспечения промышленности энергией возлагается на электроэнергетику.

Энергетические индикаторы, потребление электроэнергии Electricity Consumption (TWh) и потребление электроэнергии на душу населения Electricity Consumption / Population (kWh / capita) отмечают рост потребления электроэнергии как в Украине так и в странах с развитой экономикой. Уровень потребления и производства электроэнергии за 2010 год некоторых стран приведены на рис. 1 (составлен на основе [2]).

Уровень потребления и производства электроэнергии (анимация: 11 кадров, 5 циклов повторения, 124 килобайта)

Рисунок 1 – Уровень потребления и производства электроэнергии
(анимация: 11 кадров, 5 циклов повторения, 124 килобайта)

Согласно проведенному анализу электропотребления в Украине с 1990г. по 2008 гг. можно выделить два основных периода: с 1990г. по 2001 г., с 2001 г. по 2008, где в 1990 г. – год наибольшего электропотребления, который принимается за базовый, 2001 г. – год наименьшего электропотребления.

В период с 1990 г. по 2001 г. наблюдается тенденция ежегодного снижения электропотребления по отношению к предыдущему году. Электропотребление за этот период уменьшилось с 227,2 млрд кВт·ч в 1990 году до 122,5 млрд кВт·ч в 2001 году, то есть на 104,7 млрд кВт·ч, или на 46,1%.

В период с 2001 г. по 2008 г. наблюдается положительная тенденция ежегодного увеличения потребления электрической энергии по отношению к предыдущему году за исключением последнего отчетного года (2008), где зафиксировано незначительное уменьшение электропотребления – на 0,4%. Прирост электропотребления за названные 8 лет составил 25,4 млрд кВт·ч, или 20,7% [3].

Последние несколько лет наблюдается тенденция к возобновлению интенсивного развития крупных областных центров Украины, таких как Киев, Донецк, Харьков, Днепропетровск. Так, г. Киев не только достиг в 2008 году уровня электропотребления базового 1990 года, а и превысил его на 17,9%. В условиях значительных инвестиционных ограничений энергосбережение является наиболее рациональным путем энергообеспечения как общественного производства, так и личного потребления.

В то же время электроэнергетика характеризуется кризисными явлениями со стороны технического оборудования. Степень износа оборудования в электроэнергетике страны превышает 50%. Поэтому вопрос внедрения энергосберегающих технологий крайне актуальны. Из-за высокого уровня износа оборудования растет уровень потерь электроэнергии. Энергосбережение может выступать источником дополнительных средств для энерговооружения электроэнергетики.

Энергосбережение является предметом научных исследований в реальном времени. Проблемами энергосбережения в России и Украине занимаются такие ученые как Е.П.Островський, М.В. Самойлов, Ю. Железко, С.М. Сафьянц и другие.

2. Мероприятия по снижению расходов электроэнергии в электрических сетях

2.1 Классификация мероприятий по снижению расходов электроэнергии

Передача и распределение электроэнергии в электрических сетях обязательно сопровождается потерями электроэнергии. Фактические потери электроэнергии в электросетях (ФПЭ) содержат в себе две составляющие:

Технологические потери электроэнергии в свою очередь подразделяют на оптимальные технологические потери (в условиях оптимального режима сети) собственно потери электроэнергии – дополнительные технологические потери – при отклонении режима от оптимального. Кроме того, существует еще доля технологических потерь, обусловленная параметрами качества электроэнергии и отклонением показателей качества от их нормативных значений [4]. Подобная классификация показывает, что часть технологических потерь электроэнергии не является необходимым и их снижение оказывается экономически целесообразным.

Количественный анализ технологических потерь электроэнергии производится при представлении их в зависимости от основных влияющих факторов. К ним относятся [5]:

Снижение потерь электроэнергии осуществляется с помощью соответствующих мер. Меры по снижению технологических расходов электроэнергии в электрических сетях в зависимости от объема капитальных вложений подразделяются на организационные и технические. Технические мероприятия связанные с капитальными вложениями, организационные – практически нет.

К организационным мероприятиям относятся:

К техническим мероприятиям относятся:

2.2 Установка устройств для компенсации реактивной мощности

Спецификой городских сетей является то, что строительство новых линий электропередачи связана со значительными затратами и часто просто невозможна по причинам плотной застройки города. Поэтому приходится увеличивать мощность энергии, передаваемой по существующим линиям, за счет увеличения силы тока, но они уже изношены и устарели. Рост мощностей заставляет искать новые пути решения проблемы.

Одним из эффективных технических мероприятий является установление и введение в эксплуатацию устройств для компенсации реактивной мощности. Нагрузочные потери активной мощности в элементе сети с сопротивлением R при напряжении U определяются по формуле:

Формула - нагрузочные потери активной мощности в элементе сети

В большинстве случаев значение P (активная мощность) и Q (реактивная мощность) на элементах сети изначально неизвестны. Как правило, известны нагрузки в узлах сети (на подстанциях). Значения данных величин определяются посредством измерений по нормативным методикам, позволяющим определить данные параметры для различных периодов нагрузок – сезонных минимумов и максимумов.

В электрических цепях, содержащих комбинированную нагрузку, в частности, активную (лампы накаливания, электронагреватели и др.) и индуктивную (электродвигатели, распределительные трансформаторы, сварочное оборудование, люминесцентные лампы и др.) общую мощность, забираемую от сети, можно выразить следующей векторной диаграммой:

Диаграмма потребления мощности

Рисунок 2 – Диаграмма потребления мощности

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени, когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно). Соответствующую мощность называют реактивной.

Диаграмма активной и реактивной мощности

Рисунок 3 – Диаграмма активной и реактивной мощности

Полная мощность складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами, называется коэффициентом (фактором) мощности.

Треугольник мощностей

Рисунок 4 – Треугольник мощностей

Активная энергия преобразуется в полезную – механическую, тепловую и другую энергии. Реактивная энергия не связана с выполнением полезной работы, однако она необходима для создания электромагнитного поля, наличие которого является необходимым условием для работы электродвигателей и трансформаторов.

Потребление реактивной мощности от энергоснабжающей организации нецелесообразно, т.к. приводит к увеличению мощности генераторов, трансформаторов, сечения подводящих кабелей, а так же повышению активных потерь и падению напряжения.

Поэтому реактивную мощность необходимо получать (генерировать) непосредственно у потребителя. Эту функцию выполняют установки компенсации реактивной мощности (КРМ), основными элементами которых являются конденсаторы.

Реактивная мощность при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами – индуктивными обмотками нагрузки и компенсатором. Такая компенсация реактивной мощности (снижение индуктивного тока в системе «генератор – нагрузка») позволяет, в частности, передать в нагрузку большую активную мощность при той же номинальной полной мощности генератора.

Наиболее эффективно проводить компенсацию реактивной мощности непосредственно у потребителя, но это процесс достаточно долгий и дорогостоящий. Для получения более быстрого ощутимого результата на первом этапе необходимо провести компенсацию реактивной мощности на подстанциях, что позволит разгрузить сеть и получить энергосбережение в пределах 10-20%. Предварительно, на подстанциях в сетях 0,4 кВ необходимо выравнивание нагрузок фаз, которое производится путем переключения части абонентов с перегруженных фаз на недогруженные.

На уровне отдельных непромышленных потребителей, особенно в жилых домах с однофазной нагрузкой, выравнивание фаз таким способом произвести нельзя из-за непрерывно меняющейся величины и характера нагрузки. Поэтому компенсация реактивной мощности на объектах должна производиться на каждой отдельной фазе. При этом в каждом случае должны учитываться гармонические составляющие, при необходимости устройства по компенсации реактивной мощности должны иметь фильтры с автоматическим регулированием емкости. В данном случае важно правильно произвести подбор фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ).

Таким образом, для решения задачи по КРМ необходимо проводить работу в несколько этапов.

  1. Централизованная (грубая) компенсация, которая проводится на подстанциях и включает в себя проведение мониторинга показателей качества электроэнергии, выравнивание фаз, фильтрацию тока и установку КРМ.
  2. Индивидуальная (точечная) компенсация проводится на уровне каждой квартиры или параллельно нагрузке, посредством подключения установок КРМ (косинусных конденсаторов небольшой емкости). Данное мероприятие позволяет обеспечить синусоидальность тока, тем самым значительно уменьшая технические потери. Такие же мероприятия должны проводиться и внутри электроустановок зданий.

Хотя основными потребителями индуктивной мощности являются промышленные и производственные предприятия, на которых индуктивная мощность необходима для работы понижающих трансформаторов, асинхронных двигателей, электросварочного оборудования, индукционных печей и др., но нельзя сбрасывать со счетов и непромышленные объекты. Т.к. в настоящее время наблюдается увеличение потребления индукционной мощности в социально-бытовой сфере за счет увеличения числа различных электроприводов, стабилизирующих и преобразовательных устройств. Применение полупроводниковых преобразователей приводит к ухудшению формы кривой тока, что ухудшает работу других электроприемников, сокращает срок их службы, создает дополнительные потери электроэнергии. Современные люминесцентные светильники, все шире применяемые в квартирах и офисах, для продажи в России комплектуются дешевыми китайскими конденсаторами, срок службы которых обычно составляет несколько часов. Косинус φ у таких источников света составляет менее 0,5 [7].

Нормативы уровня компенсации реактивной мощности указаны в "Государственных строительных нормах Украины" ДБН В.2.5-23: 2010 [8], где приводятся значения расчетных коэффициентов мощности cos φ и реактивной нагрузки tg φ жилых зданий, приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Значение расчетных коэффициентов в зависимости от потребителей электроэнергии

Линия питания Расчетный коэффициент
мощности cos φреактивной нагрузки tg φ
Квартиры с электрическими плитами и без бытовых кондиционеров воздуха 0,980,2
Квартиры с электрическими плитами и бытовыми кондиционерами воздуха 0,930,4
Квартиры с плитами на природном, сжиженном газе, на твердом топливе 0,960,29
Квартиры с плитами на природном, сжиженном газе, на твердом топливе и бытовыми кондиционерами воздуха 0,920,43
Общедомового освещения:
С лампами накаливания
С люминесцентными лампами
1,00
0,92
0,00
0,43
Хозяйственные насосы, вентиляционные установки и другие санитарно-технические устройства 0,800,75
Лифты 0,651,17

В распределительных сетях коммунально-бытовых потребителей, содержится преимущественно однофазная нагрузка, изменяющаяся по индивидуальным режимам, устройства КРМ применяются крайне редко. Но, учитывая, что за последнее десятилетие расход электроэнергии на 1 м2 городского жилищного сектора увеличилась втрое, средняя статистическая мощность силовых трансформаторов сетей городской инфраструктуры достигла 325 кВА, а зона использования трансформаторной мощности сместилась в сторону увеличения и находится в пределах 250-400 кВА, то необходимость применения КРМ становится очевидной.

По итогам проекта компенсации реактивной мощности в жилом доме в течение одного зимнего месяца удалось сократить потребление электроэнергии на 3% (присоединенная мощность дома составляет 400 кВА).

3. Методы расчета составляющих технических потерь электроэнергии

В зависимости от полноты информации о нагрузке электрической сети и вида мероприятий по снижению потерь электроэнергии для определения нагрузочных потерь электроэнергии рекомендуется использовать следующие методы:

Для различных типов электрических сетей рекомендуются следующие методы расчета.

Метод по элементных расчетов рекомендуется преимущественно для отдельных линий и трансформаторов (особенно с использованием телеизмерения), потери электроэнергии в которых существенно зависят от транзитных перетоков.

Метод характерных режимов рекомендуется для расчета потерь электроэнергии в транзитной электрической сети при наличии телеинформации о нагрузках узлов, периодически передается субъекту энергетики.

Метод характерных суток рекомендуется как лучший для расчета потерь электроэнергии в замкнутых электрических сетях 110 кВ и выше, которые не принимают участия в обмене мощностью. Допускается применение метода количества часов максимальных потерь электроэнергии.

Метод факторного моделирования нагрузок, доминирующих гармоник, рекомендуются как лучшие для перспективных расчетов в любых электрических сетях с характерными потерями электроэнергии. Точность расчетов повышается при использовании телеизмерения. Эффективно совместное применение данных методов.

Метод средних нагрузок рекомендуется как лучший для разомкнутых электрических сетей 6 - 150 кВ при наличии данных об электроэнергии, что пропущенная по главному участку электрической сети за рассматриваемый период. Допускается использование метода количества часов максимальных потерь электроэнергии. Статистические методы рекомендуются для определения потерь электроэнергии в электрических сетях 0,38 кВ и выявление зависимости потерь электроэнергии от основных факторов, влияющих в электрических сетях всех классов напряжения.

Для оцениваемого расчета потерь электроэнергии в разомкнутых электрических сетях 0,38 - 6 - 20 кВ как исключение допускается применение регрессионных методов определения эквивалентных сопротивлений линий от обобщенных параметров схемы (суммарной длины и количества участков линий, пересечения главного участка и т.п.).

Как было указано выше, для разомкнутых электрических сетей 6 - 150 кВ рекомендуется метод средних нагрузок. Определение нагрузочных потерь электроэнергии ΔW н в мегаватт-часах методами средних нагрузок и количества часов максимальных потерь электроэнергии τ выполняют по формулам:

Формула - определение нагрузочных потерь электроэнергии
Формула - определение нагрузочных потерь электроэнергии

где ΔРн.ср і ΔРн.макс – нагрузочные потери мощности, определенные по средним и максимальным нагрузками соответственно, МВт;

Кф – коэффициент формы графика, о.е.;

Т – продолжительность периода, за который определяются потери электроэнергии, ч.

Средние нагрузки узлов определяют по показаниям приборов учета электроэнергии. Значение Кф2 и τ определяют непосредственно по графику суммарной нагрузки электрической сети, который фиксируется в диспетчерских сведениях, или по формулам:

Формула - коэффициент формы графика
Формула - количество часов максимальных потерь электроэнергии

где Кз – коэффициент заполнения графика, о.е.;

Тмакс – количество часов использования максимальной нагрузки.

Для электрических сетей с подобными графиками нагрузок расчет потерь электроэнергии может выполняться по двум стационарными режимами, один из которых соответствует математическим ожиданием, а другой – дисперсии этих графиков[6].

При написании данного реферата магистерская работа еще не является завершенной. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Півняк Г. «Енергозбереження в промисловому секторі економіки». Энергосбережение № 8, 2007.
  2. Key World Energy STATISTICS 2012 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.iea.org....
  3. Чернышев В.М., Плачинда В.Д., Комарова В.А. Анализ динамики потребления электрической энергии в Украине за период с 1990 г. по 2008 г. и структуры потребления электрической энергии //Электрические сети и системы. - 2009. - № 6. С 6-10.
  4. Воротницкий М.Э., Железко Ю.С., Казанцев В.Н. и др., под ред. В.Н. Казанцева. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 368 с.
  5. Амельницкая Е.В. Совершенствование управления локальными электрическими сетями как субъектами хозяйствования // Наукові праці Донецького національного технічного університету. – Донецьк, ДонНТУ, 2005. – с.101-115.
  6. Методичні вказівки з аналізу технологічних витрат електроенергії та вибору їх зниження. – Київ, ОЕП "ГРІФРЕ", 2004. – 159 с.
  7. Компенсация реактивной мощности у потребителей [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.energosovet.ru....
  8. Державних будівельних нормах України. ДБН В.2.5-23:2010. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dbn.at.ua....
Фон