Переломов Андрей Андреевич

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность энергосбережения
• 2.Обзор мероприятий по энергосбережению в учебных корпусах ДонНТУ
• 3. Энергосбережение при освещении помещений
• 3.1 Экономический эффект от замены ламп накаливания на компактные люминисцентные лампы
• 3.2 Модернизация осветительной установки путем замены электромагнитных пускорегулирующих аппаратов на электронные
• 3.3 Энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках света
• Список источников

Введение

В связи с повышением стоимости на энергоресурсы все чаще приходится размышлять над экономией финансов. В большей степени это касается учебных заведений и различных предприятий, потому что стоимость электроэнергии на предприятиях значительно больше, чем в квартирах или частных домах.

Разработано огромное количество различных способов, методов и мероприятий в энергосбережении. Главным и необходимым мероприятиями являются замена ламп накаливания на более экономичные компактные люминесцентные лампы(КЛЛ), замена устаревшей пускорегулирующей аппаратуры на более экономичную. Кроме этого неоспоримым методом является включение света в необходимое для этого время, и также отключение, когда он не нужен. В этоже время в продаже появились светодиодные лампы, которые помогают экономить еще больше денег чем КЛЛ или люминисцентные лампы(ЛЛ) типа Т5 и Т8, к сожалению, стоимость слишком велика и является перспективой освещения будущего. Ещё одним средством повышением энергоэффективности является внедрение различных автоматических датчиков освещености и датчиков присутствия. Также довольно эффективным энергосберегающим устройством можно считать интеллектуальные реле, позволяющие осуществить запланированные заранее действия, которые будут выполняться без участия человека довольно продолжительное время.

Так как практическое энергосбережение переживает в нашей стране период суеты, то целью магистерской работы является анализ и оценка существующих мероприятий по энергосбережению электроэнергии в электрических сетях Донецкого национального технического университета(ДонНТУ).

1. Актуальность энергосбережения

Актуальность энергосбережения и повышения энергоэффективности в последнее время настолько очевидна, что этот вопрос обсуждается как на всех уровнях государственной власти, так и на многих предприятиях. Для большинства предприятий, вопрос энергоэффективности, особенно в условиях непрерывного роста стоимости энергоресурсов, становится вопросом не только конкурентного преимущества, но и, зачастую, вопросом выживания предприятия. Значительная часть расходов предприятия на электроэнергию приходится на освещение, поэтому большинство предприятий стало задумыватся о внедрении энергосберегающих технологий.

2.Обзор мероприятий по энергосбережению в учебных корпусах ДонНТУ

Все мероприятия можно разделить на две группы: энергосбережение при освещении помещений и энергосбережение в питающих сетях и электрооборудовании.

Энергосбережение при освещении помещений:

1. Сокращение области применения ламп накаливания(ЛН) и замена их на КЛЛ;
2. Замена электромагнитных пускорегулирующих(ПРА) устройств у люминесцентных ламп на электронные;
3. Замена ЛН, КЛЛ и ЛЛ на светодиодные лампы;
4. Применение современных отражателей;
5. Окраска помещений в более светлые тона.
6. Применение энергосберегающих светильников на полупроводниковых источниках света

Энергосбережение в питающих сетях и электрооборудовании:

1. Установка автоматически регулируемых конденсаторных батарей;
2. Замена трансформаторов на подстанции на более мощные и перевод одного из них в холодный резерв;
3. Замена устаревшего оборудования в лабораториях и установка на их место более экономичного;
4. Оснащение современными приборами учета энергии.

В рамках магистерской работы планируется рассмотреть более подробно энергосбережение в освещении и сетях учебного заведения, получить экономически обоснованные результаты о целесообразности использования данных мер по энергосбережению.

3. Энергосбережение при освещении помещений

Бережное, с наибольшим экономическим эффектом расходование электроэнергии на нужды освещения является одной из важных задач электроэнергетики. Экономия электроэнергии на освещение не должна достигаться за счет снижения норм освещенности, отключения части осветительных приборов или отказа от использования искусственного освещения при недостаточном уровне естественного света, поскольку уменьшение освещенности приводит к снижению зрительной работоспособности, ухудшению психофизиологического состояния людей, повышению травматизма, снижению производительности труда и качества продукции. Потери от ухудшения условий освещения значительно превосходят стоимость сэкономленной электроэнергии. В связи с этим целесообразно использовать энергоэкономичные источники света, которые за последнее десятилетие получили широкое распространение.

3.1 Экономический эффект от замены ЛН на КЛЛ

Появление и бурное развитие в последние годы компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), имеющих в 8-10 раз большую продолжительность горения и в 5 раз большую световую отдачу по сравнению с лампами накаливания(ЛН), показывают необходимость значительного расширения применения этих ламп в наиболее важных сферах - в жилом секторе, а также в коммерческих и общественно-административных зданиях. КЛЛ малых размеров, имеющие встроенные в лампу малогабаритные пускорегулирующие аппараты и стандартный резьбовой цоколь[1], могут заменять напрямую в существующих светильниках ЛН мощностью от 25 до 100 Вт. Применение таких КЛЛ может быть наиболее эффективным именно в тех видах осветительных установок (ОУ), где сегодня наиболее массовым источником света является ЛН. Сравнительные характеристики КЛЛ и ЛН приведены в таблице 1[2].

Таблица 1 – Сравнительные характеристики КЛЛ и ЛН

ЛН		КЛЛ		Отношение световой отдачи КЛЛ к световой отдаче ЛН, отн. ед.
мощность, Вт	световой поток, лм	мощность, Вт	световой поток, лм
25	200	5	200	4,3
40	420	7	400	5,3
60	710	11	600	4,5
75	940	15	900	4,7
100	1360	20	1200	4,3
2 х 60	1460	23	1500	5,4

По имеющимся сведениям об осветительном оборудовании в учебном корпусе был произведен расчет стоимости модернизации осветительных установок путем замены ЛН на КЛЛ , и была произведена экономическая оценка данного мероприятия. При расчетах были приняты следующие допущения:

1. Текущий тариф на электроэнергию 1 грн./кВт∙ч
2. Лампы эксплуатируются 1250 часов в году.
3. Стоимость светильника с ЛН 100 Вт – 2,5 грн.
4. Стоимость светильника с КЛЛ 20 Вт – 30 грн.
5. Принимаем что КЛЛ работают 3000 ч., т.к. после наработки этого времени КЛЛ теряют ≈50% светового потока и подлежат замене.

Таблица 2 – Экономическая оценка замены ЛН на КЛЛ с одинаковым типом цоколя

Источник света	ЛН (установленные)	КЛЛ
1. Осветительная установка (ОУ):
Срок службы, ч:	1000	3000
Количество светильников, шт.	356	356
Стоимость светильников, грн.	Установлены
Количество ламп, шт.	356	356
Стоимость ламп, грн.	890	10680
Стоимость системы управления, грн.	-	0
Стоимость монтажа (грн./светильник), грн.	-	0
Общая стоимость установки, грн.	890	10680
2. Обслуживание ОУ:
Количество ламп, замененных за 3000 часов работы, шт.	1068	0
Стоимость замены ламп, грн.	0	0
Расходы на замену ламп (вышедших из строя), грн.	2670	0
Общая стоимость обслуживания, грн.	2670	0
3. Электропотребление ОУ:
Мощность, потребляемая ОУ, кВт	35,6	7,12
Электроэнергия, потребляемая ОУ за 3000 ч, кВт∙ч	106800	21360
Общие расходы на электроэнергию, грн.	106800	21360
4. Общая стоимость использования ОУ:	110360	32040
Экономия расходов на электроэнергию, %	0	71
Годовые эксплуатационные расходы, грн.	45983,3	13350
Годовая экономия, грн./год	-	32633,3
Окупаемость, лет	-	0,41
5. Результаты модернизации ОУ:
Годовое потребление электроэнергии, кВт∙ч	44500	8900
Годовое снижение потребления электроэнергии, кВт∙ч	-	35600

Таким образом, годовое снижение потребления электроэнергии в учебном корпусе составит 35600 кВт – это 71% экономия. Данное мероприятие окупится за 5 месяцев.

3.2 Модернизация осветительной установки путем замены электромагнитных пускорегулирующих аппаратов на электронные

Многие предприятия до сих пор используют люминисцентные лампы типа Т5 и Т8, поэтому замена электромагнитных ПРА на электронные ПРА востребована не менее чем замена ЛН на КЛЛ.

Все газоразрядные лампы имеют падающую вольтамперную характеристику и напряжение зажигания этих ламп, как правило, выше напряжения сети. Поэтому для включения всех газоразрядных ламп (кроме «интегрированных» компактных люминесцентных ламп) требуется специальная аппаратура, обеспечивающая зажигание и стабилизацию тока через лампу(ПРА).

Сейчас выпускается довольно широкий ассортимент компактных люминесцентных ламп, в которых аппаратура включения объединена с лампой в общую конструкцию, поэтому применение отдельных аппаратов не требуется. Во всех остальных случаях нужны отдельные балластные сопротивления, стабилизирующие ток разряда, и устройства для зажигания разряда[3].

ПРА в общем случае содержит три компонента: зажигающее устройство, устройство стабилизации тока лампы и устройство, обеспечивающее электромагнитную совместимость источника света и электрической сети.

Стабилизация тока разрядных ламп всех типов обеспечивается за счет включения последовательно с лампой токоограничивающих элементов. В токоограничивающих элементах неизбежно теряется некоторая мощность, не производя полезного действия. Поэтому такие элементы являются пустой, ненужной нагрузкой – балластом.

В принципе, в качестве балласта могут использоваться любые активные, индуктивные или емкостные сопротивления. Но на практике применяются только индуктивные и лишь в специальных ртутно-вольфрамовых лампах – активные в виде нити накала. В качестве индуктивных сопротивлений всегда используются специальные электромагнитные аппараты, называемые дросселями или электромагнитными балластами.

В последние годы получили очень широкое распространение электронные аппараты включения люминесцентных и маломощных металлогалогенных и натриевых ламп. В таких аппаратах совмещены все три функции – зажигания, стабилизации тока и электромагнитной совместимости.

Для обеспечения электромагнитной совместимости ламп с электрической сетью в большинстве случаев используются конденсаторы, включаемые, в основном, прямо на сетевое напряжение параллельно со светильником.

Балласт в ПРА для люминесцентных ламп – дроссели или совокупность дросселей и конденсаторов.

В лучших дросселях для ламп мощностью 36 Вт теряется около 6 Вт (примерно 15 % мощности лампы); у маломощных ламп (4-11 Вт) потери мощности в дросселях могут быть равны мощности самих ламп. Поэтому световая отдача ламп в реальных светильниках всегда ниже той, которая указывается в документации. В таблице 3 приведены данные о потерях мощности в дросселях[4].

Таблица 3 – Потери мощности в дросселях

Класс Дросселя	Потери мощности, Вт
	С лампой 18 Вт	С лампой 36 Вт	С лампой 58 Вт
D	12	10	14
С	10	9	12
В2	8	7	9
В1	6	6	8

Дроссели создают еще один неприятный момент – сдвиг фаз между током и напряжением. Напряжение в электросетях имеет синусоидальную форму. Если в лампах накаливания ток всегда совпадает по фазе с напряжением и точно повторяет его форму, то в любом дросселе ток отстает от напряжения на какую-то долю периода, которая измеряется в градусах. Если полный период равен 360°, то «чистый» дроссель вызывает отставание тока от напряжения ровно на четверть периода или на 90°. В совокупности с лампой этот «сдвиг по фазе» всегда меньше 90° и зависит от качества самого дросселя.

На этикетках дросселей во всех странах указывается не угол, на который ток отстает от напряжения при включении дросселя с лампой соответствующей мощности, а косинус этого угла – cosφ, называемый также коэффициентом мощности.

Многие недостатки люминесцентных ламп и дросселей устраняются при использовании электронных высокочастотных аппаратов включения (ЭПРА).

На рисунке 1 показана структурная схема ЭПРА, содержащая все основные узлы: входной фильтр подавления высокочастотных помех 1, выпрямитель 2, корректор формы потребляемого от сети тока 3, управляющий каскад 4, усилитель мощности 5, выходной каскад 6.

Для подавления высокочастотных помех, создаваемых ЭПРА в электрической сети, используются П-образные или двойные П-образные фильтры из индуктивностей в несколько мГн и емкостей до 1000 нф. Как правило, дополнительно для этой же цели включается емкость порядка единиц нф между одним из питающих проводников (обычно нейтралью) и заземляющим проводом. В качестве выпрямителя может быть использован любой стандартный мостик, рассчитанный на соответствующие токи и напряжения.

Коррекция формы потребляемого тока осуществляется с помощью достаточно мощных транзисторов, управляемых специальными устройствами. Для этого разработаны и серийно выпускаются интегральные микросхемы, отслеживающие форму тока.

Реально в электронных аппаратах включения частота напряжения на выходе усилителя мощности 5 близка к резонансной частоте цепочки из дросселя и конденсатора. Поэтому при включении аппарата через электроды лампы протекает ток, достаточный для их разогрева до необходимой температуры, а на конденсаторе создается напряжение, необходимое для возникновения разряда в лампе с подогретыми электродами. После зажигания лампы напряжение на ней падает до напряжения горения, а частота напряжения преобразователя автоматически изменяется так, чтобы через лампу протекал ток заданной величины.

В большинстве современных аппаратов блок управления 4 выполняет еще две функции: стабилизацию тока лампы при колебаниях сетевого напряжения и коррекцию коэффициента мощности. Для лучших современных аппаратов коэффициент мощности близок к 1 (0,95 - 0,99).

Функции исправления формы потребляемого тока («подавление высших гармоник») обычно выполняет входной фильтр 1. Подавление высших гармоник и коррекция формы потребляемого тока обеспечивают электромагнитную совместимость аппарата с питающей сетью.

В некоторых аппаратах блок управления 4 выполняет еще одну функцию – обеспечивает регулирование светового потока ламп, чаще всего за счет изменения частоты напряжения преобразователя.

Принципиальное отличие электронных схем включения люминесцентных ламп от стартерно-дроссельных заключается в том, что лампы в таких схемах питаются током высокой частоты, обычно 20-40 кГц, вместо 50 Гц.

Высокочастотное питание ламп дает следующие положительные результаты:

1. Из-за особенностей высокочастотного разряда увеличивается световая отдача ламп. Это увеличение тем больше, чем короче лампа: у ламп мощностью 36 Вт световая отдача возрастает примерно на 10%, у ламп мощностью 18 Вт – на 15%;
2. Глубина пульсаций светового потока с частотой 100 Гц уменьшается примерно до 5%;
3. Исключаются звуковые помехи, создаваемые дросселями;
4. Исключается мигание ламп при включении;
5. Исключается необходимость компенсации реактивной мощности (коррекции cosφ);
6. За счет исключения миганий при включении и точного прогрева электродов повышается срок службы ламп (до полутора раз);
7. Появилась возможность регулирования светового потока ламп;
8. Электронные аппараты значительно легче, чем дроссели и компенсирующие конденсаторы.

Таким образом, ЭПРА устраняют большинство недостатков ЛЛ со стартерно-дроссельными схемами включения. Но эти аппараты имеют и свой недостаток, препятствующий их повсеместному внедрению: цена электронных аппаратов выше, чем дросселей, стартеров и компенсирующих конденсаторов, вместе взятых. Тем не менее, в странах Европейского Союза доля светильников с электронными аппаратами приближается к 50 % всех светильников с ЛЛ. Необходимо отметить, что люминесцентные лампы нового поколения в колбах диаметром 16 мм принципиально могут работать только с электронными аппаратами. Это обстоятельство дает дополнительные преимущества светильникам с такими ПРА.

Кроме обеспечения наиболее комфортного освещения, ЭПРА позволяют создавать и системы автоматического управления освещенностью, дающие экономию электроэнергии до 75 %[5] .

Таблица 4 – Изменение световой отдачи комплекта лампа + ПРА с различными типами ПРА

Мощность лампы, Вт	Стандартные электромагнитные ПРА				Электронные ПРА (ЭПРА)
	Суммарная мощность комплекта, Вт	Световой поток,  лм	Световая отдача с комплекта		Суммарная мощность комплекта, Вт	Световой поток,  лм	Световая отдача с комплекта
			лм/Вт	%			лм/Вт	%
18	29	1450	50,0	100	19	1350	71,0	142
2 х 18	23	1450	63,0	100	18	1400	77,7	123
36	46	3450	75,0	100	36	3350	93,0	124
58	71	5400	76,0	100	55	5200	94,5	124

На основе имеющихся сведений об осветительном оборудовании был произведен расчет стоимости модернизации осветительной установки заменой электромагнитных ПРА на электронные в исследуемом учебном корпусе, и была произведена экономическая оценка данного мероприятия (смотри таблицу 5)[6] .

Для произведения расчетов были приняты такие допущения:

1. Текущий тариф на электроэнергию 1 грн./кВт∙ч
2. Лампы эксплуатируются 1250 часов в году.
3. Стоимость светильника с 1-й лампой (EBFL 1х36 COMTECH) – 45 грн.
4. Стоимость светильника с 2-мя лампами (ЭПРА EBFL 2х36 COMTECH) – 80 грн.

Таблица 5 – Экономическая оценка замены электромагнитных ПРА на электронные

	Светильники с ЛЛ
	1-ламповые	2-ламповые
Количество, шт.	335	164
Мощность, Вт	36	72
Коэффициент потерь в ЭМПРА	1,25
Расход электроэнергии в светильниках с ЭМПРА, кВт∙ч/год	18844	18450
Коэффициент потерь в ЭПРА	1,05
Расход электроэнергии в светильниках с ЭПРА, кВт∙ч/год	15828	15498
Снижение потребления электроэнергии светильниками с ЛЛ, кВт∙ч/год	3016	2952
Годовая экономия электроэнергии, кВт∙ч	5968
Стоимость экономии электроэнергии, грн.	5968
Стоимость ЭПРА, грн.	45	80
Затраты на закупку ЭПРА, грн.	28195
Стоимость замены ЭПРА, грн.	0
Срок окупаемости, год	4,7
Итого затраты на мероприятие в целом, грн.	28195

Таким образом, годовое снижение потребления электроэнергии в учебном корпусе составит 5968 кВт. Мероприятие окупится через 4,7 года.

3.3 Энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках света

Светодиоды являются полупроводниковыми приборами, преобразующими электрический ток непосредственно в световое излучение, при этом они характеризуются низким энергопотреблением, а значит, обладают хорошим потенциалом в области энергосбережения.

До настоящего времени одним из существенных препятствий на пути массового внедрения светодиодов в освещении была их высокая стоимость по сравнению с традиционными источниками света, поэтому они и использовались в основном в декоративном освещении зданий и подсветке рекламных вывесок. Однако, постепенное удешевление и повышение технических характеристик светодиодных изделий, а также насущная необходимость снижения энергопотребления, позволяют уже сегодня применять эти энергосберегающие технологии[7].

Рассмотрим основные отличия новой - светодиодной технологии освещения от ламповой:

1. Светодиодный светильник создает освещенность с более высокой контрастностью, что улучшает качество освещения объекта;
2. Экологически чистые и не требуют специальных условий по обслуживанию и утилизации;
3. Срок их службы значительно превышает существующие аналоги (срок работы светильника не менее 30 тыс. часов);
4. Регулировка освещённости снижением питающего напряжения;
5. Отсутствие пульсации светового потока.

Взяв данные по количеству ЛН в учебном корпусе из пункта 3.1, проведём экономический расчет и оценку целесообразности применения светодиодных светильников вместо ЛН, расчет сведём в таблицу 6 [8] .

Таблица 6 – Экономическая оценка замены ЛН на светодиодные светильники с одинаковым типом цоколя

Источник света	ЛН (установленные)	Светодиодные лампы
1. Осветительная установка (ОУ):
Срок службы, ч:	1000	25000-40000
Количество светильников, шт.	356	356
Стоимость светильников, грн.	Установлены
Количество ламп, шт.	356	356
Стоимость ламп, грн.	890	15138
Стоимость системы управления, грн.	-	0
Стоимость монтажа (грн./светильник), грн.	-	0
Общая стоимость установки, грн.	890	10680
2. Обслуживание ОУ:
Количество ламп, замененных за 3000 часов работы, шт.	1068	0
Стоимость замены ламп, грн.	0	0
Расходы на замену ламп (вышедших из строя), грн.	2670	0
Общая стоимость обслуживания, грн.	2670	0
3. Электропотребление ОУ:
Мощность, потребляемая ОУ, кВт	35,6	2,67
Электроэнергия, потребляемая ОУ за 3000 ч, кВт∙ч	106800	8010
Общие расходы на электроэнергию, грн.	106800	8010
4. Общая стоимость использования ОУ:	110360	23148
Экономия расходов на электроэнергию, %	0	79
Годовые эксплуатационные расходы, грн.	45983,3	4094,4
Годовая экономия, грн./год	-	41888,6
Окупаемость, лет	-	0,37
5. Результаты модернизации ОУ:
Годовое потребление электроэнергии, кВт∙ч	44500	3337,5
Годовое снижение потребления электроэнергии, кВт∙ч	-	41162,5

Из расчетов видно, что годовое снижение потребления электроэнергии составит 41162 кВт – это 79% экономия. Данное мероприятие окупится приблизительно за 5 месяцев. Однако, хоть и окупаемость КЛЛ и светодиодных ламп почти одинакова, но срок службы светодиодных ламп в ≈10 раз больше.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. 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. Айзенберг Ю.Б. Энергосбережение в светотехнических установках / Ю.Б. Айзенберг, Н.В. Рожкова / Под общей ред. Ю.Б. Айзенберга. – М.:Дом света, 1999. – 23с.
2. Козловская, В Б. Электрическое освещение: справочник / В. Б. Козловская, В.Н. Радкевич, В.Н. Сацукевич. - Минск : Техноперспектива, 2007. – 255 с.
3. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Знак, 2006. – 972 с.: ил.
4. ГОСТ 24940-96. Здания и сооружения. Методы измерения освещенности. – М.: Изд-во стандартов, 1996.
5. Энергосбережение в системе образования: Сборник научно-практических и методических материалов / Под общей ред. Г.А. Балыхина. – М.: Амипресс, 2000. – 143 с.
6. Кнорринг, Г.М. Светотехнические расчеты в установках искусственного освещения / Г М. Кнорринг. – Л.: Энергия, 1973. – 200 с.
7. Кунгс, Я.А. Автоматизация управления электрическим освещением / Я.А. Кунгс. - М.: Энергоатомиздат, 1989. – 112 с.: ил.
8. Баев, В.И. Практикум по электрическому освещению и облучению / В.И. Баев. – М.: КолосС, 2008. – 191 с.: ил.