ДонНТУ   Портал магистров

Бабченко Евгений Владиславович

Электротехнический факультет

Кафедра Электроснабжения промышленных предприятий и городов

Специальность «Электроснабжение и энергосбережение»

Разработка мероприятий по энергосбережинию и повышению энергетической эффективности предприятия

Научный руководитель: доц., Чурсинова Аурика Александровна

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме Разработка мероприятий по энергосбережинию и повышению энергетической эффективности предприятия

Содержание

• Введение
• Виды энергосберегающих мероприятий
• Замена ламп освещения на светодиодные
• Частотно–регулируемый электропривод
• Конденсаторные установки (КУ)
• Фотоэлектрические системы
• Озеленение кровли
• Выводы
• Список источников

Введение

На сегодняшний день одним из видов затрат любого предприятия является оплата электроэнергии. Создание крупного автоматизированного машинного производства, сложных автоматизированных систем управления, внедрение электронных вычислительных машин на производстве, транспорте, в строительстве, в научно-исследовательских, конструкторских, плановых организациях невозможно осуществить без огромных затрат электроэнергии[2]. В связи с этим остро стоит вопрос энергосбережения и повышения энергоэффективности предприятия.

В настоящее время пути сбережения электроэнергии постоянно обновляются. Самым простым способом экономии всегда являлось назначение человека, ответственного за уменьшение расхода на освещение помещений, питание компьютеров в не рабочее время и др. Однако в наш век инноваций и прогресса есть более простые способы, о некоторых из них пойдет речь в данном реферате.

Виды энергосберегающих мероприятий

Энергосберегающие мероприятия можно разделить на те, которые не требуют значительных вмешательств в конструктивную часть здания и те, для реализации которых потребуется изменить электрическую или же строительную часть здания.

К первым относятся такие мероприятия, как замена ламп освещения на светодиодные, приводов на частотно регулируемые.

Ко вторым можно отнести добавление в электрическую схему питания предприятия конденсаторных установок, для компенсации реактивной мощности, установка фотоэлектрических систем, для самостоятельной выработки электроэнергии, а так же озеленение кровли, для увеличения срока службы покрытия крыши, улучшения показателей звукоизоляции, теплосбережения и увеличения КПД самих фотоэлектрических установок.

Замена ламп освещения на энергосберегающие

Сегодня существует четыре основных видов ламп освещения:

1. Традиционная лампа накаливания — в настоящее время одна из самых распространенных ламп. Состоящая из цоколя, стеклянной колбы и вольфрамовой нити. Нить накаливается и излучает свет. Именно на нагрев тратится 80% мощности данной лампы, и только 20% - на освещение.
2. Галогенная лампа – конструктивно похожа на лампу накаливания, свечение так же происходит из-за накала вольфрамовой нити, однако сама нить помещена в колбу с галогеновым газом, что позволяет существенно повысить светоотдачу и делать лампы небольшого размера. Из-за этой особенности лампы такого типа нашли широкое применение в автомобилях, а так же в небольших светильниках.
3. Люминесцентная лампа (энергосберегающая), - это газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создает ультрафиолетовое излучение, которое преобразовывается в видимый свет с помощью люминофора. Лампы такого типа начали активно использоваться с 2010 года, преимущественно в офисах, в виде трубчатых ламп. Энергоэффективность этих ламп примерно в 5 раз выше, чем у ламп накаливания.
4. Светодиодная лампа - с точки зрения эволюции источников света, наиболее современный и энергоэффективный тип ламп. Из названия видно, что в качестве источника света используются светодиоды. Конструктивно такие лампы сложнее, из-за чего цена на них в разы выше, чем на лампы накаливания. Однако окупаемость данного вида ламп не более двух лет, за счет того, что 95-98% мощности тратится на свет и только 2-5% на нагрев и менее значимые транзитные потери.

Сравнение по основным характеристикам было сведено в таблицу 1.

Таблица 1–Сравнения энергоэффективности разных типов ламп

Как видно, при одинаковой светоотдаче потребление ламп отличается в разы, так как меньше затраты на нагрев. Плюсом в плане энергоэффективности является продолжительный срок службы светодиодных ламп.

Частотно–регулируемый электропривод

На предприятиях, ввиду своих преимуществ , большинство электродвигателей представляют собой асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Регулировать скорость вращения ротором можно традиционными способами, такими как дросселирование с использовнаием заслонок или клапанов, применение муфт для регулировки момента, дискретное регулирование Вкл/Выкл.

Недостатком таких способов регулирования производительности является отсутствие прямого эффекта экономии энергии. Энергопотребление уменьшается, однако не настолько эффективно, как применение частотно-регулируемого электропривода.

Как видно из графика ниже, основная производительность системы – 70%. Если снизить скорость вращения двигателя, это приведет к значительной экономии энергии.

В целом, применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода в насосных и вентиляторных установках дает следующие преимущества:

1. экономия электроэнергии до 60%;
2. экономия транспортируемого продукта за счет снижения непроизводительных расходов до 25%;
3. снижение аварийности сети и снижение аварийности электрооборудования за счет устранения ударных пусковых токов;
4. снижение уровня шума, создаваемого технологическим оборудованием;
5. удобство автоматизации;
6. удобство и простота внедрения.

Конденсаторные установки (КУ)

Многие электроустановки наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей и являющихся бесполезной для потребителя. Реактивная составляющая снижает качество электроэнергии, приводит к дополнительным потерям и перегреву проводов, перегрузке подстанции, просадки напряжения в сети. Сейчас, вследствие внедрения современных устройств (освещение и реклама, кондиционирование, частотные преобразователи электроприводов и т.д.) прирост реактивной мощности превышает рост потребления активной мощности. Для снижения реактивной мощности применяют конденсаторные установки.

Преимуществом КУ являются:

1. малые потери (до 0,5 Вт на 1 кВар мощности);
2. простой монтаж и эксплуатация;
3. возможность подключения в любой точке электросети;
4. небольшие эксплуатационные затраты;
5. возможность компенсации практически любой реактивной мощности;
6. окупаемость до одного года.

Использование КУ поможет снизить оплату за потребленную реактивную мощность, из-за уменьшения реактивной мощности снизится и активная мощность, избежать глубоких просадок у удаленного потребителя, а так же, дальнейшем при реконструкции можно будет использовать кабель меньшего сечения.

При работе электродвигателей, компрессоров, насосов нагрузка имеет индуктивный характер, что приводит к отставанию тока от напряжения. В этом случае снижается коэффициент мощности, которую необходимо компенсировать емкостной нагрузкой. Для этого служат конденсаторные установки, в автоматическом режиме компенсирующие реактивную мощность и тем самым, снижающие общие потери потребителя. В частности, при повышении косинуса фи с 0.5 до 0.9 снижение общей потребляемой мощности составляет 44%.

Фотоэлектрические системы

Для промышленных предприятий крайне необходимо бесперебойное питание производственных процессов, так как большинство процессов построено на базе сложных контроллеров и систем автоматики. Для них обесточение на время запуска генератора крайне нежелательно, а зачастую – губительно.

Конечно решить вопрос бесперебойности можно с помощью генератора, однако затраты на топливо, огнезащитное помещение и не столь быстрый запуск заставляет промышленные предприятия устанавливать фотоэлектрические модули. Еще одним плюсом является «зеленый» тариф, который позволяет продавать излишек электроэнергии в сеть, что значительно уменьшит срок окупаемости солнечной батареи. К сожалению, есть ряд минусов, таких как уменьшение КПД при работе фотоэлемента на жаре, однако данный минус можно решить за счет другого энергосберегающего мероприятия, а именно озеленения кровли, о чем будет рассказано далее

Отдельно хотелось бы рассказать про сновные компоненты фотоэлектрических систем:

Солнечная батарея или фотоэлемент из которого собирается фотоэлектрический массив – это устройство для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию, включенные параллельно-последовательно. При этом генерируется постоянный ток. Пространственная ориентация и наклон панелей также, как и падающие на них тени от окружающих предметов, являются важными параметрами дизайна системы. Преобразование солнечного света в электричество происходит в фотоэлементах, изготовленных из полупроводникового материала, например, кремния, которые под воздействием солнечного света вырабатывают электрический ток. Соединяя фотоэлементы в модули или массивы, а те, в свою очередь, друг с другом, можно строить крупные фотоэлектрические станции. КПД фотоэлектрических установок в настоящее время составляет около 8-17%, однако отдельные фотоэлементы могут достигать эффективности 20% и более.

Современное производство фотоэлементов практически полностью основано на кремнии. Около 80% всех модулей производится с использованием поли- или монокристаллического кремния, а остальные 20% используют аморфный кремний. Кристаллические фотоэлементы - наиболее распространенные, обычно они имеют синий цвет с отблеском. Аморфные, или некристаллические - гладкие на вид и меняют цвет в зависимости от угла зрения. Монокристаллический кремний имеет наилучшую эффективность (около 14%), но он дороже, чем поликристаллический, эффективность которого в среднем составляет 11%. Аморфный кремний широко применяется в небольших приборах, таких как часы и калькуляторы, но его эффективность и долгосрочная стабильность значительно ниже, поэтому он редко применяется в силовых установках.

1. Солнечные элементы из монокристаллического кремния. Bмеют наибольшее КПД преобразования солнечной энергии: 14-17%. Срок их службы около 20 лет. Технология изготовления сверхчистого кремния «солнечного» качества, являющегося базовым материалом для монокристаллических фотоэлементов, хорошо освоена и отработана. Монокристалл кремния вырастает из семени, медленно вытягивающегося из кремниевого расплава. Полученные в результате стержни нарезаются на диски толщиной 0,2-0,4 мм. Затем диски подвергаются ряду производственных операций, которые превращают их в монокристаллические фотоэлементы. Основным недостатком монокристаллических фотоэлементов является их высокая стоимость, 50- 70% которой составляет цена самого кремния. Снижение мощности при затенении или сильной облачности - это еще один существенный минус этих фотоэлементов.
2. Солнечные элементы из поликристаллического кремния. Jбладают меньшей эффективностью в сравнении с монокристаллическими (КПД составляет 10-12 %) и имеют меньший ресурс – до 10 лет, но их стоимость меньше за счет меньшего расхода энергии при изготовлении. К тому же, мощность поликристаллических фотоэлементов зависит от затенения в меньшей степени, чем монокристаллических. Образование поликристаллического кремния происходит при медленном охлаждении кремниевого расплава. Меньшая эффективность объясняется наличием внутри кристалла поликристаллического кремния областей, отделенных своеобразными зернистыми границами, которые препятствуют более высокой производительности элементов.
3. Солнечные элементы из аморфного кремния. Eще менее эффективны, чем из кристаллического кремния - КПД их порядка 8%. Правда они менее долговечны. Низкое энергопотребление, простота производства и невысокая его стоимость, возможность производства больших по размерам элементов делает модули из аморфного кремния востребованными в самых широких сферах человеческой деятельности. Аморфный кремний достаточно широко применяется при производстве часов и калькуляторов, однако его нельзя применять для установок с высокой мощностью вследствие меньшей стабильности. Такие модули эффективны даже в условиях слабой освещенности и облачности и лучше защищены от агрессивного влияния внешних факторов. Фотоэлементы из аморфного кремния намного дешевле фотоэлементов из кристаллического кремния, поскольку слой кремния в них составляет всего 0,5-1,0 мкм. Сфера применения их гораздо шире, чем кристаллических.

Контроллер солнечного заряда. Преобразует поступающее от солнечных панелей напряжение в пригодное для заряда и содержания аккумуляторной батареи. Он защищает батарею от чрезмерной зарядки и глубокой разрядки. Если батарея полностью заряжена, регулятор снижает уровень тока, вырабатываемого солнечным модулем до величины, компенсирующей саморазряд. И наоборот, регулятор прерывает поставку энергии на потребляющие приборы, когда аккумулятор разряжается до критического уровня. Таким образом, внезапное прекращение энергоснабжения может быть вызвано не поломкой в системе, а результатом действия этого защитного механизма. Так же они оборудованы разнообразными индикаторами-светодиодами, а более продвинутые модели - LCD-дисплеями, которые отмечают состояние работы, режимы и поломки системы. В некоторых моделях отмечается уровень зарядки батареи, хотя его весьма трудно определить с точностью.

Аккумуляторная батарея – это один или множество параллельно-последовательно соединенных аккумуляторных блоков (элементов) для создания одной батареи с необходимым напряжением и емкостью. Основная его функция - накопление электрической энергии во время солнечного максимума для ее дальнейшего использования в ночное время и пасмурные дни. В качестве компонента домашней солнечной энергетической установки, аккумулятор выполняет три задачи: - покрывает пиковую нагрузку, которую не могут покрыть сами фотоэлектрические модули (резервный запас). - дает энергию в ночное время (кратковременное хранение). - компенсирует периоды плохой погоды или слишком высокого энергопотребления (среднесрочное хранение).

Наиболее доступные по цене и имеющиеся во всем мире - автомобильные аккумуляторы. Однако они предназначены для передачи большого тока в течение короткого промежутка времени. Они плохо выдерживают продолжительные циклы зарядки-разрядки, типичные для солнечных систем, а так же имеют достаточно высокий саморазряд. Промышленность выпускает разнообразные аккумуляторные батареи для систем резервного питания, в том числе т.н. солнечные аккумуляторы, которые отвечают данным требованиям. Их главная особенность - низкая чувствительность к работе в циклическом режиме и низкий саморазряд. Эффективность автомобильных батарей составляет около 75%, тогда как специализированные аккумуляторы имеют несколько лучшие показатели – 80…85%. Так же со временем теряется часть емкости аккумулятора при каждом цикле заряд-разряд, пока не снижается настолько, что его приходится заменять. Специализированные аккумуляторы для систем резервного питания служат значительно дольше, чем мощные автомобильные, срок службы которых составляет всего 2-3 года против 8-10.

Инвертор превращает постоянный ток низкого напряжения в стандартный переменный (220 В, 50 Гц). Инверторы бывают от 250 Вт до свыше 8000 Вт. Инверторы мощностью 3000 Вт и выше зачастую способны работать до нескольких шт. в параллельном подключении, увеличивая общую выходную мощность в соответствующее количество раз. Так же их можно объединять для построения 3-фазной сети. Электричество, вырабатываемое современными синусоидальными инверторами, отличается лучшим качеством, чем то, которое поступает к вам домой из местной энергосистемы. Существуют также модифицированные синусоидальные инверторы - они не так дороги, но при этом пригодны для большинства домашних задач. Они могут создавать небольшие помехи, шум в электронном оборудовании и телефонах. Инвертор также может служить буфером между домом и коммунальной энергосистемой, позволяя продавать избыток электроэнергии в общую электросеть.

Озеленение кровли

Существует два вида озеленения кровель. Это экстенсивное, которое требует проверки состояния 1-2 раза в год, является легковесным и небольшим по толщине, и интенсивное озеленение, которое требует регулярного ухода, в виде покоса травы, удобрения, полива, выпалывания, пропалки и т.д. Любой из видов благотворно повлияет на энергосбережение, ведь зеленые крыши улучшают микроклимат, увеличивают водоудержание, снижают энергозатраты, сокращают затраты на реконструкцию крыши, создают дополнительные пространства.[1]

Рассмотрим по порядку:

1. Зеленые крыши охлаждают и увлажняют воздух, что существенно снижает нагрузку на систему кондиционирования помещения.
2. Задерживают от 50 до 90% осадков и снижают пиковую нагрузку водостоков. Водостоки, трубы и дренажные отверстия можно изготавливать с меньшей пропускной способностью, тем самым сокращая расходы на строительство.
3. Зеленые крыши являются своего рода температурным буфером, что улучшает показатели расхода электроэнергии в здании.
4. Зеленая крыша защищает гидроизоляцию от воздействия температурных перепадов, ультрафиолетового облучения и механических повреждений. Это во много раз увеличивает срок службы гидроизоляции, что позволяет снизить расходы на ее обслуживание и ремонт.

Еще один немало важный фактор – зависимость эффективности работы солнечной панели от температуры окружающей среды. Температуры Стандартного Режима Испытания, с помощью которых фотоэлектрические модули были измерены, составляет 25 °С. Но на практике температура модулей значительно возрастает за счет солнечного излучения. Это усиливается горячей поверхностью крыши, например темной гидроизоляцией или крышей со слоем гравия, который легко может повысить температуру до 90 °С.

Компанией ZinCo были проведены исследования КПД солнечных панелей, в зависимости от температуры окружающей среды и поверхности, где данные панели установлены. Испытания включали в себя два модуля, установленных на “голых” битумных поверхностях, которые сравнивались с одним модулем, установленным на зеленом покрытии. В каждом случае внимание было сосредоточено на температуре в нижней панели.[1].

Смена эффективности модуля, связаная с температурой, продемонстрирована при помощи температурного коэффициента. Это зависит от продукта и доходит до 0,5% на градус Кельвина в стандартной панели солнечных батарей. Из-за того, что температурный коэффициент напряжения холостого хода значительно больше температурного коэффициента тока короткого замыкания, с ростом температуры падение напряжения больше чем увеличение силы тока. Поэтому мощность солнечной батареи, как произведение силы тока на напряжение, при увеличении температуры уменьшается, и батарея работает с меньшей эффективностью.[4]

Выводы

С ростом потребления электроэнергии из-за электрификации производства, повышаются затраты на электроэнергию, однако новые системы энергосбережения помогут сократить расходы при минимальном сроке окупаемости.

Список источников

1. ZinCo. Руководство по планированию. Солнечная энергия и зеленые кровли.
2. Веселовский О.Н., Шнейберг А.Я. Очерки по истории электротехники. [Электронный ресурс]. – режим доступа:http://www.electrolibrary.info/history/progress.htm.
3. Демин В. П., Коваленко В.И., Сахби Зантур. Энергосберегающие технологии в промыщленности
4. Йе Вин. Виссарионов В.И. Исследование влияния температуры характеристики фотоэлектрических преобразователей.//Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях: Москва, ВВЦ, 2012. — 486—488 с.
5. DIBT, Май -2012.
6. Официальный сайт ООО Чистая Энергия [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://sunalt.ru/.
7. Издательство СибАК [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://sibac.info .
8. Сравнение видов освещения [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://svetlix.ru/.
9. Портал магистров ДонНТУ [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://masters.donntu.ru/.