Значение полного энергоаудита объекта для снижения потерь электроэнергии

Анонс: Значение энергосбережения на объектах для текущего состояния экономики в стране. Учет потребления электроэнергии на объектах разного назначения. Влияние неравномерности нагрузки на потребление электроэнергии.

В текущих условиях восстановления экономики и даже без учета масштабных инвестиций в цифровую трансформацию электросетей объектов разного назначения и прав собственности, вопросы энергосбережения выходят в разряд прерогативных, и их проработка должна быть максимально тщательной для получения эффекта от проводимых организационно-технических мероприятий.

С момента принятия новой Энергетической стратегии России вырос интерес к углубленной проработке причин потерь энергии в силовых сетях низкого и низкого среднего напряжения, что подтверждает введение в действие целого пакета новых стандартов, в том числе ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, определяющих и нормы электромагнитной эмиссии гармоник, сверх- и интергармоник в сетях разного уровня напряжения, и ответственности сетевой организации и Абонента сети (см. этот материал). Вместе с тем, пока de facto остаются «за бортом»:

• положения IEEE 1459, формализующего параллелепипед мощности в сетях с высшими гармониками, базовые формулы расчета и терминологию;
• разработка правовых актов, регламентирующих проведение полного энергоаудита объекта для выявления реальных причин потерь энергии и способов их устранения для эффективности мероприятий по энергосбережению.

Многие производители технических средств компенсации реактивной мощности и локализации источников гармонических возмущений продолжают поставки своих продуктов по опросным листам или данным сторонних энергоаудитов, основанных на «одномоментных» замерах в сети и далеко не по всем параметрам качества электроэнергии, что по факту является техническим nonsense, не дает сколь значимого эффекта и зачастую просто ведет к «лишней» трате денег заказчика. Так, даже электрику с начальным уровнем подготовки известно, что потери мощности имеют минимальное значение в симметричных режимах при неизменной во времени нагрузке, а несимметрия и неравномерность нагрузки приводят к увеличению потерь. Однако на сегодняшний день большинство нагрузок - нелинейные (силовые электронные приборы типа источника бесперебойного питания, частотно-регулируемый привод, управляемые выпрямители, нагрузки, регулируемые тиристорами, флуоресцентное освещение с электронным балластом), генерируют высшие гармоники, вызывающие искажения кривых напряжения и тока, меняют характеристики энергии и требуют увеличения мощности системы на величину, которая повлекла эти искажения.

Учет потребления электроэнергии на объектах разного назначения.

Сегодня измерения осуществляются с помощью индукционных и электронных счетчиков киловатт-часов, а учет электроэнергии в основном базируется на методиках, в которых используется понятие активной, реактивной и полной мощности (энергия является интегралом по времени от мощности). Измерительные приборы обычно калибруют при чисто синусоидальном напряжении и, какследствие, у них увеличивается погрешность при наличиив силовой сети высших гармоник.

Величина и направление распространения гармоник напряжения и тока является важным фактором, поскольку знак погрешности определяется направлением гармоник. Погрешности измерений, вызванные высокими гармониками, сильно зависят от типа измерительной аппаратуры и обычные индукционные счетчики отражают завышенные значения на несколько процентов при наличии у потребителя источника искажения. Такие потребители оказываются автоматически оштрафованы за внесение искажений в сеть и это помимо реальной финансовой выгоды (прямой и косвенной) для предприятий при нивелировании гармоник.

В целом системы измерения, принятые для синусоидальных систем, не могут быть использованы для несинусоидальных режимов работы сети - нужны новые подходы измерения электроэнергии, оценки энергетических процессов, а алгоритмы должны учитывать несинусоидальность и несимметричность сигнало в системы как в течение периода времени, так и неравномерность нагрузки в течение одного периода, который может продолжаться несколько часов или суток.

Влияние неравномерности нагрузки на потребление электроэнергии.

Характер потребляемой активной А_P и реактивной энергии А_Q течение периода времени Т может быть различным для конкретной силовой сети, сегмента сети объекта и в целом зависит от типа и мощности нагрузки. Так, на рис. ниже слева показано равномерное потребление в однофазной сети при cosφ = 0.8, справа - характер неравномерного потребления активной и реактивной мощности импульсами тока при тех же значениях А_P и А_Q в том же интервале времени Т и при том же cosφ = 0.8.

Активная А_P и реактивная А_Q энергия на интервале расчета Т имеет вид А_P = P*T и А_Q = Q*T. Если потребление энергии происходит при постоянном значении тока I, а сопротивление сети равно 2R, то потериактивной энергии во временном периоде составят ΔA_P(I) = 2R*I²*T. Для ситуации справа потребление происходит при значениях тока нагрузки 2I в течение суммарного времени Т/2 и потери составят ΔAP = 2R*(2I)²*1/2*T = 4R*I²*T = 2ΔA_P(I), т.е. будут вдвое больше, хотя cosφ = 0,8 в обоих случаях имеет одинаковое значение.

Не менее значимым становится определение реальных (усредненных) значений токов, напряжений по основной и нефундаментальным частотам в интервалы пиковых нагрузок и «холостого хода» предприятия, что позволяет не только сэкономить средства установках компенсации реактивной мощности и фильтрах гармоник за счет снижения их мощности, но и исключить риски пере- или недокомпенсации. Т.е. энергоаудит объекта должен быть максимально полным с регистрацией и анализом параметров силовой сети в достаточно большом временном интервале, позволяющим смоделировать специфику нагрузки объекта в течение всего года (и более).