Выравнивание графика нагрузки и применение многотарифных электросчетчиков – реальный путь экономии энергоресурсов - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Производство и ресурсы

Автор : К.Ю. Гура
14558
Выравнивание графика нагрузки и применение многотарифных электросчетчиков – реальный путь экономии энергоресурсов

В условиях продолжающегося глобального финансово-экономического кризиса весьма актуальной в общемировом масштабе является проблема ресурсо- и энергосбережения. К сожалению, на Украине до самого последнего времени решению этой проблемы не уделялось должного внимания на государственном уровне, не выделялись даже минимально необходимые для ее решения финансы и материальные ресурсы, вследствие чего народное хозяйство страны несло в прошлом и продолжает нести в настоящее время огромные материальные потери.

В этой статье из большого количества задач, относящихся к проблеме ресурсо- и энергосбережения, рассматривается только задача стимулирования электропотребления в часы суточной минимальной нагрузки энергосистемы путем привлечения регуляторов-потребителей и применения многотарифных электросчетчиков.

Режимы потребления электроэнергии и их обеспечение электросистемой

Потребление электроэнергии отдельными предприятиями, а также населением городов и сел в течение суток и в течение года, как известно, отличается крайней неравномерностью ввиду работы предприятий в одну, две или три смены с неодинаковой нагрузкой, изменения режима работы в летнее время, праздничные дни, а также в связи с изменением в течение года продолжительности светлой части суток, температуры воздуха и др. Значительную неравномерность в электропотребление вносят светильники, нагрузка которых резко возрастает зимой в утренние и вечерние часы и спадает днем и ночью, а также летом.

На рис.1 в качестве характерных примеров изменения электропотребления в течение суток приведены суточные графики нагрузки трех потребителей электроэнергии: электроподстанции с преимущественно осветительной нагрузкой (1); предприятия легкой промышленности, работающего в две смены (2); нефтеперерабатывающего завода с трехсменным режимом работы (3) [1]. Первые два графика, в отличие от третьего, ясно показывают резко неравномерный характер электропотребления в течение суток. Реальный график нагрузки отдельного региона (города, поселка и т.п.) определяется суммированием суточных графиков нагрузки всех электропотребителей данного региона и, как правило, является резко неравномерным.

Рис.1

Характерными величинами суточного графика являются такие нагрузки: максимальная Рmах, минимальная Рmin, средняя Рср, а также коэффициент неравномерности нагрузки Кнр = Рmin / Рmах. Годовые графики нагрузки (рис.2) принято строить по характерным суточным графикам для зимних, весенне-осенних и летних дней. При этом ординаты этих графиков располагают вдоль оси абсцисс от 0 до 8760 ч в порядке их значений. Абсцисса t1 такого графика, соответствующая ординате Р1, указывает время в часах, в течение которого нагрузка равна или превышает Р1. Площадь годового графика нагрузки соответствует (в определенном масштабе) количеству электроэнергии W, потребленной в течение года, а отношение W/Pmax = Tmax - продолжительности использования максимальной нагрузки, ч/год.

Рис.2

Рассмотрим теперь режимы работы электросистемы и ее участие в покрытии суточного графика нагрузки потребителей электроэнергии. Нагрузка электросистемы состоит из: нагрузок потребителей, подсоединенных к сетям системы; мощности собственных производственных нужд электростанций различного типа (ТЭС, ТЭЦ, АЭС, ГЭС, ГАЭС и др.); потерь электрической мощности в электросетях и из-за неравномерности электропотребления в целом также является неравномерной. Так, примерный суточный график нагрузки электросистемы (рис.3) для зимнего дня имеет два максимума и два минимума. Дневной максимум нагрузки приходится приблизительно на 8...11 часов по местному времени, а вечерний - приблизительно на 16...20 часов. Ночной минимум имеет место приблизительно от 0 до 6 часов и дневной - от 11 до 13 часов [1]. На рис.3 обозначено: Рнг и Рнг max - номинальная и максимальная мощность всех генерирующих агрегатов электростанций, принимающих участие в выработке электроэнергии.

Рис.3

Многолетний опыт эксплуатации электрогенерирующего оборудования электростанций показал, что покрытие базовой части суточного графика нагрузки наиболее экономично обеспечивать за счет: АЭС, работающих главным образом в базовой части графика нагрузки энергосистемы из-за затруднений регулирования их мощности; ТЭЦ, работающих максимально экономично тогда, когда их электрическая мощность соответствует тепловому потреблению; ГЭС, использование мощности которых не должно превышать возможности минимального пропуска воды, необходимого по санитарным требованиям и условиям судоходства. При этом покрытие пиковой части суточного графика нагрузки, как правило, обеспечивается за счет агрегатов ГЭС и ГАЭС (если их мощность достаточна), допускающих частые включения и отключения, а также быстрые изменения нагрузки.

Очевидно, что чем неравномернее график нагрузки электросистемы, тем большая мощность ГЭС и ГАЭС потребуется для обеспечения экономичной работы остальных генерирующих агрегатов электростанций без резкого снижения их нагрузки в ночные часы, а также в выходные и предпраздничные дни, или отключения части таких агрегатов в эти часы.

Покрытие пиковых нагрузок электросистемы генерирующими мощностями ТЭС

Для обеспечения наиболее экономичной работы электросистемы в пиковых частях суточного графика нагрузки необходимо иметь достаточные маневренные мощности, создание которых требует повышенных капиталовложений. Безусловно, для работы электросистемы при пиковой нагрузке больше всего подходят ГЭС и ГАЭС, поскольку рабочая мощность ГЭС легко изменяется в широких пределах - от минимальной в часы малой нагрузки электросистемы до максимальной в ее пиковые часы. Агрегаты ГАЭС в часы минимальной нагрузки успешно работают в насосном режиме, перекачивая воду из нижнего водохранилища в верхнее и увеличивая тем самым нагрузку ТЭС и АЭС, а в часы максимума нагрузки системы переходят на работу в турбинном режиме, разгружая ТЭС и АЭС от кратковременной пиковой нагрузки.

Однако мощностей ГЭС и ГАЭС на Украине недостаточно. Поэтому, из-за неравномерности режима электропотребления, а, следовательно, и производства электроэнергии, украинская электросистема вынуждена нести значительные дополнительные расходы. При этом для покрытия пиковых нагрузок используются отдельные энергоблоков ТЭС, имеющих достаточно высокие удельные расходы топлива, хотя такие блоки недостаточно маневренны: подготовка каждого из них к пуску, синхронизация и набор нагрузки требуют значительных затрат времени, составляющих не менее 6 часов [2, 3].

Анализ удельных расходов топлива на отпуск электроэнергии украинскими ТЭС по годам (с 1990-го по 2007-й) показывает [2], что, из-за отсутствия модернизации генерирующего оборудования и без комплексной оптимизации его использования, эти расходы непрерывно росли (с 346 г/кВт·час в 1990 году до 365 г/кВт·час в 1995-1997 годах). Впоследствии была достигнута отметка 375 г/кВт·час, которая с небольшими колебаниями сохраняется и в наше время. При этом наиболее высокие удельные расходы топлива, доходящие до 390-422 г/кВт·час, имеют место для энергоблоков мощностью до 200 МВт Приднепровской, Луганской, Старобешевской и Добротворской ТЭС, что объясняется низким качеством сжигаемого угля, физическим износом этих блоков, а также их непрерывным использованием для покрытия пиковых нагрузок энергосистемы. Все это ведет к ускоренному износу энергоблоков и ухудшению их эксплуатационных и экономических характеристик.

К тому же для обеспечения переменного режима работы энергоблоков ТЭС требуются значительные дополнительные расходы топлива на производство электроэнергии. Это наглядно видно из приведенных в табл.1 данных, характеризующих расходы топлива на плановые пуски энергоблоков мощностью 300 и 800 МВт Углегорской ТЭС, в зависимости от длительности их простоя [2].

Длительность простоя, ч

Расходы топлива на пуск, т

300 МВт

800 МВт

Холодное состояние

173,7

599,3

50-60

158,7

448,1

30-35

141,1

433,1

15-20

136,4

430,0

6-10

100,3

276,1

Из приведенных в табл.1 данных следует, что чем меньше длительность простоя энергоблоков, тем меньше расход топлива на пуск. Так, при уменьшении времени простоя блоков 300 и 800 МВт до 6-10 часов по сравнению с их пуском из холодного состояния расходы топлива уменьшаются соответственно на 42,35 и 54%.

Снижение расходов топлива на выработку электроэнергии путем выравнивание суточных графиков нагрузки с помощью мощных потребителей-регуляторов

Поскольку электросистема несет значительные дополнительные расходы, вызываемые неравномерностью режима электропотребления, а, следовательно, и производства электроэнергии, одним из весьма перспективных путей экономии топливно-энергетических ресурсов, расходуемых на выработку электроэнергии, является привлечение потребителей-регуляторов к выравниванию графика нагрузки энергосистемы (вместо использования дополнительных резервных маневренных мощностей, покрывающих пиковые нагрузки в случае резко неравномерных (не выровненных) суточных графиков нагрузки электропотребителей). Отличительная особенность потребителей-регуляторов заключается в том, что они снижают свои нагрузки в часы пиковых нагрузок энергосистемы и переносят их во внепиковые зоны.

Регулирование режима электропотребления с использованием потребителей-регуляторов в часы максимума нагрузки, как правило, проводится по такому плану:

  1. Определяется глубина регулирования так называемой 30-минутной мощности за дежурный квартал из графиков электрической нагрузки в прошлом году.
  2. Выявляются электропотребители, работающие в период максимума нагрузки энергосистемы, а также характер необходимости их участия в производственном процессе.
  3. Анализируются электропотребители по их экономической эффективности.
  4. Прогнозируется максимальная 30-минутная мощность электропотребителя на дежурный квартал.
  5. Рассчитывается максимальная 30-минутная мощность на дежурный квартал.
  6. Разрабатываются оптимальные планы-графики регулировочных мероприятий, внедрение которых способствует выравниванию графиков нагрузки и снижению потребления электрической мощности в период максимума нагрузки энергосистемы.

Особенно выгодными являются мощные потребители-регуляторы, принадлежащие к базовой нагрузке электросистемы. За счет привлечения в электроэнергетической системе Украины таких потребителей на период пиковых нагрузок, продолжающийся около 6 часов в сутки, можно отказаться от использования для покрытия пиковых нагрузок от 200 до 500 МВт генерирующих мощностей ТЭС с удельными расходами топлива, близкими к средним по ТЭС Минтопливэнерго Украины - 373 т.у.т/кВт·час. При этом ежемесячная экономия топлива составит ориентировочно 17000 т у.т., а годовая - 204000 т у.т., или около 0,7% общих годовых объемов потребления топлива. При стоимости 1 т у.т. около 150 USD (в докризисных ценах), лишь общая стоимость топлива, без учета других обязательных расходов, будет составлять приблизительно 30,6 млн. USD в год [2].

Для получения указанной выше экономии энергоресурсов электропотребители должны быть заинтересованы в регулировании (выравнивании) графика нагрузки путем снижения электропотребления в часы пиковых нагрузок энергосистемы и его переноса во внепиковые зоны, что достигается применением тарифов на электроэнергию, дифференцированных по зонам суток, и установкой у электропотребителей многотарифных электросчетчиков.

Общая информация о действующих на Украине тарифах на электроэнергию для населения и многотарифных электросчетчиках

На Украине в настоящее время действуют установленные Постановлением НКРЭ Украины №309 от 10.03.1999 года тарифы на электроэнергию, отпускаемую населению и населенным пунктам. Наименование категорий электропотребителей и установленные для них тарифы (с учетом НДС) приведены в табл.2.

Наименование категорий электропотребителей

Тариф, USD/кВтч

1.1. Население

0,03

1.2. Население, проживающее в сельской местности

0,0277

1.3. Население, проживающее в домах, оборудованных кухонными электроплитами, электроотопительными установками (в том числе в сельской местности)

0,0230

2.1. Населенные пункты

0,0291

2.2. Населенные пункты в сельской местности

0,0268

2.3. Населенные пункты с домами, оборудованными кухонными электроплитами, электроотопительными установками (в том числе в сельской местности)

0,0222

Все большей популярностью у населения Украины пользуются двух- и трехзонные тарифы на потребленную электроэнергию (табл.3), стимулирующие уменьшение электропотребления во время пиковых суточных нагрузок электросистемы и его перенос в зоны сниженного спроса, то есть в дневной и ночной провалы графика электрической нагрузки. Благодаря использованию таких тарифов и применению многотарифных электросчетчиков, имеющих класс точности не менее 1,0 или 2,0, экономия денежных средств на электроэнергию в быту может достигать в среднем 20...30%, что весьма существенно, особенно в условиях продолжающегося экономического кризиса. При этом максимальная экономия у потребителей достигается тогда, когда большая часть потребляемой электроэнергии приходится на зону низкого тарифа.

Стоимость электроэнергии (в % от полного тарифа) при:

Наименование тарифа

Двухзонный

Трехзонный

минимальной нагрузке энергосистемы (23.00...7.00)

70% тарифа

-

нагрузке энергосистемы в остальное время суток (7.00...23.00)

100% тарифа

-

ночной минимальной нагрузке энергосистемы (23.00...7,00)

-

40% тарифа

полупиковой нагрузке энергосистемы (7.00...8.00; 11.00...20.00; 22.00...23.00)

-

100% тарифа

максимальной суточной нагрузке энергосистемы (8.00... 11.00; 20.00...22.00)

-

150% тарифа

На уроне промышленности применение многотарифных электросчетчиков позволяет не только достичь существенной экономии энергоресурсов, но и организовать эффективный контроль электропотребления, даже не выходя из офиса при помощи подключенного к счетчикам персонального компьютера.

Украинские промышленные предприятия, такие как ООО «НИК-Электроника», «Телекарт-Прибор», СП ЗАО «Элвин», «АДД-Энергия» и др., изготовляют усовершенствованные конструкции одно- и многотарифных электросчетчиков как на основе индукционных, так и на основе электронных измерительных приборов. Все они удовлетворяют требованиям международных МЭК-521, МЭК-1036 и межгосударственных стандартов ГОСТ 6 570-96, ГОСТ 30 207-94. Так, выпускаемые отечественной промышленностью электросчетчики имеют межповерочные интервалы, соответствующие аналогичным показателям ведущих зарубежных фирм; у них предусмотрена повышенная защита от несанкционированного отбора электроэнергии (индикация неправильных подключений, обратного направления тока, заниженных и завышенных фазных напряжений), от воздействия постоянных и переменных магнитных полей, а также защита их от кражи. Предусмотрена также возможность применения таких счетчиков, имеющих расширенный диапазон температур (-40...+55ºС), в автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) промышленных и бытовых электропотребителей [4-6].

Общий вид нескольких новых конструкций многотарифных одно- и трехфазных электросчетчиков, выпускаемых украинскими предприятиями, показан на рис.4, где обозначены такие модели счетчиков:

а - однофазный многотарифный типа CTK1-10.K5Хl4Zt;
б - трехфазный многотарифный типа CTK3-10А1Н7Р.Ut (как и предыдущий производства ООО «Телекарт-Прибор», г. Одесса);
в - трехфазный многотарифный типа НIK 2303 (производства группы компаний «НIK», г. Киев) [4-6].

Рис.4

Область применения первых двух типов счетчиков - коммунально-бытовая сектор, АСКУЭ. Кроме того, трехфазные счетчики типа CTK3-10А1Н7Р.Ut применяются для управления включением/отключением нагрузки по наступлению (окончанию) времени действия тарифного интервала или запрограммированной временной зоны. Трехфазный счетчик типа НIK 2303 служит для измерения активной и реактивной электроэнергии, позволяя осуществлять программирование до четырех тарифов и 12 временных зон. Отличительная особенность счетчика - возможность длительного хранения большого количества величин, таких как: учет электроэнергии с нарастающим итогом по каждому тарифу и ее суммарного значения; фиксация и запоминание значений энергии по тарифам и суммарной: на конец суток - до 60 дней и на конец месяца - до 16 месяцев; хранение данных в энергонезависимой памяти - до 20 лет; запоминание событий - до 1024, в том числе: выключение/включение напряжения, занижение напряжения ниже порогового значения, превышение напряжения выше порогового значения, превышение лимита мощности и др.

Основные технические характеристики электросчетчиков, общий вид которых показан на рис.4, приведены в табл.4.

Наименование характеристики

Тип электросчетчика

CTK1-10.K5Хl4Zt

CTK3-10А1Н7Р.Ut

НIK 2303

Количество фаз

Однофазный

Трехфазный

Трехфазный

Тарифность

Многотарифный

Многотарифный

Многотарифный

Измеряемая электроэнергия

Активная

Активная

Активная и реактивная

Класс точности

1,0

1,0

1,0 - по активной
2,0 - по реактивной энергии

Номинальное напряжение, В 220 3x220 3x220/380, 3x100
Номинальная частота, Гц 50 50 50
Номинальная сила тока, А 5, 10 5 5
Максимальная сила тока, А 60,100 60 10, 60, 100, 120
Габаритные размеры, мм 188x130x85 170x330x70 173x303x83

Таким образом, высокий уровень общесистемной экономической эффективности электроэнергетической системы, выражающийся в количестве и стоимости сэкономленного топлива, может быть достигнут за счет привлечения электропотребителей к регулированию (выравниванию) суточного графика нагрузок во время дневного и ночного провалов нагрузки путем стимулирования сокращения их электропотребления во время пиковых суточных нагрузок электросистемы. Такое стимулирование достигается за счет использования двух- и трехзонных тарифов на потребленную электроэнергию и установки у электропотребителей многотарифных электросчетчиков. При этом достигается существенная экономия средств на поддержку в рабочем состоянии дополнительных резервных мощностей и отменяется (или откладывается на некоторый срок) необходимость построения новых дорогостоящих энергоблоков с высокими маневренными возможностями.

Литература

  1. Васильев А.А., Крючков И.П., Наяшкова Е.Ф. и др. Электрическая часть станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1990.
  2. Дрьомин В.П., Костенко Г.П., Згуровец О.В. Анализ расходов топлива блоками ТЭС и возможностей их экономии при регулировании электропотребления (на укр. яз.) // Проблемы общей энергетики. – 2008. – №17.
  3. Михайлов В.В., Поляков М.А. Потребление электрической энергии – надежность и режимы. – М.: Высшая школа, 1989.
  4. «Энергия-9». Однофазные многотарифные счетчики. Проспект ООО «Телекарт-Прибор».
  5. «Энергия-9». Трехфазные многотарифные счетчики. Проспект ООО «Телекарт-Прибор».
  6. Счетчики электрической энергии НIK 2303. Проспект группы компаний «НIK».
Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus