Лекція 11. Енергозбереження та способи економії електроенергії

1. Роль енергозбереження в сучасному суспільстві

1. Роль енергозбереження в сучасному суспільстві

 Енергозбереження - реалізація правових, організаційних, наукових, виробничих, технічних і економічних заходів, спрямованих на ефективне (раціональне) використання (і економне витрачання) паливно-енергетичних ресурсів та на залучення в господарський оборот поновлюваних джерел енергії. Енергозбереження - важливе завдання по збереженню природних ресурсів [6,9].

В даний час найбільш нагальним є побутове енергозбереження (енергозбереження в побуті), а також енергозбереження в сфері ЖКГ. Перешкодою до його здійснення є стримування зростання тарифів для населення на окремі види ресурсів (електроенергія, газ), відсутність коштів у підприємств ЖКГ на реалізацію енергозберігаючих програм, низька частка розрахунків за індивідуальними приладами обліку і застосування нормативів, а також відсутність масової побутової культури енергозбереження.

Економія електричної енергії.

Найбільш поширений спосіб економії електроенергії - оптимізація споживання електроенергії на освітлення. Ключовими заходами оптимізації споживання електроенергії на освітлення є:

- максимальне використання денного світла (підвищення прозорості та збільшення площі вікон, додаткові вікна);

- підвищення здатності, що відображає (білі стіни і стеля);

- оптимальне розміщення світлових джерел (місцеве освітлення, спрямоване освітлення);

- використання освітлювальних приладів тільки в разі потреби;

- підвищення світловіддачі існуючих джерел (заміна люстр, плафонів, видалення бруду з плафонів, застосування більш ефективних відбивачів);

- заміна ламп розжарювання на енергозберігаючі (люмінесцентні, компактні люмінесцентні, світлодіодні);

- застосування пристроїв управління освітленням (датчики руху і акустичні датчики, датчики освітленості, таймери, системи дистанційного керування);

- впровадження автоматизованої системи диспетчерського управління зовнішнім освітленням (АСДУ АЛЕ);

- установка інтелектуальних розподілених систем управління освітленням (що мінімізують витрати на електроенергію для даного об'єкта).

Електропривод.

Основними заходами є:

- оптимальний підбір потужності електродвигуна;

- використання частотно-регульованого приводу (ЧРП).

Електрообігрів і електроплити.

Основні заходи:

- підбір оптимальної потужності електрообігрівальних приладів;

- оптимальне розміщення пристроїв електрообігріву для зниження часу і необхідної потужності їх використання;

- підвищення теплообміну, в тому числі очищення від бруду поверхонь пристроїв електрообігріву і конфорок електроплит;

- місцевий (локальний) обігрів, в тому числі переносними масляними обігрівачами, спрямований обігрів рефлекторами;

- використання масляних обігрівачів з вентилятором для прискорення теплообміну в квартирі;

- використання пристроїв регулювання температури, в тому числі пристроїв автоматичного включення і відключення, зниження потужності в залежності від температури, тимчасових таймерів;

- використання теплових акумуляторів;

- заміна електрообігріву на обігрів з використанням теплових насосів;

- заміна електрообігріву на обігрів газом або підключення до централізованого опалення, у випадках, коли така заміна вигідна з урахуванням необхідних інвестицій;

- використання посуду з широким плоским дном.

Для холодильних установок і побутових холодильників основними способами зниження споживання електроенергії є:

- оптимальний підбір потужності холодильної установки;

- якісна ізоляція корпусу (стінок), двері холодильної установки, холодильника, прозора кришка в холодильнику для продуктів, з якісною ізоляцією;

- придбання сучасних енергозберігаючих холодильників;

- не допускати утворення криги, інею в холодильнику, вчасно розморожувати;

- не рекомендується поміщати в холодильну установку (холодильник) матеріали і продукти, що мають температуру вище температури навколишнього середовища - їх необхідно максимально охолодити на повітрі;

- проаналізувати можливість відмови від холодильника;

- якісне відведення тепла - не рекомендується ставити побутової холодильник до батареї або поруч з газовою плитою.

Для кондиціонерів:

- необхідно коректно підбирати потужність і місце установки кондиціонера, виходячи з обсягу приміщення, кількості і розташування чоловік, присутніх в приміщенні і ін. Характеристик;

- при кондиціонуванні вікна і двері повинні бути закриті - інакше кондиціонер буде охолоджувати вулицю або коридор;

- чистити фільтр, не допускати його сильного забруднення;

- необхідно налаштувати режим автоматичної підтримки оптимальної температури, що не охолоджуючи, по можливості, кімнату нижче 20-22 градусів;

- обміркувати ступінь необхідності установки і використання кондиціонерів, в тому числі і з архітектурної точки зору (кондиціонери висять на фасадах будинків);

- необхідно стежити за тим, щоб відключати кондиціонер на ніч.

Споживання побутових та інших пристроїв:

- при виборі нової аудіо-, відео-, комп'ютерної- і ін. Техніки віддавайте перевагу, за інших рівних характеристиках, влаштуванню з меншим енергоспоживанням, як в робочому режимі, так і в черговому режимі (більшість сучасних побутових пристроїв споживають електроенергію навіть у вимкненому стані , тому що не вимикаються повністю, а переводяться в «сплячий» режим);

- користуйтеся енергозберігаючим «сплячим» режимом, якщо він є в приладі або пристрої;

- замініть, по можливості, прилади, що мають в своєму складі трансформаторні блоки живлення, на аналогічні з імпульсними блоками живлення;

- Не можна лити повний чайник, якщо вам потрібен окріп всього для однієї чашки напою;

- не залишайте без необхідності включеними в мережу зарядний пристрій для мобільних приладів (дуже актуально через більшого обсягу таких приладів);

- намагайтеся уникати використання подовжувачів, а якщо це необхідно, то користуйтеся якісними удлинителями з проводом великого перерізу (при малому перетині провід починає грітися і електроенергія витрачається не на корисну роботу електроприладу, а на нагрів дроту подовжувача).

Для зниження втрат в мережі необхідно:

- використання енергозберігаючих пристроїв;

- збільшення значень номіналів провідників - проводів і кабелів;

- використання тільки проводів і кабелів з мідною жилою;

- відстеження несанкціонованих підключень.

Для зниження тепловтрат необхідно:

- використання теплозберігаючих матеріалів при будівництві та модернізації будівель;

- установка теплозберігаючих віконних конструкцій і дверей.

Підвищення ефективності систем теплопостачання.

Заходи щодо підвищення ефективності систем теплопостачання передбачають наступні напрямки оптимізації:

З боку джерела:

- підвищення ефективності джерел теплоти за рахунок зниження витрат на власні потреби;

- використання сучасного теплогенеруючого обладнання, такого як конденсаційні котли і теплові насоси;

- використання вузлів обліку теплової енергії;

- використання ко і три- генерації.

З боку теплових мереж:

- зниження теплових втрат в навколишнє середовище;

- оптимізація гідравлічних режимів теплових мереж;

- використання сучасних теплоізоляційних матеріалів;

- використання антивандальних покриттів при зовнішній прокладці теплових мереж;

- зниження витоків і несанкціонованих зливів теплоносія з трубопроводів.

З боку споживачів:

- зниження теплових втрат через зовнішні огороджувальні конструкції;

- використання вторинних енергоресурсів;

- використання систем місцевого регулювання опалювальних приладів для виключення Перетоплять;

- переклад будівель в режим нульового споживання теплоти на опалення. При цьому підтримка параметрів повітря в приміщенні повинна відбуватися за рахунок внутрішніх виділень теплоти і високих параметрів теплової ізоляції;

- використання вузлів обліку теплової енергії.

В цілому ж меню «технічних рішень» щодо модернізації систем теплопостачання дуже широке і далеко не обмежується вищевикладеним списком. Нижче наведено приклад переліку заходів з «Програми модернізації систем теплопостачання» комплексної програми розвитку і модернізації житлово-комунального комплексу цілого регіону, що включає 22 об’єкти муніципальної освіти; 126 міських і сільських поселень; більш ніж 200 окремих систем теплопостачання.

Основні заходи програми розбиті на шість укрупнених груп:

- проведення передпроектних обстежень об'єктів теплопостачання;

- будівництво нових котелень;

- модернізація і реконструкція котелень і ЦТП;

- модернізація і будівництво теплових мереж;

- впровадження ресурсозберігаючих технологій.

Для максимізації ефекту програми її реалізують в комплексі з модернізацією системи теплозахисту житлових і громадських будівель, вдосконаленням їх інженерних систем, заходами по утепленню квартир, оснащення їх приладами обліку та ефективної водорозбірної арматурою.

Економія води:

- встановлення приладів обліку споживання води;

- використання води, тільки коли це дійсно необхідно;

- установка зливних унітазних бачків, що мають вибір інтенсивності зливу води;

- установка автоматичних регуляторів витрати води, аераторів з регуляторами 6 л \ хв для крана і регуляторів 10л \ хв для душа.

Економія газу:

- підбір оптимальної потужності газового котла і насоса;

- утеплення приміщень, оптимальний підбір ефективних радіаторів опалення в приміщеннях, де використовується обігрів газовим котлом;

- використання на газових плитах посуду з широким плоским дном, що закривається кришкою, бажано прозорою, підігрів в чайнику тільки необхідної кількості води;

- перехід, по можливості, на максимально широке використання інших джерел тепла.

Ефективність і економічний розрахунок.

При реалізації заходів енергозбереження та підвищення енергоефективності розрізняють:

- початкові інвестиції (або збільшення, приріст інвестицій з-за вибору ефективнішого устаткування). Наприклад, заміна вікон в існуючому будинку на пластикові склопакети - інвестиції в енергозбереження, а відмова від установки звичайних світильників на користь світлодіодних в будинку, що будується - збільшення інвестицій в енергозбереження (в частці перевищення вартості світлодіодних світильників над звичайними);

- одноразові витрати на проведення енергоаудиту (енергообследованія);

- одноразові витрати на придбання та монтаж приладів обліку і систем автоматичного контролю, віддаленого зняття показань приладів обліку;

- поточні витрати на преміювання (заохочення) відповідальних за енергозбереження.

Як правило, ефекти від заходів енергозбереження розраховують:

- як вартість зекономлених енергоресурсів або частка вартості від споживаних енергоресурсів, в т.ч. на одиницю продукції;

- як кількість тонн умовного палива (т.у.п.) зекономлених енергоресурсів або частка від величини споживаних енергоресурсів в т.у.т .;

- в натуральному вираженні (кВт.год, Гкал і т.д.);

- як зниження частки енергоресурсів в ВВП у вартісному вираженні, або в натуральних одиницях (т.у.п., кВт.год).

Ефекти від заходів енергозбереження можна розділити на кілька груп:

- економічні ефекти у споживачів (зниження вартості придбаних енергоресурсів);

- ефекти підвищення конкурентоспроможності (зниження споживання енергоресурсів на одиницю виробленої продукції, енергоефективність виробленої продукції при її використанні);

- ефекти для електричної, теплової, газової мережі (зниження пікових навантажень призводить до зниження ризику аварій, підвищенню якості енергії, зниження втрат енергії, мінімізації інвестицій в розширення мережі, і, як наслідок, зниження мережевих тарифів);

- ринкові ефекти (наприклад, зниження споживання електроенергії, особливо в пікові години, призводить до зниження цін на енергію і потужність на оптовому ринку електроенергії - особливо важливим є зниження споживання електроенергії населенням на освітлення у вечірній піку);

- ефекти, пов'язані з особливостями регулювання (наприклад, зниження споживання електроенергії населенням зменшує навантаження перехресного субсидування на промисловість - в даний час в Росії населення платить за електроенергію нижче її собівартості, додаткове фінансове навантаження включається в тарифи для промисловості);

- екологічні ефекти (наприклад, зниження споживання електричної і теплової енергії в зимовий час призводить до розвантаження найбільш дорогих і "брудних" електростанцій і котелень, що працюють на мазуті і низькоякісному вугіллі);

- пов'язані ефекти (увага до проблем енергозбереження призводить до підвищення заклопотаності проблемами загальної ефективності системи - технології, організації, логістики на виробництві, системи взаємин, платежів і відповідальності в ЖКГ, відносини до домашнього бюджету у громадян).

2. Технологічна витрата потужності і енергії в електричних мережах

2. Технологічна витрата потужності і енергії в електричних мережах

Технологічні витрати енергії (Тре) обумовлений активним опором лінії, обмоток трансформаторів, інших пристроїв електричної мережі і явищем корони в високовольтних лініях, а також витратою електроенергії на власні потреби станцій і підстанцій, тобто Тре - це технічні втрати плюс витрата власні потреби станцій і підстанцій [6].

Технічні втрати - це навантажувальні втрати плюс втрати холостого ходу, плюс втрати, зумовлені погодними умовами.

Під терміном «комерційні» втрати розуміється частина відпущеної електроенергії, що має значення безоблікового споживання через розкрадання електроенергії або через несплату за спожиту електроенергію.

Технологічні витрати енергії повинен враховуватися при:

- розробці оптимального режиму енергосистеми і схем з'єднання електромережі;

- прогнозуванні техніко-економічних показників роботи енергосистеми;

- розробці схем розвитку електричних мереж енергосистеми і перспективних режимів;

- визначенні ефективності заходів по його зниженню в електричних мережах;

- визначенні нормативів Тре;

- розрахунку ставки (тарифу), що враховує оплату втрат при її передачі по різних електричних мереж.

Рішення задачі розрахунку і зниження технологічних витрат і прямих втрат енергії складається з наступних етапів:

1) Розрахунки сталих режимів електричних мереж і визначення величин і структури технологічних витрат енергії за елементами мережі.

2) Аналіз отриманих результатів розрахунків і виявлення елементів з найбільшими технологічними витратами енергії.

3) Аналіз звітних даних і балансу електроенергії для виявлення частки комерційних втрат.

4) Оцінка обсягу інвестицій для реалізації заходів щодо зниження технологічних витрат енергії і прямих втрат на даний перспективний період.

Складові балансу електроенергії [6].

Баланси електроенергії складаються для оцінки роботи окремих ієрархічних рівнів управління енергосистеми - по електростанціям, підстанцій, по фідерах електричних мереж, з мережних філіям і з мережевої компанії за звітно-часові інтервали: рік, квартал і місяць.

Баланс електроенергії на кожному ієрархічному рівні включає складові [6]:

де WГ - величина електроенергії, вироблена генераторами власних станцій;

WПО - величина електроенергії, яка відпускається власним споживачам за виставленими фінансових документів (корисний відпуск електроенергії);

WСН - електроенергія, витрачена на власні потреби електростанцій, підстанцій;

WХН - електроенергія, витрачена на господарські потреби електростанцій, підстанцій;

WПН - величина електроенергії, витрачена на виробничі потреби енергосистеми;

Wп - величина електроенергії, яка надходить з інших енергосистем;

Wо - величина електроенергії, передана в суміжні енергосистеми;

DWОТЧ - величина звітних втрат електроенергії (технічні втрати + комерційні втрати).

Відпустка в мережу Wос - різниця між кількістю електроенергії Wп, що надійшла в енергосистему по лініях електропередачі від електростанцій, блок-станцій, суміжних енергосистем і кількістю електроенергії, переданої за межі енергосистеми [6]:

Корисний відпуск WПО - кількість електроенергії, відпущеної власними споживачами і врахованої розрахунковими приладами обліку, встановленими на кордонах розділу електромереж між енергопостачальною організацією та споживачами.

Витрата електроенергії на власні потреби підстанцій (WСН) - споживання електроенергії приймачами, що забезпечують умови функціонування електростанцій та підстанцій в технологічному процесі вироблення, перетворення і розподілу електричної енергії. Це витрата електроенергії на електродвигуни механізмів, освітлення та опалення головних споруд.

Витрата електроенергії на господарські потреби енергосистем (WХН) - споживання електроенергії допоміжними та непромисловими підрозділами, що знаходяться на балансі електричних станцій і підприємств електричних мереж, необхідне для обслуговування основного виробництва теплової та електричної енергії на електростанціях, а також передачі і розподілу енергії. У номенклатуру господарських потреб енергосистем входить витрата електроенергії в електромережах на наступні об'єкти та види робіт: ремонтні, механічні, монтажні, налагоджувальні, масляні господарства, бази механізації, склади обладнання і матеріалів, службові приміщення і т.д.

Витрата електроенергії на виробничі потреби енергосистем (Wпр) - споживання електроенергії районними котельнями і електробейлернимі установками як складаються на самостійному балансі, так і на балансі електростанцій, а також на перекачку води гідроакумулюючими і перекачувальними установками.

Фактичні (звітні) втрати електроенергії (DWОТЧ) - різниця між електроенергією, що надійшла в мережу, і електроенергією, відпущеної з мережі, яка визначається за даними системи обліку електроенергії.

Абсолютна величина звітних втрат:

Відносна величина звітних втрат визначається як відношення абсолютних Тре до електроенергії, відпущеної в електромережу:

Облік потоків і витрати електроенергії в енергосистемі.

Для кількісної оцінки і контролю виробленої і спожитої енергії необхідний строгий облік, який складається з двох взаємодоповнюючих операцій - реєстрації та передачі інформації.

Розрізняють розрахунковий (комерційний) і технічний (контрольний) облік, а також головний облік електроенергії.

Розрахунковий (комерційний) облік електроенергії - облік виробленої, а також відпущеної електроенергії - для грошового розрахунку за неї. Лічильники, що встановлюються для цієї мети, називаються розрахунковими лічильниками.

Розрахунковий (комерційний) облік використовується для регулювання фінансових взаємовідносин між енергосистемою і споживачами. Введено різні системи тарифів за електроенергію для розрахунків:

- з побутовими споживачами;

- з суспільно-комунальними споживачами;

- з промисловими і прирівняними до них споживачами.

Завдання електропостачальних підприємств виробляти або купувати необхідне споживачам кількість енергії. Їх робота полягає в управлінні цією енергією і її доставку кожного споживача.

Фінансові ресурси електропостачальних підприємств складаються:

- з відпуску електроенергії в распредсетей - споживачам (Wос);

- з енергії, виставленої до оплати (WОПЛ);

- від реальної оплати рахунків-фактур, тобто від кількості енергії (WРОПЛ), яка дійсно оплачена.

Технічний (контрольний) облік електроенергії - облік для контролю витрат електроенергії усередині електростанцій, підстанцій, підприємств на технологічні потреби, а також для визначення і аналізу втрат електроенергії в електричних мережах всіх класів напруги.

Приладовим урахуванням величина технологічних витрат енергії в підрозділі електричної мережі визначається як різниця даних про надходження і відпуск енергії власним споживачам і в суміжні електричні мережі. Це безпосередньо пов'язано з контролем потоків енергії на входах і виходах підприємств електричних мереж.

Головний облік - облік кількості електроенергії, що надійшла і переданої в електромережі інших енергосистем, ділянок РЕМ, фідерів підстанцій. Прилади головного обліку встановлюються на межах поділу належності та експлуатаційної відповідальності власників електромереж.

Для організації точок головного обліку відділення електричних мереж в розрізі РЕМ попередньо складається перелік встановленого обладнання. При цьому вказують: найменування підстанції, найменування осередку, де встановлений облік, вимірювальний комплекс, коефіцієнт трансформатора струму і тип лічильника.

Згідно з існуючими правилами, система обліку повинна забезпечувати визначення кількості електроенергії:

- виробленої генераторами електростанцій;

- спожитої на власні та господарські потреби електростанцій та підстанцій;

- спожитої на виробничі потреби енергосистем;

- відпущеної споживачам по лініях, що відходять від шин електростанцій безпосередньо споживачам;

- переданої в інші енергосистеми або від них;

- надійшла в електричні мережі різних класів напруги;

- відпущеної споживачам з електричних мереж;

- переданої по транзитним лініях;

- переданої на експорт.

При сучасних масштабах недооблік хоча б одного відсотка спожитої електроенергії призводить до збитків. Найбільш поширені на практиці порушення і несправності обліку: пошкодження лічильників, порушення схем з'єднання лічильників, перегорання запобіжників трансформаторів напруги, згоряння вторинних обмоток трансформаторів напруги.

Для регулювання рівня технологічних витрат енергії в електричних мережах важливим показником є ​​напруга на шинах підстанцій. Якість електричної енергії має першорядне значення при розробці заходів щодо зниження технологічних витрат енергії. З цією метою енергоаудиторів необхідно оцінити основні показники якості електроенергії, досліджувати споживачі і джерела реактивної потужності, а також засоби і способи регулювання напруги.