Електропостачання виробничого устаткування й освітлення

Рис. 3

 

Таблиця 1

Енергія	Вимірювана змінна	Енергоспоживання
Постійне навантаження	Змінне навантаження
Котельне паливо для опалення приміщень	Градусо-доба*	Гаряча вода	Опалення приміщень
Водопостачання для центрального опалення	Градусо-дни*	Гаряча вода	Опалення приміщень
Котельне паливо	Вироблена пару	Втрати котельні	Технологічна пара
Пара, що поставляє на завод	Заводська продукція	Втрати в розподільній мережі	Технологічна пара
Електроенергія, що поставляє на завод	Заводська продукція	Невиробниче електроспоживання Втрати в мережах	Виробниче електроспоживання

 

* - Градусо-доба - величина того, скільки потрібно енергії для опалення приміщень.

 

 

1. Перевірочний тест.

 

Метод перевірочного тесту заснований на спостереженні за зміною РІВНЯ енергоспоживання після вимикання приладів. У мережі, де кілька користувачів енергії підключені до одного лічильника, цей прийом використається для знаходження кількості енергії, використовуваної одним або групою споживачів.

Якщо трохи електроспоживанчів живляться від одного вимірюваного джерела, індивідуальне споживання енергії кожним зі споживачів може вимірятися шляхом включення й вимикання різних навантажень і наступним спостереженням за зміною величини енергоспоживання.

Розглянемо як перевірочний тест використається для виявлення величини енергоспоживання однієї із двох установок, приєднаних до одному електролічільника (мал. 4). У цьому прикладі МИТТЄВЕ споживання електроенергії розраховується шляхом визначення частоти обертів обертового диска в лічільнику.

Перевірочні тести також застосовні до інших типів лічильників, наприклад, до газовим і паровим. Хоча в таких лічильниках немає обертових дисків, частоту обертів яких можна виміряти, ми можемо простежити час, за яке переміститься стрілка лічильника. Таким чином, принцип залишається той же, хоча період зняття показань може протривати.

Для одержання точних результатів перевірочних тестів ми повинні бути впевнені в тім, що енергоспоживання тестуємого встаткування перебуває на нормальному рівні й не змінюється протягом періоду тестування, наприклад, автоматичними системами керування.

Рис. 4

Висновок

Установка 1, Середнє навантаження = 90 квт

Установка 2, Середнє навантаження = 30 квт

 

Інші приклади використання перевірочних тестів:

 

Електропостачання виробничого устаткування й освітлення

Коли виробничий процес зупиняється (наприклад, під час обіду або наприкінці робочого дня), освітлення на кілька хвилин залишається включеним. За умови, що виключено все устаткування виробничого приміщення, прив'язане до одного лічильника, ви зможете точно визначити кількість електроенергії, споживаної освітленням.

Стиснене повітря

Коли виробничий процес зупиняється й немає потреби в стисненому повітрі (наприклад, у випадку застосування пневматичних систем керування) залишіть повітряні компресори включеними. Споживана компресорами енергія вкаже на розмір втрат стисненого повітря. Якщо включення/вимикання компресорів контролюється, вам належить виміряти час завантаженості/незавантаженості компресорів, щоб оцінити рівень втрат повітря й кількість спожитої електроенергії.

 

Перевірочні тести звичайно найбільш ефективні при включенні всього устаткування й відключенні потім різних навантажень у різні інтервали часу. Дана система не завжди спрацьовує у зворотному напрямку, тому що деякі енергоспоживачі (а саме, флюорісцентні лампи, двигуни, системи стисненого повітря) споживають більше енергії при включенні, ніж у період операційного процесу.

 

Перевірочні тести застосовні винятково відносно устаткування, що споживає протягом тестування постійну кількість енергії. Наприклад, автоматичне включення й відключення устаткування в період тестування (холодильники) може дати помилковий результат.

 

1. Оцінка споживання енергоресурсів.

 

Якщо вимірювання енергії й енергопотоков лічильниками неможливо, варто оцінювати споживання енергії, ґрунтуючись на показаннях і режимі роботи наявного встаткування. На практиці, через обмеженість ресурсів і часу, це один із самих популярних методів розрахунку енергоспоживання. Суть цього методу відбита на мал. 5. З малюнка видно, що СЕРЕДНІЙ рівень енергоспоживання розраховується шляхом множення НОМІНАЛЬНОЇ ПОТУЖНОСТІ встаткування на КОЕФІЦІЄНТ ЗАВАНТАЖЕННЯ.Інформацію з номінальної потужності встаткування можна одержати з декількох джерел: по маркуванню встаткування або з інструкції для експлуатації, хоча іноді необхідно враховувати минулий досвід роботи й використану потужність аналогічного встаткування. Коефіцієнт середнього завантаження іноді вказується в інструкціях і опублікованих дослідженнях. Однак енергоаудитору часто прийде самостійно оцінювати значення завантаження протягом періоду експлуатації.

Потім, для знаходження величини споживання енергії в рік отримана величина множиться на ЧАС ВИКОРИСТАННЯ УСТАТКУВАННЯ ЗА РІК. Ця інформація може бути отримана з даних по аналогічним установок. Опитування операторів - також гарне джерело для уточнення часу роботи, однак оператори часто не впевнені в тім, як часто використається деяке встаткування. Тому ми повинні розрізняти бездіяльне обладнання й устаткування, що функціонує в нормальних умовах. Розраховуючи час використання обладнання за рік, необхідно враховувати простої обладнання у зв'язку з поточним ремонтом, запланованим і незапланованим.

Перевага даного методу полягає в тім, що для розрахунків не потрібно спеціальних інструментів, а недоліком є те, що метод заснований на певних припущеннях і допущеннях.

 

Через необхідність робити допущення даний метод є надійним у тому випадку, якщо добре відомі деталі експлуатації встаткування. Наприклад, якщо ми знаємо кількість і потужність ламп, що висвітлюють паркування машин, а також нам відомо, скільки часу в році ці лампи включені, описуваний метод розрахунку буде досить точний. Для більше складного встаткування, що автоматично міняє потужність протягом технологічного процесу, розрахунок енергоспоживання набагато складніше. У таких випадках можуть допомогти виміру, виконані на встаткуванні при його тестуванні. Крім того, можна використати дані, опубліковані інститутами енергетичних досліджень. Дуже часто буває важко розрахувати точна кількість годин споживання енергії встаткуванням. У подібних ситуаціях опитуються оператори й вивчаються журнали включення й відключення обладнання. Крім того, якщо робота встаткування контролюється автоматично (а саме, вимикачем з годинним механізмом), це теж забезпечить нас необхідною інформацією.

Щоб успішно використати в енергоаудиті розраховане споживання, аудитор повинен уміти застосовувати правильні коефіцієнти використання обладнання й проводити перехресну перевірку результатів, порівнюючи їх з відомими нормами й загальним споживанням енергії (див. мал. 1)

Розглянемо приклади оцінки споживання енергоресурсів під час вивчення наступної теми.

 

 

1. Нормування паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР) на залізницях України. Загальні визначення.

Норма витрати електроенергії (витрата по нормі) - це економічно обґрунтована витрата електроенергії на виконання фактичного обсягу роботи, випуску продукції, надання послуг за визначений період на основні фактичного обсягу цієї роботи та встановлених питомих норм.

Норми питомої витрати – це затверджений уповноваженим на те Кабінетом Міністрів України органом виконавчої влади показник їх використання на одиницю виробленої продукції, виконаних робіт, наданих послуг встановленої якості, орієнтований на прогресивне виробництво.

Планова норма витрат електроенергії - це економічно обґрунтований обсяг електроенергії на визначений період, необхідний для виконання установленого планом обсягу робіт та затверджених (встановлених) норм питомої витрати електроенергії.

Норми витрати електроенергії служать для планування споживання енергоресурсів та оцінки ефективності їх використання. Виконання установлених норм витрати є обов’язковою умовою при визначенні матеріального заохочення за економію енергоресурсів.

Норми питомих витрат електроенергії повинні:

– розроблятися на всіх рівнях планування за номенклатурою про­дукції та видів робіт;

– враховувати умови виробництва, досягнення науково-технічного прогресу, планів організаційно-технічних заходів, які передбачають ра­ціональне та ефективне використання електричної енергії;

– систематично переглядатись з урахуванням плану розвитку та технічного прогресу виробництва, досягнутих найбільш економічних показників використання електричної енергії;

– сприяти максимальній мобілізації внутрішніх резервів економії електричної енергії, виконанню виробничих завдань і досягненню висо­ких економічних показників виробництва.

 

1. Класифікація норм питомих витрат ПЕР.

Норми питомих витрат електроенергії в виробництві поділяються:

- за ступенем агрегації – на індивідуальні та групові;

- за складом витрат – на технологічні та загальновиробничі;

- за періодом дії – на річні та квартальні (на підприємстві можуть установлюватися помісячні норми).

Норми питомих витрат ПЕР класифікуються за такими основними оцінками:

За ступенем агрегації - на індивідуальні та групові норми:

Індивідуальною називається норма питомої витрати одного чи
декількох видів ПЕР на одиницю однойменної продукції, яка визначається для окремих агрегатів, установок, машин, технологічних процесів у конкретних умовах виробництва.

Груповою називається норма питомої витрати одного чи
декількох видів ПЕР, яка визначається на одиницю однойменної продукції для різних рівнів управління суспільним виробництвом (дільниця, цех, виробництво, підприємство, об'єднання, галузь).

За складом витрат ПЕР - на технологічні та загальновиробничі:

Технологічною називається норма питомої витрати одного чи
декількох видів ПЕР, яка враховує їх виробниче споживання та технічно
неминучі втрати, пов'язані тільки із здійсненням основних та допоміжних
технологічних процесів виробництва продукції даного виду.

Загальновиробничою називається норма питомої витрати одного
чи декількох видів ПЕР, яка враховує їх виробниче споживання та втрат у
основних та допоміжних технологічних процесах також їх витрати на допоміжні потреби (освітлення, опалення, вентиляція тощо), пов'язані з виробництвом продукції.

В залежності від того, на яку продукцію воші встановлюються та які витрати та втрати ПЕР на допоміжні потреби виробництва враховують -цеху (дільниці, служби) чи підприємства в цілому, загально виробничі питомі норми поділяються на цехові та заводські.

За періодом дії - на річні та квартальні (місячні);

За сферою дії - на міжгалузеві (загальновиробничого характеру), галузеві та регіональні: вони встановлюють нормі питомих витрат для технологічних процесів та пристроїв широкого застосування (котлів, освітлення тощо).

Залежно від рівня управління можуть розглядатись норми, орієнтовані
на види продукції, на яку вони встановлюються, - диференційовані та укрупнені.

Диференційованою називається норма питомої витрати одного чи
декількох видів ПЕР, яка визначається для окремого виду (сорту, типорозміру) виробленої продукції.

Укрупненою називається норма питомої витрати одного чи
декількох видів ПЕР, що встановлюється як усереднена величина для груп
виробленої продукції одного виду, але різних сортів (типорозмірів), або для
груп виробленої продукції, виконаних робіт, наданих послуг різного виду.

 

1. Методи розробки норм питомих витрат ПЕР.

 

 

Норми витрат ПЕР можуть бути визначені за допомогою таких
методів:

- розрахунково-аналітичного;

- експериментального (дослідного);

- розрахунково-статистичного;

- комбінованого.

Розрахунково-аналітичний метод передбачає визначення норм
питомих витрат ПЕР шляхом обчислення виробничого споживання їх за
статтями витрат на основі прогресивних показників використання у
виробництві, а також запланованих заходів з економії ПЕР.

Експериментальний (дослідний) метод полягає у визначенні норм
на підставі даних, одержаних в результаті випробувань технологічного та
енергетичного обладнання (експериментальних вимірювань) з урахуванням
запланованих заходів з економії ПЕР. Цей метод доцільно застосовувати для
визначення окремих статей витрат до п.5.2.1.

Випробування повинні бути повними, тобто одночасно охоплювати як основне обладнання, так і допоміжні механізми, режими роботи яких повинні відповідати оптимальним, а параметри підведеної енергії - нормативним. При цьому технологічну процес повинен проводитись згідно з відповідними технологічними інструкціями (регламентами) та режимними картами.

Розрахунково-статистичний метод полягає у визначенні питомих норм на основі використання статистичних даних про фактичні витрати ПЕР та про значення чинників, що впливають на величину їх питомих витрат у виробництві, з урахуванням прогресивних показників ефективності використання ПЕР, досягнутих на подібних виробництвах, а також запланованих заходів з економії ПЕР.

Комбінований метод поєднує у собі експериментальний (дослідний) та розрахунково-аналітичний методи визначення норм питомих витрат ПЕР.

Технічно обґрунтовані індивідуальні норми витрат ПЕР
встановлюються розрахунково-аналітичним або комбінованим методами.

Групові норми питомих витрат ПЕР визначаються, як правило
розрахунково-аналітичним методом, як середньо зважені показники на підставі індивідуальних норм і відповідних обсягів виробництва однойменної продукції та рохрахунково-статистичним методом.

В окремих випадках групові норми витрат ПЕР можуть встановлюватись на плановий період (рік, квартал та ін.), виходячи з відповідних фактичних питомих витрат ПЕР, а також запланованих заходів з їх економії.

Основним методом розробки норм питомої витрати електричної енергії є розрахунково-аналітичний метод. Він передбачає визначення норм витрати електричної енергії розрахунковим методом по статтях витрати на основі прогресивних показників використання цих ресурсів у виробництві.

В основу Методичних вказівок щодо визначення норм витрати електроенергії для стаціонарних споживачів залізниць покла­дені:

– єдині для всіх залізниць України технічно обґрунтовані вихідні величини та поправочні коефіцієнти, які враховують місцеві умови роботи об'єктів залізниць;

– норми витрати електроенергії для стаціонарних споживачів Укр­залізниці, базою для одержання яких є норми витрати електроенергії всіх залізниць;

– єдиний основний показник нормування, установлений для кожної залізниці та Укрзалізниці в цілому, стосовно якого визначають норму питомої витрати електроенергії - це одиниця перевізної роботи (10⁴ ткм брутто).

До норми питомої витрати електроенергії на основний показник норму­вання для окремої залізниці та Укрзалізниці в цілому (загально-виробнича норма) входить витрата електроенергії на основні та допо­міжні технологічні процеси; на допоміжні потреби виробництва (загально-виробничі цехові та деповські потреби, на освітлення, вен­тиляцію, опалювання та інше), а також технічно неминучі втрати енер­гії.

 

1. Ефективність використання електроенергії в стаціонарних господарствах України.

 

Ефективність використання електроенергії в стаціонарних
господарствах Укрзалізниці, порівняно з нормою року, який розглядається, оцінюється її економією (-) або перевитратою (+) у відсотках і визначається за формулою

де - витрата електроенергії за нормою (витрата по нормі) стаціонарними спожива­чами всіх залізниць, кВт · г;

- фактичні загальні витрати електроенергії всіма стаціонар­ними споживачами всіх залізниць, кВт · г;

- витрати електроенергії всіма залізницями для сторонніх організацій (послуги на сторону), кВт · г;

- витрати електроенергії споживачами всіх залізниць, які не входять до системи залізничного транспорту, кВт · г.

Зниження (-) або збільшення (+) фактичної питомої витрати електро­енергії, порівняно з попереднім або базисним роком, визначають за фор­мулою з урахуванням змін ступеня технічної оснащеності стаціонар­ного господарства залізниць:

де та - питомі витрати електроенергії для стаціонарних споживачів залізниць за попередній або базисний рік і рік, що розглядається, кВт · г/10⁴ ткм брутто;

та - коефіцієнти, які враховують вплив рівня техніч­ної оснащеності стаціонарного господарства заліз­ниці на зміну питомої витрати електроенергії від­повідно в попередньому чи базисному році та році, який розглядається.

Порядок розробки, затвердження, контролю і звітності про виконання норм витрати електроенергії стаціонарними споживачами залізничного транспорту здійснюється відповідно до діючих інструк­цій з нормування електроенергії і звітності.

 

1. Визначення витрат електроенергії за нормою для стаціонарних споживачів залізниць України.

 

Загальна кількість електроенергії, що переробляється пристроями електропостачання залізниць містить у собі:

-електроенергію, що витрачається на тягу поїздів;

-електроенергію, що відпускається стороннім споживачам (не пов'язаним із залізничним транспортом);

-електроенергію, що споживається стаціонарними об'єктами залізничного транспорту;

-електроенергію, що витрачається на надання послуг стороннім організаціям.

Електроспоживання стаціонарних об'єктів містить у собі електроенергію на експлуатаційні потреби залізниць. До витрат електричної енергії на експлуатаційні потреби залізниць входять витрати електроенергії на основні й допоміжні технологічні процеси, а також допоміжні потреби виробництва (загальвиробниче цехове й деповське споживання на освітлення, вентиляцію, опалення й ін.), а також технологічні втрати енергії в електромережах. Сумарні витрати електроенергії на експлуатацію залізниць являють собою загальне електроспоживання по мережі залізниць на основну роботу. Витрати електроенергії на експлуатаційні потреби в цілому по мережі залізниць визначають за формулою, кВт∙г

де - норма питомої витрати електроенергії для стаціонарних споживачів на основну роботу залізниць, кВт ∙ г/10⁴ ткм брутто;

- річний обсяг основної роботи залізниць, 10⁴ ткм брутто;

- кількість залізниць;

- витрата електроенергії за нормою для стаціонарних спо­живачів на основну роботу і -ї залізниці, кВт ∙ г/рік.

Норма питомої витрати енергії для стаціонарних споживачів на основну роботу всіх залізниць, кВт ∙ г/10⁴ ткм брутто,

де - коефіцієнт, який враховує вплив технічної оснащеності залізниць на питому витрату електроенергії;

- коефіцієнт сезонності (для загальнорічної норми = 1,0).

Значення цього коефіцієнта залежить від місяця, на який планується витрата електроенергії. Для залізниць України значення можна прийняти з табл. 2.1.

Таблиця 8.1

Значення коефіцієнта сезонності

Місяць	січень	лютий	березень	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень	листопад	грудень
	1,42	1,38	1,28	0,96	0,72	0,64	0,64	0,66	0,70	0,91	1,23	1,46

Коефіцієнт визначається за емпіричною формулою

де та - відповідно середня електрооснащеність праці,

кВт.г/люд.·г, і питомі затрати праці, чол.-г/10⁴ ткм брут­то,

для залізниць при рівні технічної оснащеності, який

розглядається.

Середня електрооснащеність праці залізниць при рівні технічної оснащеності, який розглядається, кВт ∙ г/люд.·г,

де - кількість працівників, зайнятих основною виробничою діяльністю залізниць, без урахування працівників локо­мотивних бригад, провідників, лікувальних та санітарно-лікарських установ, навчальних закладів, загальноосвітніх шкіл, дитячих зак­ладів і підприємств, які відносяться до інших виробничих споживачів та інших видів продукції і робіт (див. дода­ток);

- кількість робочих годин на рік, г.

Питомі затрати праці залізниць при рівні технічної оснащеності, який розглядається, чол.-г/10⁴ ткм брутто,

 

 

1. Енергозабезпечення перевізного процесу на електрифікованих залізницях.

 

Визнаючи всі переваги електричної тяги в порівнянні з тепловозної, питання подальшої порівняльної пріоритетності цих видів тяги не можна розглядати у відриві від загальної оцінки ситуації в цілому по країні з енергоносіями, використовуваними кожним з них, переваги розподілу енергоносіїв по споживачах, включаючи, природно, і залізничний транспорт. На частку залізничного транспорту доводиться близько 7 % виробленої в країні електроенергії й 3-4 % дизельного палива. У порівнянні з іншими галузями він є досить потужним споживачем, забезпечення його енергією повинне бути предметом державної турботи, тому що економіка країни багато в чому залежить від стійкого функціонування залізничного транспорту.

По даним компетентних світових енергетичних органів (МЭК, конгресів, конференцій), у світі є наступні розвідані запаси енергетичних носіїв: нафти - на 40 - 50 років, газу - на 50 - 60 років, вугілля - на 200 - 400 років. Росія володіє в цей час 13 % світових запасів нафти, 40 % газу й 30 % вугілля. Варто врахувати, що Росія експортує близько 60 % нефти, що добуває, а сам видобуток нафти за останні 10 років знизився майже вдвічі (з 516 до 307 млн. т) і практично відповідно до «Енергетичної стратегії Росії на період до 2020 р.» не буде зростати надалі. У зв'язку із цим дефіцит всіх видів рідкого палива для внутрішніх споживачів Росії (залізничний і автомобільний транспорт, авіація) почне відчуватися, на думку світових і вітчизняних експертів, уже з 2005 р. У конкурентному середовищі це неминуче спричинить підвищення тарифів на дизельне паливо.

Програма «Енергетична стратегія Росії...» орієнтована найбільшою мірою на зростаючу роль електроенергетики, що прямо не залежить від виду первинного енергоносія. Очікується переорієнтація теплових електростанцій країни, що виробляють у цей час 67 % електроенергії, з газу в основному на найменш дефіцитний і найбільш дешевий енергоносій — вугілля. Викладені обставини, безперечно, необхідно враховувати при визначенні пріоритетності видів тяги, віддаючи перевагу подальшої електрифікації залізниць.

Для порівняння в Україні – ТЕЦ-49,3%, АЕС-45%, ГЕС-6%

Очевидно, млява поточна «газифікація» тепловозів повинна бути прискорена у зв'язку із тривожною ситуацією, що зложилася з перспективою виробництва дизельного палива. По цій же причині необхідно прискорити, наприклад, перехід від маневрових тепловозів (15 % мережного споживання дизельного палива) до маневрових електровозів, можливо, обладнаним акумуляторами й накопичувачами енергії.

 

 

1. Оцінка енергетичної й економічної ефективності видів тяги

 

Під енергетичною ефективністю тяги варто розуміти забезпечення заданого обсягу перевезень при мінімальній питомій витраті енергоносіїв, під економічної - те ж при мінімальній питомій вартості перевезень. Найкращою ситуацією є збіг (тобто мінімізація) того й іншого показника для обраних технічних засобів тяги поїздів.

Залізничний транспорт поки що використає для тяги електроенергію й дизельне паливо. Первинними джерелами енергоресурсу для них є органічні корисні копалини — вугілля, нафта, газ, уранова руда й гідроресурси. Починаючи з видобутку первинний енергоносій, перш ніж потрапити до кінцевого споживача, наприклад залізниці, перетерплює кілька стадій переробки й транспортування (мал.). На кожній з них відбувається часткова втрата енергоносія (тобто зниження ККД), що виражається в додаванні до первісної вартості енергоносія витрат на операції транспортування й переробки.

Рис.2. Схема потокоутворення енергоносіїв для тяги поїздів по видах джерел енергоресурсу.

I-видобуток, II-збагачення й переробка, III-перетворення в електроенергію, IV- - транспортування (подача), ТП- тягова підстанція, ТС- тягова мережа

 

 

У результаті формується інтегральний ККД використання енергоресурсів для всього ланцюга проходження енергоносія від видобутку до споживача (мал. 2):

,

де - ККД відповідно доставки сирого енергопродукту, його збагачення й переробки, доставки переробленого продукту, переробки первинного енергоносія, доставки його після переробки до споживача — залізниці, доставки до локомотива, переробки енергоносія в механічну енергію.

Вартість енергоносія на вході в споживача, або, інакше кажучи, тариф на енергоносій, визначається (мал. 3) як

 

ККД використання енергоносія на залізничному транспорті для різних видів тяги визначається в такий спосіб:

електрична тяга - ;

тепловозна тяга -

 

Рис.3. Схема формування енергетичної складової собівартості перевезень С_п

 

У численних закордонних публікаціях по даному питанню приводяться наступні діапазони значень ККД для порівнюваних видів тяги: = 0,8-0,9 і = 0,25-0,35. Дані по інтегральному ККД у закордонних матеріалах практично відсутні.

Вітчизняні фахівці, особливо в період вибору видів тяги (50 - 60-і роки), часто порівнювали інтегральні значення ККД для електротяги із ККД власно тепловоза ,не з огляду на всі попередні стадії проходження дизельного палива, і робили висновки іноді не на користь електрифікації залізниць.

У цей час у силу багатоваріантності реалізації проходження енергоносія й важкоприступності одержання реальних значень і внаслідок непрозорості формування цін на енергоносії в ринкових умовах визначити достовірні значення інтегральних ККД для різних видів тяги дуже складно. Однак, наприклад, в 1990 р. МПС були опубліковані наступні значення інтегральних коефіцієнтів корисного використання енергоресурсів: = 0,3 і = 0,17.

У минулому в умовах планової економіки для найбільш доцільного державного регулювання споживання енергоресурсів важливо було знати інтегральний ККД їхнього використання різними споживачами народного господарства. У сучасних умовах ринкової економіки визначальної стає підсумкова вартість Сп енергоносія на вході технологічного процесу одержання продукції (у нашому випадку — перевезення вантажів і пасажирів). Значення Сп визначається вартістю енергоносія Рє, що стягує із залізниці, і економічністю його використань у різних варіантах реалізації тяги. При цьому зручніше оперувати не ККД, а питомими витратами енергоносія на одиницю продукції (у нашому випадку на 1 т·км) відповідно для електричної и тепловозної тяги, виражені в килограмах умовного палива (кг), що витрачається на 10⁴ т·км брутто.

У закордонній практиці техніко-економічних оцінок використається саме такий підхід. Значення ККД важливі при зіставленні варіантів технічних засобів одного типу (електровозів або тепловозів різних серій і т.д.). Побічно ККД, природно, бере участь і в питомій витраті умовного палива, оскільки характеризує економічність його використання.

Проведемо зіставлення електричної й тепловозної тяги з обліком викладеного. По стану, наприклад, на початок 2000 р. для вантажного руху питомі витрати умовного палива становили р_э = 28,45 кг/10⁴ т-км брутто й р_т = 44,4 кг/10⁴ т·км брутто. ККД систе­ми тягового електропостачання змінного струму дорівнює 0,96 — 0,97 і постійного — 0,9 - 0,92. Тоді відповідно р _э~ = 28,45/0,965 = 29,5 кг/10⁴ т-км брутто; р _э= = 28,45/0,91 = 31,3 кг/10⁴ т-км брутто.

Відносини р _т/ р _э відповідно рівні 1,5 і 1,42, тобто електрична тяга по використанню енергоносія більше ефективна, чим тепловозна. Інакше кажучи, при рівному споживанні енергії (в одиницях умовного палива) електротягою може бути виконаний майже на 50 % більший обсяг робіт.

Однак остаточний висновок можна зробити тільки після розрахунку питомої собівартості перевезень для порівнюваних видів тяги. За станом на вересень розрахункового року відпускна середньомережева вартість електроенергії для залізничного транспорту становила 0,38 руб. за 1 квт·ч, а дизельного палива — 3,1 руб. за 1 кг дизельного топлива. Тоді енергетична складова собівартості перевезень для електричної тяги С_п(э). = 0,38·29,5/0,3 = 37,4 руб./10⁴ т·км брутто;

С_{п(э) =} = 0,38·31,3/0,3=39,6 руб./10⁴ т·км брутто;

для тепловозної тяги

С_п(т) = 3,1·44,4/1,45 = 94,9 руб./10⁴ т·км брутто, де 0,3 — коефіцієнт перевода 1 кг умовного палива в кіловат-години; 1,45 - коефіцієнт перевода 1 кг умовного палива в кілограми дизельного палива.

(Дані отримані по РЖД)

У підсумку одержуємо: основний економічний показник - енергетична складова собівартості перевезень електротягою в 2,4 — 2,5 рази нижче, ніж тепловозною тягою, при сформованому на початок 2000 р. співвідношенні цін на енергоносії. Як уже було показано, енергетична ефективність використання енергоносіїв для електротяги вище тільки в 1,5 рази; різниця обумовлена більше високою питомою ціною дизельного палива, віднесеної до 1 кг умовного палива, у порівнянні з тією же вартістю електроенергії: 1 кг умовного палива на початок 2000 р., одержуваний залізницями у вигляді електроенергії, коштує 1,265 руб. /кг, а у вигляді дизельного палива — 2,14 руб./кг, тобто маємо співвідношення (2,14/1,265)-1,5 ~ 2,5. При електротязі питома вага вартості енергетичної складової в загальної середньомережевої сумарної собівартості перевезень становив 10 - 12 %; додаткове подорожчання перевезень на тепловозній тязі підвищить його в загальній собівартості перевезень до 25 - 30 %. Інша частина підвищення загальної собівартості (до 1,5-2 разів) визначається експлуатаційними факторами: більший парк тепловозів на ті ж обсяги перевезень і відповідно більше число локомотивних бригад; значно більші витрати на ремонт тепловозів і їхній зміст.

Наведені дані ще раз підтверджують більше високу ефективність електричної тяги в порівнянні з тепловозної й правильність технічної політики Російських залізниць, спрямованої на всіляке розширення їхньої електрифікації.

 

1. Інтегральний ККД використання енергоресурсів на залізницях.
2. Формування енергетичної складової собівартості перевезень Сп
3. Зіставлення електричної й тепловозної тяги за енергоефективністю.

16. Огляд основних положень розрахунку втрат електроенергії в трансформаторах.

 

При розрахунках з електроенергетичною системою оплачується вся відпущена споживачеві електроенергія, включаючи й втрати в пристроях споживача. В енергосистемах оцінка звітних втрат здійснюється як різниця показань лічильників на шинах підстанцій або електричних станцій енергосистеми й споживачів [159]. На тягових підстанціях облік електроенергії здійснюється з низького боку знижувальних трансформаторів і втрати в трансформаторах не відображаються в показаннях цих лічильників, тому оцінка втрат провадиться аналітично. У цей час, у зв'язку з зростанням цін на електроенергію, встає питання про облік не тільки активних втрат, але також і втрат реактивної потужності в трансформаторах, загострюється проблема більш точної їхньої оцінки. У країнах СНД втрати електроенергії становлять близько 12% і спостерігається тенденція їхнього росту. У той же час у Канаді частка втрат становить - 8.47. Англії - 8,02. Франції -7,17 [97]. Втрати у трансформаторах становлять до 1/3 втрат у ЛЕП відповідної напруги. Таким чином, більш об'єктивний облік втрат електроенергії дозволить намітити заходи щодо їхнього зниження.

Втрати енергії в трансформаторах відповідно до нормативних документів визначаються залежно від числи його обмоток, класу напруги, коефіцієнта потужності й змінності роботи підприємства, що живить даним трансформатором. Активні втрати приймаються певним відсотком від переробленої електроенергії залежно від згаданих факторів по таблицях [102]. Особливістю тягового навантаження є значний розмах її коливання протягом доби. не дозволяє використати середні значення навантаження для оцінки втрат енергії.

У цей час орієнтовно річні втрати активної енергії в трансформаторах визначаються по формулі

де: - втрати активної потужності в сталі трансформатора;

- те ж у міді при номінальному навантаженні ;

- середня розрахункова потужність у період максимального споживання енергії;

- час максимальних втрат:

де - час використання максимального навантаження.

Невизначеність і ускладнюють використання (3.1). Правда, для різних категорій споживачів, у тому числі й електротягових, наводяться емпіричні дані для , як , де W - витрата електроенергії за рік. Облік нерівномірності електроспоживання, у цьому випадку, здійснюється приблизно залежно від змінності роботи підприємства.

 

 

17. Ефективність паралельної роботи тягових трансформаторів.

 

Тягові підстанції електричних залізниць змінного струму є, як правило, двохтрансформаторними. Живлення тягового навантаження й районних споживачів забезпечується одним трансформатором, установлення другого диктується розуміннями забезпечення високої надійності електропостачання.

Наявність надлишкових трансформаторних потужностей висуває задачу раціонального їхнього використання. Дамо кількісні оцінки навантажень трансформаторів, при яких перехід на паралельну роботу створює позитивний ефект. Відповідний підхід для симетричних не випадкове навантажень давно відомий. Застосуємо аналогічну методику до випадкових процесів зміни несиметричних навантажень тягових трансформаторів. Визначимо критичне значення математичного очікування струму навантаження, при якому перехід від паралельно включених трансформаторів до зменшує активні втрати в них.

Відповідно до формули (1.6.15) запишемо математичне очікування активних втрат при включених і - м трансформаторів, а потім дорівняємо їх:

 

 

де - втрати холостого ходу, а й -математичне очікування й дисперсія суми активних втрат у первинній, районній і тяговій обмотках трансформатора.

Рішення рівняння (1.7. 1) щодо критичного значення має вигляд:

 

 

Для переходу від одного до двох паралельно працюючих трансформаторів критичне значення визначається по формулі:

 

 

Якщо як критерій вибрати мінімум реактивних втрат, можна аналогічно (1.7.1) скласти рівняння:

 

 

де - струм неодруженого струму трансформатора;

- його номінальна потужність;

і - математичне очікування й дисперсія суми
реактивних втрат у первинній, районній і
тяговій обмотках трансформатора.

Рішення цього рівняння має вигляд

 

 

що для переходу на паралельну роботу двох трансформаторів дає

 

 

Вибір числа паралельно працюючих трансформаторів за критеріями (1.7.2) і (1.7.3) дає можливість мінімізувати середні активні або реактивні втрати для практично важливого випадку обмеженого числа перемикань комутуючих апаратів. У випадку мінімізації реактивних втрат середній ефект буде позитивним незалежно від розподілу завантаження фаз, тому що включення другого трансформатора приведе до зменшення сумарної реактивної потужності, споживаної трансформаторами із системи зовнішнього електропостачання. Таке зменшення веде до зниження рівня обмінної реактивної потужності між системою й тяговою підстанцією, що у свою чергу знижує втрати напруги в системі й у тягових трансформаторах, збільшуючи середній рівень напруги на тягових шинах і знижуючи розкид напруги щодо середнього.

Розглянемо ефективність вибору числа трансформаторів за критерієм (1.7.2) або (1.7.3) при відсутності районного навантаження або її зневажливої малості в порівнянні з тягової.

Активні втрати в цьому випадку виражаються формулою:

 

 

де -активний опір обмоток трансформатора;
-математичні очікування й дисперсії

струмів навантаження плечей живлення й ланцюги відсмокчення. Аналогічно для реактивних втрат можна записати

 

 

де - індуктивний опір
фази трансформатора;

- напруга короткого замикання
трансформатора, %.

Формули (1.7. 2), (1.7. 3) з урахуванням виражень (1.7. 4) і (1.7. 5)
приймають вид:

 

 

Знаючи числові характеристики струмів у плечах живлення й ланцюга отсоса тягової підстанції, можна визначити значення суми квадратів математичних очікувань М. При паралельна робота тягових трансформаторів гарантує зниження реактивних втрат і поліпшення якості напруги на тягових шинах; при забезпечується зниження активних втрат при поліпшенні якості напруги.

Використовуючи формули (1.7. 6), оцінимо критичні значення й для тягових трансформаторів різних типів. Для порівняння з номінальним навантаженням уведемо й -величини струмів симетричного навантаження, при яких забезпечується зниження відповідних втрат при . Результати розрахунків зведені в табл. 1.7.1.

Оцінимо зниження втрат напруги при паралельній роботі тягових трансформаторів. Напруги по плечах живлення можна представити у вигляді:

 

 

де -напруги на лівій і правої
підстанціній зонах;
- напруга в системі;

- втрати напруги, обумовлені формулами:

 

 

де й - струми лівого й правого плечей живлення;

-опір системи до шин
тягової підстанції;

і - струми в робочих фазах трансформатора.

Вузький діапазон зміни кута зсуву фаз напруг і струмів по плечах живлення, що становить , робить функцію втрат напруги в тяговому трансформаторі майже лінійної.

Скористуємося відомою методикою статистичної лінеаризації, для чого розкладемо функції й у ряд. Тейлора в околиці точки
, де й - математичні очікування струмів навантаження лівого й правого плечей живлення; і - математичні очікування кутів зсуву фаз по плечах живлення. У розкладанні втримуємо тільки лінійні члени, а й думаємо рівними 35°. Беремо відповідні частки похідні:

Тоді

 

Математичне очікування втрат напруги виходить підстановкою у формули (1.7.7) математичних очікувань струмів і кутів зсуву фаз по плечах живлення, тобто

 

 

Для визначення дисперсій втрат напруги по плечах живлення скористаємося відомою формулою

 

 

де й - кореляція між
відповідними величинами.

Як показали статистичні дослідження, кореляція між струмами різних плечей живлення, між зсувами фаз струмів по різних плечах близька до нуля. Ненульовою є кореляція між струмами й зсувами фаз на одному плечі живлення. Для всіх цих величин кореляційна матриця буде мати вигляд:

 

де - кореляція між і ;
- кореляція між і .

Підставляючи у формулу (1.7.10) значення, визначені в (1.7.8), одержуємо:

 

У відсутності оцінок дисперсії кута зсуву фаз можна скористатися правилом , уважаючи . Тоді й формула приймає вид:

 

 

Відкидаючи четверте й шосте складові правої частини через їхню малість, остаточно одержуємо:

 

 

Застосовуючи аналогічні викладення для дисперсії втрати напруги на правому плечі живлення, одержуємо вираження:

 

 

Погрішність статистичної лінеаризації оцінюється відношенням максимального значення залишкового члена ряду Тейлора до максимуму функції . Взявши другі частки похідні й проробивши викладення, аналогічні попередньої, одержуємо наступні оцінки:

 

Відносна погрішність статистичної лінеаризації визначається вираженням:

 

 

де .

Результати розрахунку по формулі (1.7.13) для значень показують, що відносна погрішність змінюється від 0,03 до 0,011.

Як і слід було сподіватися в даних умовах, статистична лінеаризація вносить малу погрішність через те, що нелінійна функція кута змінюється у вузьких межах, а функція струму, що змінюється в широких межах, входить у вихідні формули лінійно.

Оцінимо ефективність перемикання тягових трансформаторів в умовах приклада, розглянутого в попередньому параграфі. Два тягових трансформатори ТДТНЭ-25000/110 установлені на підстанції, що живить від системи, опір якої становить Ом. Опір одного трансформатора Ом. По формулі (1.7. 6) маємо: . На мал. 1.7. 1 приведена крива зміни . Найбільше значення , однак у період від 9 до
19 ч 30 хв раціонально підключати другий трансформатор для зниження втрат реактивної потужності в тягових трансформаторах. Для найбільшого навантаження в 17 год. проценим

Рис. 15.1.

зниження втрат напруги по плечах живлення, вважаючи кореляцію . Середні навантаження в цей час становлять . При одному працюючому трансформаторі по формулах (1.7. 9), (1.7.11), (1.7.12) маємо для лівого плеча живлення ,

; для правого плеча живлення . Для режиму найбільшого навантаження з імовірністю 0,965 одержуємо , що при дає
. Різниця в напрузі 2 кв.

При паралельній роботі трансформаторів для того ж режиму одержуємо . Для найбільших навантажень із імовірністю 0,956 маємо: , що при дає . Різниця в напрузі по плечах живлення становить кв. Таким чином, паралельна робота трансформаторів знижує приблизно на 0,7 кв перекіс напруг по плечах живленні й приводить до підвищення напруги на відстаючій фазі приблизно на 1,3 кв. Такі ж результати отримані на практиці. Слід зазначити, що в даному прикладі середні активні втрати зростуть на 264 квт-ч у добу.

Аналогічні дослідження на одній з тягових підстанцій вантажонапруженого напрямку виявило стаціонарність тягового навантаження з наступними статистичними характеристиками: ; . На цій підстанції встановлені два тягових трансформатори ТДТНЭ-25000/110. Опір системи Ом. У результаті розрахунків були отримані наступні оцінки: . Тому що в роботі раціонально тримати обидва трансформатори включеними. Розрахунок по формулах попереднього параграфа показав, що активні втрати в цьому випадку знижуються на , що становить 4,7 % економії, а споживана із системи реактивна потужність зменшується в середньому на 0,64 Мвар (31,5 % економії). При одному працюючому трансформаторі втрати напруги по плечах живлення становлять (з імовірністю 0,956): при перекосі напруг по плечах живлення в режимі максимальної: навантаження кв.

Включення другого трансформатора на паралельну роботу істотно поліпшує режим напруги, тому що в цьому випадку втрати напруги по плечах живлення складуть: , тобто приперекосі напруг у режимі максимального навантаження кв. Зменшення перекосу напруг по плечах живлення полегшує роботу системи регулювання напруги під навантаженням, а значне зниження втрат напруги зменшує необхідне число перемикань цієї системи.

 

 

1. Вибір оптимального числа паралельно працюючих трансформаторів за критерієм втрат активного електроенергії.
2. Вибір оптимального числа паралельно працюючих трансформаторів за критерієм втрат реактивної електроенергії.

20. Визначення потенціалу енергозбереження в освітлювальних установках. Збір початкової інформації.

 

Останнім часом, у зв'язку з ростом цін на енергоносії, актуальної стає їхня економія. Першим етапом процесу економії енергії є проведення комплексного енергетичного обстеження об'єкта (енергоаудит) і розробка на його основі економічно доцільних заходів щодо економії енергії. Дані заходи розробляються для кожного окремого типу споживача енергії: опалення, технологія, освітлення, вентиляція й т.п. Спочатку провадиться аналіз стану систем енергоспоживання, а потім - розрахунок економії енергії по визначених методиках.

Система освітлення є вагомим споживачем електроенергії, особливо в адміністративних будинках (до 80%). Тому застосування пропонованої методики здобуває велике значення при енергоаудиті.

Для аналізу стану системи освітлення обстежуваного об'єкта необхідно зібрати наступну інформацію:

• тип і кількість існуючих світильників;
• тип, кількість і потужність використовуваних ламп;
• режим роботи системи штучного освітлення;
• характеристики поверхонь приміщень (коефіцієнти відбиття);
• рік установлення світильників;
• періодичність чищення світильників;
• фактичний і нормований рівень освітленості;
• значення напруги електромережі освітлення на початку й наприкінці вимірювань освітленості;
• розміри приміщення;
• середній фактичний термін служби ламп;
• фактичне й нормоване значення коефіцієнта природної освітленості.

Потім, провадиться розрахунок показників енергоспоживання на підставі перерахованих вище даних отриманих у результаті інструментального обстеження об'єкта.

Установлена потужність:

, [Вт]

(1)

де P_i - потужність освітлювальної установки i-го приміщення в обстежуваному об'єкті; K_пра - коефіцієнт втрат у пускорегулюучій апаратурі освітлювальних приладів; P_л - потужність лампи; N - кількість однотипних ламп в освітлювальній установці i-го приміщення.

Річне й питоме енергоспоживання:

[кВт·г]

(2)

де Wр - сумарне річне споживання електроенергії; Wр_i - річне споживання ОУ i-го приміщення; Tр_i - річне число годин роботи системи i-го приміщення; kв_i - коефіцієнт використання встановленої електричної потужності в ОУ i-го приміщення.

[кВт·г/м2]

(3)

де - річне питоме споживання електроенергії; S_i - площа i-го приміщення в досліджуваному об'єкті.

Питомі показники енергоспоживання аб