ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ГОРОДОВ

ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ГОРОДОВ

Пономаренко И.С. — к.т.н., доцент

Аксенов Д.А. — инженер

Бурковский А.Е. – н.с.

Пономаренко М.И. – экономист

Сумин А.Г. – ст.н.с.

Московский энергетический институт – ООО Фирма «Энергоконтроль»

Расход электрической энергии на освещение в системах электроснабжения предприятий, городского хозяйства (уличное освещение, освещение административных зданий, торговых центров и т.д.) составляет значительную часть в общем балансе их электропотребления. С учетом постоянно растущих тарифов на электроэнергию это ведет к значительному расходу финансовых средств на эти цели. При общем дефиците электрической энергии, эта проблема усугубляется тем, что период наибольшего потребления электроэнергии на освещение, как правило, совпадает с общесистемным вечерним максимумом нагрузки. Поэтому, задача снижения потребления электроэнергии на освещение актуальна как для отдельных потребителей, так и для энергосистемы в целом.

Многочисленные исследования показателей качества электроэнергии, проведенные за последние несколько лет при проведении сертификации электрической энергии [ 1 ] в распределительных электрических сетях 6-10/0,4 кВ в системах электроснабжения городов и промышленных предприятий, показали, что напряжение в сети во многих случаях значительно отличается от требуемого нормативными документами.

Один из типовых примеров графика изменения напряжения во времени в сети 0,4 кВ города приведен на рис 1. Как видно из данного графика, напряжение в сети выше номинального, особенно в ночное время, когда включается вся осветительная нагрузка. В подавляющем большинстве городских электрических сетей, от которых питаются системы уличного и внутреннего освещения как городские, так и промышленные, напряжение в сети, особенно в вечернее и ночное время, выше номинального на 5 – 10 %. Это приводит к значительному ускорению износа осветительного оборудования, резкому сокращению срока службы электрических ламп.

Рис. 1

График изменения напряжения во времени в сети 0,4 кВ

ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ГОРОДОВ

Как показали натурные испытания, проведенные с современными, наиболее широко распространенными типами светотехнического оборудования (ртутные светильники, натриевые светильники, люминесцентные светильники внутренней установки и др.), их электропотребление значительно зависит от величины питающего напряжения. Полученные характеристики приведены на рис. 2, 3 и 4. Они очень хорошо совпадают с аналогичными характеристиками в [ 2 ] , рис. 3.71, стр. 91. При увеличении напряжения питания на 10% их электропотребление возрастает на 20 – 30 %.

Рис. 2

ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ГОРОДОВ

Рис. 3

ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ГОРОДОВ

Рис. 4

ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ГОРОДОВ

Из анализа реально существующих уровней напряжения в сети и характеристик зависимостей величины потребляемой мощности осветительного оборудования от напряжения их питания, можно сделать следующий вывод. Если обеспечить в электрической сети осветительного оборудования напряжение не повышенное на 5 – 10 % выше номинального, что реально существует в настоящее время, а немного ниже номинального, но не ниже -5%, тогда потребление мощности и энергии в системе электрического освещения снизится на 20 – 30 %. При этом, так как уровень напряжения при этом останется в пределах требований ГОСТа [ 1 ], то и светоотдача осветительного оборудования также не будет уменьшена ниже расчетных нормативов.

Для решения данной задачи был разработан специализированный автоматический регулятор напряжения (АРН-ЭО), позволяющий поддерживать напряжение в сети на заданном уровне с высокой точностью. Его использование позволяет решить две основные задачи:

  • автоматически поддерживать напряжение в сети электрического освещения в диапазоне от номинального напряжения 220 В до 210 В (- 4,5 % от номинального);
  • автоматическое включение и отключение освещения в соответствии с необходимой длительностью работы освещения для каждых суток в течение года, либо осуществление этих функций из единого диспетчерского центра в составе АСУ.

Вторая функция позволяет исключить дополнительную составляющую перерасхода электроэнергии на освещение вследствие запаздывания отключения освещения по сравнению с наступлением светлого времени утром, а также преждевременное включение освещения вечером, что объясняется несовершенством применяемой сейчас автоматики.

В настоящее время серийно выпускается несколько типоразмеров такого регулятора – от 5 кВт до 250 кВт. Это позволяет покрыть практически весь реальный диапазон существующих систем освещения в жилищно-коммунальном хозяйстве, уличном освещении, объектах муниципальной собственности (школы, больницы, административные учреждения и т.д.). Широкое применение такое устройств также может найти в различных бизнес-единицах (магазины, фабричные цеха и т.д).

Использование настоящего регулятора дает следующие результаты:

  • снижение потребления электроэнергии на освещение при сохранении нормативных требований к освещенности объектов ( в среднем на 25 % );
  • увеличение срока службы электрических ламп и другого осветительного оборудования ( в 1,5 – 2 раза ).

С целью проверки работоспособности и эффективности применения данного оборудования был проведен ряд экспериментов в системах электрического освещения промышленных предприятий (инструментальное производство, мясокомбинат и т.д.) и в городском хозяйстве – административное помещение (школа), уличное освещение в нескольких городах. Полученные результаты во всех случаях практически совпадают.

Ниже приводится более детальное описание эксперимента в системе городского уличного освещения в одном из городов Московского региона.

  • Методика проведения эксперимента

Для проведения эксперимента было использовано следующее оборудование.

Автоматический однофазный регулятор напряжения (АРН-ЭО), мощностью 15 кВт, на напряжение 220 В. Выполнен на основе стабилизатора напряжения типа «ARCON». Входные цепи подключаются к сетевому напряжению. Поддерживает напряжение на выходе в заданных пределах. В настоящем эксперименте допустимый уровень выходного напряжения, от которого питаются системы освещения, был задан в пределах от – 3 % до — 6 %.

Регистратор напряжения и мощности типа «ЭРИС-КЭ.04». Регистрирует показатели качества напряжения, в том числе графики напряжения, а также графики мощности нагрузки. Автоматически вычисляет величины электроэнергии, прошедшей через прибор за заданный интервал времени. В настоящем эксперименте электроэнергия рассчитывалась за каждые сутки с 0 часов до 24 часов.

Все оборудование сертифицировано и поверено в органах Госстандарта.

Эксперимент проводился следующим образом.

В одну из фаз сети электрического освещения, непосредственно в электрощитовой 0,4 кВ на подстанции, на несколько дней (3 суток) подключается АРН-ЭО, который поддерживает на выходе напряжение ниже на 4,5 %, чем номинальное (допустимые отклонения напряжения в сети составляют от +5 % до –5%, т.е. напряжение находится в пределах ГОСТа). Тем самым, данная фаза электрического освещения питается напряжением ниже, чем остальные фазы. Последовательно с регулятором подключается регистратор, который фиксирует графики изменения напряжения и мощности в сети освещения. Определяется потребленная электроэнергия в течение этих трех суток.

В течение следующих 3-х суток регистрируется потребленная электроэнергия без данного регулятора. После завершения испытательного цикла сравниваются величины потребления электроэнергии с использованием АРН-ЭО и без него в течение каждого периода соответственно.

Так как уличное освещение работает одинаково каждые сутки, различие между рабочими и выходными днями не фиксировалось.

В качестве светильников в данной сети были установлены в основном натриевые светильники.

  • Полученные результаты

Табл. 1.

Потребление активной электроэнергии в сетях электрического освещения при изменении напряжения сети


п/п

Без АРН-ЭО

С АРН-ЭО

Разница

День недели

Дата

Суточное потребление
кВт*ч

День недели

Дата

Суточное потребление
кВт*ч

кВт*ч

%

1

Чт

29.03.2007

75.7

Пн

2.04.2007

58.5

17.2

22.7

2

Пт

30.03.2007

72.5

Вт

3.04.2007

56.2

16.3

22.5

3 Сб 31.03.2007 71.7 Ср 4.04.2007 55.7 16.0 22.3

Итого:

219.9

170.4

49.5

22.5%

Как видно из приведенных результатов эксперимента, при использовании АРН-ЭО, потребление активной мощности снизилось более, чем на 20 %.

Следует отметить, что графики изменения напряжения в сети в течение суток типичны для большинства существующих распределительных сетей в Московском регионе, а именно — наблюдается повышение напряжения в ночное время. Этим и обусловлена в первую очередь такая существенная экономия электроэнергии при использовании стабилизатора напряжения.

В данной модификации регулятора отсутствовала функция автоматического включения и отключения освещения по заданному временному графику для годового изменения длительности дня и ночи. Учет данного фактора должен привести к еще большей экономии электроэнергии при использовании таких регуляторов.

Дополнительно необходимо учесть экономию на эксплуатационные расходы за счет увеличения сроков службы ламп и пуско-регулирующей аппаратуры при использовании данных регуляторов.

Кроме того, на основе использования данного оборудования очень просто может быть реализована система автоматизированного диспетчерского управления уличным освещением, с контролем его правильного включения и отключения на объектах.

  • Технико-экономическая оценка эффективности использования АРН-ЭО.

Проведем ориентировочную оценку эффективности применения АРН-ЭО на основе сети уличного освещения одного из городов Московского региона.

По итогам 2006 г. на уличное освещение в данном городе было потреблено 7 253 585 кВт*ч электроэнергии.

При тарифе на электроэнергию на текущий год в 1,587 руб/кВт*ч, в 2007 г. на оплату электроэнергии за уличное освещение будет потрачено не менее

7 253 585 * 1.587 = 11 511 439 рублей.

При использовании регуляторов АРН-ЭО и снижении потребления активной мощности на 22,5 %, получаем годовую экономию средств в размере

11 511 439 * 0,225 = 2 600 000 рублей.

Стоимость оснащения сети такими регуляторами можно оценить следующим образом. Среднесуточная величина часов работы уличного освещения составляет

(16 + 6) / 2 = 11 часов,

где: 16 – количество часов работы освещения в декабре месяце;

6 – количество часов работы освещения в июне месяце.

Тогда, общее число часов горения в году можно оценить в размере

11 * 365 = 4 015 часов,

где: 365 – количество суток в году.

Установленная мощность системы уличного освещения составляет

Р уст = 7 253 585 кВт*ч / 4 015 часов = 1 800 кВт.

При стоимости АРН-ЭО 2 500 руб/кВт его общая стоимость составит

2 500 руб/кВт * 1 800 кВт = 4 500 000 руб.

Таким образом, капиталовложения, необходимые для реализации проекта по внедрению АРН-ЭО, составляют 4500 тыс. руб.

Срок окупаемости проекта составит – 2,2 года (см. табл. 2)

Срок окупаемости, с учетом дисконтирования – 2,6 года.

Табл. 2.

Показатели проекта

Срок проекта

3

лет

Срок окупаемости проекта

2,2

лет

Срок окупаемости проекта с учетом дисконтирования

2,6

лет

Эффективность проекта, чистый дисконтированный доход (ЧДД)

784

тыс. руб.

Внутренняя норма доходности (ВНД)

18,7%

Индекс рентабельности

1,17

Заключение.

  • Разработаны и предложены технические средства для сокращения расхода электроэнергии на нужды электрического освещения и продления срока службы осветительной аппаратуры.
  • Проведенный технико-экономический анализ на основе натурных экспериментов подтвердил высокую эффективность предложенного метода и разработанных технических средств.

Литература.

  • ГОСТ 13109-97. «Показатели качества электрической энергии в электрических сетях общего назначения»
  • Справочная книга по светотехнике. М., Энергоатомиздат, 1995 г. 526 с.
Pin It

Добавить комментарий