Регулирование, учёт и контроль над потреблением тепловой и электрической энергии

                     Тема: Регулирование, учёт и контроль над потреблением тепловой и электрической энергии          

Тепловая  и электрическая энергия –  необходимое условие жизнедеятельности  человека и создания благоприятных  условий его быта. 

Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое большое  влияние на нашу жизнь. Тепло и  свет в домах, школах и больницах, транспортные потоки и работа промышленности – все это требует затрат энергии. Потребность в энергии продолжает постоянно расти – любое развитие требует, прежде всего энергетических затрат и при существующих темпах развития национальных экономик многих государств можно ожидать возникновения  серьезных энергетических проблем. Просчеты в этой области имеют  серьезные последствия. 

Основой энергетики сегодняшнего дня являются топливные запасы угля, нефти и  газа, которые удовлетворяют примерно 90 % энергетических потребностей человечества.

Основной  проблемой уже несколько лет  является ограниченность энергоресурсов, так как постоянно увеличивается  их потребление, в то время как  добыча энергоносителей становится всё более дорогостоящим процессом. В связи с этим актуальным является внедрение энергосберегающих технологий,  отслеживание регулировки, учёта и  контроля над потреблением тепловой и электрической энергии.

Чтобы вести  четкий учет, контроль и регулирование  расхода электрической и тепловой энергии, на крупных предприятиях и  в организациях устанавливаются  автоматизированные информационно-измерительные  системы коммерческого учета  электроэнергии, позволяющие вести  наблюдение за потреблением энергии, контролировать баланс предприятия в целом в  режиме реального времени.

Среди основных приоритетных направлений в данной области является создание современных  эффективных и альтернативных способов получения энергии, к числу которых  относятся газотурбинные технологии. Положительной чертой данного способа  является его низкая эмиссия вредных  веществ.

Развитие  технологии и проектирование совершенных  с точки зрения рабочего процесса газотурбинных установок позволяет  расширить их область применения, модернизировать устаревшие объекты генерации электрической и тепловой энергии с целью повышения эффективности.

Основных  производителей электрической и  тепловой энергии можно условно  разделить на промышленные и муниципальные.

Во многих случаях большое количество первичной  энергии пропадает впустую ввиду  неэффективной конструкции или  неправильной эксплуатации оборудования. Повышение цен на топливо требует  пересмотра подходов к рациональному  энергосбережению применению энергосберегающих  технологий при эксплуатации оборудования.

  Учет, контроль и регулирование  эффективности расходования энергоресурсов. Повышение эффективности производства  продукции и услуг требует  от руководства предприятия организации  эффективного использования различных  ресурсов, включая энергетические. Для этого необходимо наладить  контроль и учет за расходованием  всех видов энергоресурсов, внедрить  автоматизированное регулирование  в системах энергопотребления.  Лишь после этого можно эффективно  заниматься вопросами энергосбережения.

Регулирование потребления  энергии. Регулирование количества потребляемой энергии может осуществляться ручным способом и с использованием автоматики. На эффективность первого  метода большое влияние оказывает  человеческий фактор, связанный с  субъективным восприятием окружающего  мира. Поэтому возможности ручного  метода регулирования ограничены более  узкими рамками. Например, такие факторы, как освещенность или температура  помещения, определяющие комфортные условия  в зданиях, ассоциируются у людей  по-разному. Автоматическое регулирование  лишено этих недостатков и позволяет  поддерживать комфортные условия в  соответствии с установленными нормами.

Под автоматическим регулированием понимается поддержание постоянным или изменяющимся по определенному  закону физического параметра, характеризующего процесс. Регулирование складывается из измерения состояния объекта  и действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган  объекта.

            Приборы учета и контроля над потреблением тепловой и электрической энергии

             Контроль качества  электрической энергии подразумевает  оценку соответствия показателей  установленным нормам, а дальнейший  анализ качества электроэнергии - определение стороны виновной  в ухудшении этих показателей.

Определение показателей качества электрической энергии задача нетривиальная. Это оттого, что большинство процессов, протекающих в электрических  сетях - быстротекущие, все нормируемые  показатели качества электрической  энергии не могут быть измерены напрямую  - их необходимо рассчитывать, а окончательное заключение можно дать только по статистически обработанным результатам. Поэтому, для определения показателей качества электрической энергии, необходимо выполнить большой объём измерений с высокой скоростью и одновременной математической и статистической обработкой измеренных значений.          

 Наибольший поток измерений  необходим для определения не синусоидальности напряжения. Для определения всех гармоник до 40-й включительно и в пределах допустимых погрешностей, требуется выполнять измерения мгновенных значений трёх междуфазных напряжений 256 раз за период (3·256·50 = 38 400  в  секунду). А для определения виновной стороны, одновременно измеряются мгновенные значения фазных токов и фазовый сдвиг между напряжением и током, только в этом случае, возможно определить с какой стороны и какой величины внесена та или иная помеха.          

 Первичная обработка измеренных  напряжений и токов состоит из определения их гармонического состава, - по всем измеренным значениям выполняется быстрое преобразование Фурье. Далее производится усреднение полученных значений на установленных интервалах времени. ГОСТ 13109-97 потребовал вычислять среднеквадратичные значения, что привело к необходимости использования двухпроцессорных схем при построении приборов.          

 Наиболее сложная математика задействуется при оценке колебаний напряжения. ГОСТ 13109-97 нормирует эти явления для огибающей меандровой (прямоугольной) формы, а в сети колебания напряжения имеют случайный характер. Поэтому, приходится определять форму огибающей, по указанным в ГОСТе коэффициентам приведения пересчитывать кривую и только после этого определять показатели. При этом размах изменения напряжения и доза фликера считаются по-разному, в большинстве случаев требуется отдельный, специальный прибор -фликерметр.

Контролировать качество электрической  энергии следует с применением  сертифицированных приборов, обеспечивающих измерение и расчёт всех необходимых  параметров, для определения и  анализа качества электрической  энергии.         Местом контроля качества электрической энергии являются точки общего присоединения потребителей к сетям общего назначения. В них выполняют измерения энергоснабжающие организации. Потребители проводят измерения в собственных сетях в местах ближайших к этим точкам.

ГОСТом установлена периодичность контроля качества электроэнергии - один раз в два года для всех ПКЭ, и два раза в год для отклонения напряжения.

Существуют задачи непрерывного мониторинга качества электроэнергии, требующие включения приборов качества в АСКУЭ. Между тем есть приборы, одновременно выполняющие функции счетчика электроэнергии, прибора контроля качества и биллинговой системы, рассчитывающей сумму, подлежащую к оплате с учётом скидок и

Каким же образом применяя передовые  технологии автоматизации можно  снизить затраты на энергоресурсы?

1.  Учет потребления электроэнергии, газа, тепла и воды. Одно только упорядочение такого учета уже может принести значительный экономический эффект. В Европе, например, внедрение счетчиков объемов потребления энергоресурсов позволило, в среднем, снизить общие энергозатраты на 20%. Проблемы с поиском этого оборудования уже нет, его установка не требует больших капиталовложений, технически вопрос решается достаточно легко.

2. Применение автоматического управления энергопотребителями позволит более рационально расходовать энергоресурсы. Например: Работник забыл выключить освещение при уходе домой - программируемый таймер сам выключит освещение. Нет смысла отапливать офисное помещение ночью - программируемое управление теплоснабжением уменьшит интенсивность работы обогревателей вечером, а утром, перед началом рабочего дня прогреет помещение до нужной температуры. Центральное управление всеми климатическими системами предотвратит неэффективное их использование (ситуация, когда включенный обогреватель греет помещение, а включенный кондиционер охлаждает его).

3. Огромным  эффектом обладает внедрение  частотно-регулирующих электроприводов.

На сегодняшний день большинство  электроприводов составляют нерегулируемые приводы с асинхронными двигателями. Их используют в водо- и теплоснабжении, системах вентиляции и кондиционирования воздуха, компрессорных установках и прочих. В таких установках плавное регулирование скорости вращения позволяет в большинстве случаев отказаться от использования, вариаторов, дросселей, задвижек, заслонок, исполнительных механизмов и другой регулирующей аппаратуры. Это значительно упрощает механическую систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные затраты, а также затраты, связанные с приобретением регулирующей аппаратуры. При подключении через частотный регулятор, пуск двигателя происходит постепенно без пусковых токов и ударов, что снижает нагрузку на двигатель и механизмы, увеличивает срок службы. Использование частотно -регулирующего электропривода разрешает получить экономию электроэнергии до 50 %. Энергосбережение возникает путем устранения непроизводственных затрат в заслонках, дросселях и других регулирующих устройствах. При замене нерегулированного привода, который работает в режиме периодических включений, исключаются потери на пусковые токи, снижается необходимая мощность двигателя. Регулирование в системе водоснабжения в зависимости от графика потребления воды разрешает получить значительную экономию как электроэнергии, так и воды, уменьшить количество аварий через разрыв трубопроводов.

а) Одной из областей наиболее эффективного использования частотных регуляторов являются насосы дополнительной подкачки в системах водо- и теплоснабжения. Особенностью этих систем является неравномерность потребления воды в зависимости от времени суток, дня недели и времени года. Постоянный объем подачи приводит к заметному ослаблению напора во время повышенного разбора воды и к значительному повышению давления в магистрали, если расход воды снижается. Повышение давления в магистрали ведет к потерям воды на пути к потребителю и увеличивает вероятность разрывов трубопроводов. При использовании частотного регулятора есть две возможности регулировать подачу воды: в зависимости от составленного графика (без обратной связи) и в зависимости от реального расхода (с датчиком давления или расхода воды). Регулированная подача воды разрешает получить экономию электроэнергии до 50%, а также весомую экономию воды и тепла. Исключение прямых пусков двигателя позволяет снизить пусковые токи, предотвратить гидравлические удары и избыточное давление в магистрали, увеличить срок службы двигателя и трубопроводов.

б) При таких производственных процессах, как изготовление и намотка полимерных нитей и пленок, провода, бумаги, стекловолокна и стеклоткани, необходимо точное регулирование скорости вращения, управление по моменту и согласованию скорости нескольких двигателей. Применение частотных регуляторов в таких технологических процессах разрешает получить высокое качество нити, провода или материала, исключить обрывы и повысить производительность труда, а также получать при намотке одинаковое натяжение материала по всей толщине рулона. Для технологического процесса, где необходимо беспрерывное движение материала через несколько зон с постоянной скоростью, 
возможно согласование работы нескольких частотных регуляторов, бесступенчатое изменение скорости, постепенный пуск и остановка.

в) Для решения некоторых задач необходимо точное позиционирование механизма. В таких случаях оправданно использование частотных регуляторов с векторным управлением и обратной связью. Эта группа регуляторов имеет возможность работы с полным моментом в зоне нулевых скоростей. Приводы с асинхронными двигателями, которые питаются от таких частотных регуляторов, могут заменить регулирующие приводы постоянного тока.

г) Находит широкое использование частотное регулирование электродвигателями в приводах вентиляторов для градирен. Это дает возможность отказаться от использования дорогих специфических импортных двухскоростных электродвигателей со скоростью вращения 100 - 200 оборотов в мин и применять отечественные недорогие стандартные электродвигатели со скоростью вращения 950 оборотов в мин. За счет введения частотного регулирования и встроенного ПИД-регулятора, имеем возможность достичь необходимых оборотов при неизменном усилии на валу, который дает, в свою очередь, постепенное регулирование скорости вращения вентилятора и точное соблюдение температуры возвратной воды.  

Задача внедрения современных  наукоёмких технологий в области  автоматизации технологических  процессов и энерго-ресурсосбережения как в жилищно-коммунальном хозяйстве, так и на промышленных предприятиях требует высокой квалификации специалистов на этапах её разработки, внедрения и эксплуатации.

Особое внимание следует уделять  внимание этапу разработки такой  системы, её соответствию особенностям конкретных условий эксплуатации энерго аудит и анализ энергетических и финансовых затрат на эксплуатацию и поддержание параметров технологических процессов является первым из необходимых частей этапа разработки таких систем.

Создание оптимальной модели системы  на основе проведённых исследований и проведение экономических расчетов сроков окупаемости - важный элемент  в разработке бизнес-плана проекта  внедрения (сайт компании «Эй Си Инжиниринг»).

Внедрение энерго-ресурсосберегающих технологий - это требование времени и результат разумного решения.

 Классификация и  структура норм расхода ТЭР

  Нормирование расхода ТЭР является составной частью управления энергосбережением. Принятым 16 октября 1998 г. постановлением СМ Республики Беларусь № 1582 «О порядке разработки, утверждения и пересмотра норм расхода топлива и энергии» установлено, что:

- нормированию  подлежат расходуемые на основные  и вспомогательные нужды  субъектами  хозяйствования  всех форм  собственности  котельно-печное топливо, электрическая и тепловая энергия независимо от объёма их потребления и источников энергообеспечения;