Поскольку экономия в плане затрат является основной задачей для операторов, первый подход заключается в попытке уменьшить потери электроэнергии в зданиях.
Три проверенных способа уменьшить потери электроэнергии в зданиях (фото: Эдвард Чаньи)
Кроме того, сама электроэнергетическая сеть потребляет энергию.
Более того, если он не предназначен специально или адаптирован к потребностям пользователя, сеть является причиной энергетических отходов и в то же время не будет удовлетворять требованиям качества и доступности электроэнергии.
Как уменьшить потери электроэнергии в зданиях?
Давайте рассмотрим три проверенных способа снижения потерь электроэнергии в зданиях:
- Улучшение коэффициента мощности
- Уменьшить коэффициент гармоники
- Сокращение потерь тепла в сети электроснабжения
1. Улучшите коэффициент мощности
Реактивная мощность потребляется в магнитных цепях таких нагрузок, как двигатели и не компенсируемое флуоресцентное освещение. Если не исправлено, ток, циркулирующий в проводниках, увеличивается, хотя используется тот же уровень активной мощности.
Значительное число этих самоиндуктивных нагрузок связано с фазовым сдвигом тока и напряжением в электрической установке на участке. Косинус угла этого фазового сдвига называется коэффициентом мощности: cos φ = PF.
При cos φ = 1 ток и напряжение находятся в фазе, а ток минимален.
Чем больше отклонение от этого идеального значения, тем выше деградация работы со следующими пятью последствиями:
- Перегрузка по току в сети электроснабжения на месте и в сети общественного электроснабжения,
- Дополнительные потери энергии (эффект Джоуля) по всей сети,
- Перегрузка и перегрев трансформаторов и уменьшение доступной активной мощности (см. Пример расчета ниже),
- Падение напряжения в конце линии, которое может вызвать ненормальную работу некоторых чувствительных устройств,
- Во многих случаях финансовый штраф, взимаемый энергетическим дистрибьютором (чьи установки также перегружены реактивной мощностью, потребляемой их клиентами), расчет которых варьируется в зависимости от страны и дистрибьютора.
Реактивные генераторы (конденсаторы)
Решение этой проблемы заключается в установке генераторов реактивной мощности (конденсаторов), либо ближе к нагрузкам, которые потребляют ее (локальная компенсация), либо в выбранных точках сети электроснабжения (центральная компенсация).
Компенсация производится на низковольтной части сети электроснабжения, а иногда, в случае более мощных установок, на части среднего напряжения. Правильная компенсация позволяет поддерживать работу установки с коэффициентом мощности выше 0, 93, что считается удовлетворительным.
Однако установки не работают постоянно в одной конфигурации: цепи переключаются, нагрузки активируются или удаляются, запускаются и останавливаются двигатели. Также нежелательно оставлять компенсацию, рассчитанную для максимальной нагрузки, постоянно подключенной, так как существует риск «чрезмерной компенсации», приводящий к перенапряжениям, которые могут повредить установку и оборудование.
На практике оптимальная компенсация возможна с использованием конденсаторов, сгруппированных в «этапы», при этом каждый шаг подключается к электрической цепи через контактор, управляемый регулятором с учетом измеренного коэффициента мощности.
Пример (добавление нагрузки мощности к существующему промышленному объекту)
Требование //
Для добавления нагрузки нагрузки P2 = 100 кВт с cosφ = 0, 7 к существующему промышленному объекту с силовым трансформатором Sn = 630 кВА для обеспечения общей активной нагрузки P = 450 Вт с cos φ = 0, 8.
Предварительная проверка //
- Потребляемая мощность равна S 1 = P 1 / cos φ = 450 / 0, 8 = 563 кВА и
- Реактивная мощность Q 1 = √ (S 1 2 - P 1 2) = 338 кВАр
- Явная мощность дополнительной нагрузки равна S 2 = P 2 / cosφ = 100 / 0.7 = 143 кВА
- его реактивная мощность равна Q 2 = √ (S 2 2 - P 2 2) = 102 кВАр
Полная кажущаяся мощность, обеспечиваемая трансформатором, равна S = √ (P 2 + Q 2), где:
- P = P1 + P2 = 550 кВт и
- Q = Q1 + Q2 = 440 кВАр, т.е. S = 704 кВА
- Новый коэффициент мощности cos φ = P / S = 0, 78
Результат //
Мощность существующего трансформатора недостаточна для обеспечения общей нагрузки.
Решение //
Компенсация реактивной мощности Определите емкость конденсатора: для этого исправленная реактивная мощность должна допускать неравенство:
- S = √ (P 2 + Q 2) <630 кВА, следовательно:
- Q max = √ (S 2 - P 2) = √ (630 2 - 550 2) = 307 kVAR
Таким образом, необходимо обеспечить как минимум:
- Q - Q max = 440 - 307 = 133 кВАр, чтобы получить минимум cos φ = P / S = 550/630 = 0, 873
- Конденсаторный блок емкостью 200 кВАров устанавливается так: Q = 440 - 200 = 240 кВАр и
- S = √ (P 2 + Q 2) = √ (550 2 + 240 2) = 600 кВА
где cos φ = P / S = 550/600 = 0, 917. Стоимость составляет 12 000 евро (автоматическая банка конденсаторов).
Преимущества:
-
Экономия:
- При активной мощности, соответствующей нагреву цепей: 3000 кВтч / год, т.е. 200 евро в год
- При максимальной потребляемой мощности (в кВА): 2500 евро в год,
- При снятии штрафов в размере 7 000 евро в год (прекращение потребления в размере 250 000 кВАч).
- Нет необходимости заменять трансформатор на более мощную модель: запас хода по-прежнему доступен.
- Работа трансформатора при лучших условиях, что приводит к увеличению срока службы.
- Короткое время, требуемое для возврата инвестиций: 1, 3 года.
Вернуться к содержанию ↑
2. Уменьшите коэффициент гармоники
«Гармоники» (токи или напряжения с частотой, которая кратно рабочей частоте 50 или 60 Гц) генерируются определенным «нелинейным» оборудованием, в частности электронными компонентами: домашнее оборудование, компьютеры, инверторы с переменной скоростью приводы и т. д. Они накладываются на ток или напряжение в сети электроснабжения.
Эти гармоники движутся вверх по течению в сети и создают форму загрязнения для всего другого оборудования, некоторые из которых очень чувствительны. Они также являются причиной потерь энергии из-за эффекта Джоуля, который может достигать 10%, в проводниках, трансформаторах и всем другом оборудовании.
Рисунок 1 - Графическое представление гармоник
Для сохранения качества электроэнергии (формы волны, частоты и т. Д.) Требуется, чтобы эти гармоники были уменьшены или устранены: для этого устанавливаются фильтры анти-гармоник, адаптированные к сети и оборудованию в здании: для их проектирования требуется высокоспециализированное исследование.
В чрезвычайно специфических промышленных случаях (печи, используемые в металлургии, сварочных машинах) эти фильтры неадекватны, и сеть электроснабжения должна быть спроектирована с учетом этой функции.
Вернуться к содержанию ↑
3. Уменьшить потери тепла в сети электроснабжения
Эти потери производятся потоком, проходящим через все части сети электроснабжения здания (эффект Джоуля).
Замена старых аппаратов или оборудования на более современное оборудование может значительно снизить эти потери:
1. Распределительные трансформаторы (до 3 МВА)
Технологические разработки в материалах и, в частности, ламинирование могут снизить потери при нагрузке от 15% до 20% независимо от того, имеет ли трансформатор масляный или сухой тип.
Масляный трансформатор «MINERA», герметичный тип с соединением шины Canalis
2. Электрические щиты и шкафы
Исследование распределительных архитектур позволило уменьшить длину проводников примерно на 40%, что позволило снизить потери энергии за счет эффекта Джоуля примерно на 30% (см. Рисунок 1). Кроме того, существует возможность экономии за счет выбора электрического распределительного устройства, встроенного в распределительный щит.
Рисунок 1 - Эволюция архитектуры электрического коммутатора между 1980 и 2010 годами
Это частный случай контакторов, которые часто появляются в некоторых номерах в автоматизированных системах: например, в то время как старый блок-выключатель модели D модели на автомат-стартере 20 А потреблял стабильную 20 Вт, только более новые модели требуют 7 Вт и менее.
Такие сокращения могут также избежать необходимости в кондиционировании воздуха в электрической комнате.
ИБП (источник бесперебойного питания)
Эффективность инвертора варьируется в зависимости от характеристик поставляемой нагрузки (в частности, коэффициента мощности): современные технологии позволили значительно повысить эффективность инвертора (что возрастает по мере увеличения коэффициента мощности) примерно на 10-15% по сравнению с более старыми системы.
В зависимости от мощности защищенной сети, поэтому можно добиться заметной экономии за счет замены старых инверторов.
Вернуться к содержанию ↑
Справка // Энергосбережение в зданиях Н. Чамье (Schneider Electric)