Энергосбережение и энергоэффективность

В настоящее время слова энергоэффективность и энергосбережение в энергетике стали употребляться практически ежедневно. Причин этому несколько и основная - это подъем в экономике, который потребовал больше электроэнергии. Ни для кого не секрет, что  за последние 20 лет, вводимые мощности можно пересчитать по пальцам одной руки и потому остро встала необходимость беречь и экономить электроэнергию.

Основными постулатами в экономии электроэнергии стали:

  • замена лампочек освещения на энергосберегающие;
  • установка датчиков движения для их включения;
  • установка рекуперативных лифтов и т.д.

Все это хорошо и полезно для жилых и офисных помещений, детских садов, школ и поликлиник, но это капля в море в сравнении с потерями в электрооборудовании крупных энергоемких предприятий – металлургии, нефтегазопереработки, целлюлозно-бумажных и других отраслях.

Основные потери в промышленности, условно, можно расположить по пути поступления электроэнергии от электрических станций к потребителю:

Рис.1 Путь распределения электроэнергии внутри предприятия

  1. Тр-р ГПП(110/10кВ), 2- Тр-р цеха(10/0,4кВ), 3- электродвигатели

От линии к ГПП, рис.1 позиция 1

На входе в любой завод стоит трансформаторная подстанция (ГПП), как правило, 110/10 кВ (6кВ) с трансформаторами, выработавшими свой ресурс или близкими к этому.

Опыт диагностики показывает, что к 30 годам интенсивной эксплуатации трансформаторов (в металлургии гораздо быстрее) значительно ослабевает крепление пакета активной стали, что приводит к вибрации и замыканию пластин между собой, в результате истирания изоляционного слоя. Наличие локальных очагов замыканий пакета может долго не сказываться на характеристиках трансформатора, особенно на масле, но это потери, которые сопоставимы с сотнями лампочек и десятками лифтов. Были случаи почти полного спекания пакета, а это уже потери в масштабе потребления десятка  9 этажных домов.

От ГПП к цеховым трансформаторам. рис.1 позиция 2

Далее по пути следования электроэнергии стоят понижающие трансформаторы цехов 10 (6) кВ/ 0.4 (0.22) кВ, у которых жизнь, не в пример труднее, чем у трансформаторов ГПП. На их «плечи» падают пусковые токи мощных двигателей, знакопеременная нагрузка станков и близкие КЗ в цехах. У них процессы вибрации и спекания пакета протекают гораздо быстрее. Встречались образцы, когда по состоянию пакета активной стали трансформатор был больше похож на масляный радиатор. Вторая сторона потерь в таких трансформаторах – это значительные токи по стороне НН и любое ухудшение контакта ведет к серьезным нагревам, а это тоже потери, пусть и на отопление распредустройств.

От цеховых трансформаторов к двигателям. рис.1 позиция 3

Следующими идут блоки электродвигатель – механизм. Здесь потери можно разделить на те, что на виду – подшипники и те, что не видны, - это проблемы в пакете, обмотках ротора и статора и центровка валов двигателя и механизма.

Последний пункт, наверное, самый важный, так как он лежит в основе всех остальных проблем. Плохая центровка приводит к выходу из строя подшипников, ослабляет крепление пакета активной стали, обмотки статора и ротора.

Оценить эти потери сложно, в статьях приведены измерения на малых двигателях с искусственно созданными проблемами и по оценкам авторов потери  составляют  от 0,5 до 3% от номинальной  мощности.

Если эти цифры наложить на мощности двигателей в 12,5 МВА, это уже значимые потери, да и менее мощные двигатели дадут не малый вклад в общие потери заводов, так как их большинство в промышленности.

Просуммировав в уме потери, которые есть на заводах, понимаешь, что школы, садики и поликлиники можно не учитывать, как и весь жилой комплекс.

Энергоэффективность.

Теперь то, что касается энергоэффективности. Это красивое слово в энергетике и промышленности, в основном, связано с тем, что не всегда двигатели по мощности соответствуют своим механизмам, трансформаторы двигателям, которые от них питаются, сечения шин и кабельных линий не соответствуют токам нагрузки и т.д.

Причин появления таких несоответствий много, но основные это:

  • не одновременный износ электродвигателя и механизма, или замена механизма отдельно от  двигателя;
  • результат модернизации цеха, когда старые трансформаторы, вроде бы проходят по мощности, но на деле работают с перегрузом, будучи уже значительно изношенными;
  • при замене оборудования кабельные связи, которые сложнее всего менять, оставлены старые  и уже не могут пропустить полный ток нагрузки, который в итоге уходит в тепло;
  • и еще целый ряд причин, связанных с человеческим фактором (ошибки проектирования и т.д.).

Комплексно этой проблемой не занимался практически никто. Сейчас на модной волне стали пробовать многие, но определить наличие потерь в подшипниках по их шуму и нагреву - это еще половина дела. Нужно разобраться, почему это произошло, какой вид вибрации к этому привел и каковы последствия вибрации для статора, ротора и пакета активной стали. А это значительно сложнее и мало кому по силам (см. раздел вращающиеся машины).

Рассчитать энергоэффективность еще более сложная задача, так как при этом нужно учесть реальное состояние и двигателя, и насоса (вентилятора), реально потребляемую из сети энергию и то, куда уходит разница между потребляемой и выдаваемой частью мощности.

Понимание этих проблем и знание реальной картины, происходящего с оборудованием дадут возможность принять меры по устранению или уменьшению непроизводственных потерь, дадут возможность сэкономить деньги и возможность воспользоваться высвободившейся электроэнергией другим потребителям.