Снижение потерь энергии - Эффективность мероприятий по снижению потерь

В процессе развития энергетического хозяйства страны наряду с решениями макрозадач (выбор структуры энергетического баланса страны, масштабов и способов развития топливных баз, магистральных транспортно-энергетических связей, распределения энергетических ресурсов между районами и категориями потребителей и т. д.) возникает множество относительно частных энергетических задач, которые целесообразно решать на основе самостоятельных технико-экономических расчетов. При этом необходимо соблюдать главное условие: такие технико-экономические расчеты должны обеспечивать соответствие получаемых с их помощью локальных решений глобальному оптимуму по энергетическому хозяйству в целом.
Потери мощности и энергии наряду с другими величинами (потерями напряжения, условиями устойчивости, режимом надежности и т. п.) относятся к показателем, определяющим пропускную способность электрических сетей. При этом снижение потерь энергии следует рассматривать не обособленно, а в совокупности с общей проблемой повышения пропускной способности и рентабельности сети. Мероприятия по снижению потерь должны вытекать из общей программы управления энергосистемой с учетом оптимальной стратегии ее развития.

При расчете экономического эффекта мероприятий по снижению потерь энергии в электрических сетях необходимо учитывать не только экономический эффект от непосредственного снижения потерь энергии, но и экономический эффект от повышения качества электроэнергии, от повышения пропускной способности сети, от повышения, надежности электроснабжения и т. д. В зависимости от составляющих экономического эффекта мероприятия по снижению потерь можно подразделить на несколько групп.

Группа 1.

Мероприятия по снижению потерь, экономический эффект которых включает в себя экономический эффект от снижения потерь энергии, от улучшения качества энергии Эк, от повышения пропускной способности сети Эп.с. — замена проводов на перегруженных линиях;

1. определение и задание оптимальных режимов потребления реактивной мощности промышленным предприятиям и узлам электропотребления;   
2. перевод генераторов в режиме синхронных компенсаторов;        
3. экономическое распределение потоков мощностей в неоднородных замкнутых сетях путем подбора оптимальных неуравновешенных коэффициентов трансформации на трансформаторах связи;   

экономическое распределение потоков мощностей в неоднородных замкнутых сетях при помощи установки устройств продольно-поперечного регулирования.

Группа 2.

Мероприятия по снижению потерь, экономический эффект которых включает в себя экономический эффект от снижения потерь энергии, от улучшения качества энергии Эк, от повышения пропускной способности сети Эп.с. и от снижения потерь реактивной мощности!

1. компенсация реактивной мощности путем установки батарей статических конденсаторов;
2. компенсация реактивной мощности при помощи синхронных компенсаторов;
3. повышение степени использования компенсирующих устройств, имеющихся в энергосистеме;
4. стимулирование установки КУ у промышленных потребителей;
5. оптимизация уровня рабочего напряжения в центрах питания радиальных сетей;
6. замена трансформаторов с. ПБВ на трансформаторы с РПН;
7. применение устройств автоматического регулирования коэффициента трансформации трансформаторов;
8. применение устройств автоматического регулирования мощности БСК;
9. систематическое проведение расчетов оптимальных режимов по реактивной мощности с учетом потерь в сети.

Группа 3.

Мероприятия, которые учитывают в дополнение и экономический эффект от повышения надежности электроснабжения:
— оптимизация загрузка электрических сетей за счет сооружения «разгрузочных» линий;
— повышение номинального напряжения путем сооружения глубоких вводов высокого напряжения в центры электропотребления.

Группа 4.

Мероприятия, учитывающие экономический эффект от снижения потерь и от снижения потерь реактивной мощности: 

1. замена оборудования на оборудование с меньшими расходами электроэнергии на холостой ход;
2. упорядочение мощностей трансформаторов в соответствии с их нагрузкой.

Группа 5.

Мероприятия, увеличивающие ущерб от снижения надежности электроснабжения:

1. оптимизация режимов работы трансформаторов на двух и белее трансформаторных подстанциях в режиме малых нагрузок и с сезонной нагрузкой;
2. экономическое распределение потоков мощностей в неоднородных замкнутых сетях путем размыкания сетей в оптимальных точках;
3. повышение номинального напряжения сети за счет снижения ее уровня изоляции.  

Группа 6.

Мероприятия по снижению коммерческих потерь и повышению уровня эксплуатации сети.
Сравнительная эффективность мероприятий по снижению потерь энергии в сетях зависит от большого количества факторов, в том числе от взаимного влияния мероприятий друг на друга. Это влияние имеет место не только между группами мероприятий, но и внутри групп. Так, например, эффективность замены проводов на перегруженных линиях определяется не только загрузкой линий и стоимостью замены, но и возможностями установки компенсирующих устройств в узлах сети, возможностями общего повышения номинального напряжения сети и т. п. и в первом, и во втором случае замена провода может оказаться нецелесообразной, так как разгрузка линий будет достигнута другим, более экономичным путем.
Мероприятия по снижению потерь в сетях нужно выбирать исходя из принципа достижения максимума народнохозяйственного эффекта (минимума приведенных затрат) при выполнении условий по надежности электроснабжения и качеству электроэнергии.
В связи с этим в первую очередь планируется выполнение беззатратных и малозатратных организационных мероприятий и мероприятий по снижению коммерческих потерь и повышению уровня эксплуатации сети.
Проведенные оценочные расчеты показали, что наиболее эффективными из технических мероприятий являются мероприятия второй группы (табл, 3), в первую очередь мероприятия по компенсации реактивной мощности при помощи батарей статических конденсаторов и синхронных компенсаторов. Показатель эффективности этих мероприятий достигает более 30 кВт-ч на рубль капиталовложений. Удельное снижение потерь при установке батарей конденсаторов в сетях потребителей, получающих питание от трансформаторов 220/6—10 кВ, согласно [26], составляет 70 тыс. кВт-ч в год на 1 Мвар БК; от трансформаторов 110/6—10 кВ — 200 тыс. кВт-ч в год; от трансформаторов 35/6—10 кВ — 300 тыс. кВт-ч в год.
Согласно [25], ввод компенсирующих устройств с капиталовложениями в размере около 335 млн. руб. обеспечит снижение потерь электроэнергии на 5,7 млрд. кВт-ч.

Синхронные компенсаторы устанавливаются в энергосистемах, главным образом, по условиям работы дальних электропередач, а также в узлах сети, где пропускная способность питающих линий не находится в соответствии с их загрузкой, особенно в послеаварийных режимах. Поэтому установка синхронных компенсаторов как средство снижения потерь менее эффективна. Согласно [25], эффективность синхронного компенсатора не превышает 80—100 тыс. кВт-ч/Мвар в год, что определяется повышенными по сравнению с БСК удельными потерями мощности, а также местом его размещения в сети, при котором в большинстве случаев снижение потерь электроэнергии достигается только в сетях 110—220 кВ. Коэффициент эффективности, как показали оценочные расчеты, при компенсации реактивной мощности при помощи синхронных компенсаторов составляет около 10—413 кВт-ч на рубль капиталовложений.
Снижение загрузки воздушных линий путем сооружения «разгрузочных» воздушных линий, замены проводов на действующих ВЛ также является эффективным техническим мероприятием по снижению потерь энергии. Проведенные оценочные расчеты показали, что при отборе технических мероприятий по снижению потерь электроэнергии в сетях энергосистем необходимо ориентироваться на граничное значение показателя эффективности, равное 25 кВт-ч на рубль капиталовложений [25]. При нагрузках воздушных линий, близких к допустимым по нагреву, т. е. при плотностях тока 2,2 А/мм² и более, осуществление дополнительного линейного строительства в целях снижения потерь следует считать обоснованным. При указанной (и даже несколько меньшей) нагрузке сооружение «разгрузочной» воздушной линии, как правило, определяется не только экономическими соображениями, но и техническими условиями — обеспечением надежности электроснабжения в послеаварийных режимах работы сети. Поэтому строительство «разгрузочной» воздушной линии уже эффективно, когда удается добиться снижения потерь в размере 12—15 кВт-ч и выше на рубль капиталовложений.
Анализ загрузки воздушных линий 35—500 кВ по стране позволяет выявить общую протяженность воздушных линий, работающих с плотностью тока, при которой обосновано сооружение дополнительных ВЛ в целях снижения потерь энергии. Общая длина таких воздушных линий составляет 13,5 тыс. км, в том числе 11,5 тыс. км ВЛ — 110 кВ и 2,0 тыс. км ВЛ — 220 кВ.
Большой эффект от снижения потерь можно получить в результате оптимизации загрузки трансформаторов на подстанциях путем замены или установки дополнительных трансформаторов. Анализ загрузки трансформаторов подстанций энергосистем страны определил целесообразность дополнительного ввода трансформаторной мощности в размере 5 млн. кВ-А, в том числе на напряжение 220 кВ — 3,8 млн. кВ-А, на напряжение 330 кВ— 1,2 млн. кВ-А.

Таблица 3
Оценочная эффективность мероприятий по снижению потерь (по данным литературных источников)

Эффект попутного снижения потерь при замене трансформаторов на более мощные составляет около 9 кВт-ч на рубль капиталовложений· Общие капиталовложения, связанные с дополнительной установкой трансформаторов 220 и 330 кВ, оцениваются в 55 млн. руб., а снижение потерь составит 500 млн. кВт-ч в год.
Перевод сетей на повышенное напряжение за счет снижения уровня изоляции как экономически обоснованное мероприятие по снижению потерь энергии наиболее эффективен в сетях 6 и 0,22 кВ.
По данным института Укргипэнерго, эффект попутного снижения потерь энергии при переводе линий с 6 на 10 кВ составит по стране 0,8 млрд. кВт-ч/год, а при переводе линий с 0,22 на 0,38 кВ — 0,1 млрд. кВт-ч/год. Необходимые капиталовложения, связанные с переводом линий, составляют около 75 млн. руб.
Эффективными оказываются мероприятия по секционированию сетей ПО кВ, так как они относятся к разряду режимных и практически не требуют капитальных затрат (небольшие затраты требуются лишь на выполнение схем АВР).
Об эффективности секционирования сети 110 кВ свидетельствует опыт ОДУ Урала. В настоящее время в ОЭС Урала внедрено 15 мероприятий по секционированию сети ПО кВ, что снижает потери в целом в ОЭС Урала на 3,3%.
По оценкам ОДУ Урала, при внедрении всеми энергосистемами страны только по одному мероприятию по секционированию сети 110 кВ суммарная экономия электрической энергии составила бы около 1 млрд. кВт-ч, т. е. около 1 % потерь электроэнергии в целом по Минэнерго.
При современном уровне развития электросетевого хозяйства страны секционирование сетей 220 и 330 кВ как средство снижения потерь энергии не получило распространения в связи с недостаточным развитием в настоящее время сетей более высоких ступеней напряжений и, как следствие, снижением при секционировании надежности питания узлов сети 110 кВ. Следует отметить также, что присоединение к сетям 220 и 330 кВ значительной генерирующей мощности при секционировании сетей этих напряжений ухудшает условия параллельной работы электростанций. В перспективе при передаче сетям 220 и 330 кВ распределительных функций необходимость их секционирования неминуемо возникнет, поскольку оно будет определяться одновременно соображениями ограничения токов короткого замыкания.

Основным средством исключения неблагоприятного потокораспределения при параллельной работе сетей 220 и 500 кВ, а также 330 и 750 кВ является принудительное потокораспределение с помощью специальных вольтодобавочных трансформаторов с продольно-поперечным регулированием. Проведенные расчеты показали, что использование поперечного регулирования позволяет добиться заметного снижения потерь энергии. Снижение потерь электроэнергии от установки и использования одного устройства РПН в замкнутых контурах электрических сетей составляет от 500 до 1200 тыс. кВт-ч в год.
По оценке [25], за счет ведения оптимального режима работы сетей может быть достигнут эффект общего снижения потерь электроэнергии в сетях около 2 млрд. кВт-ч в год. Эта оценка учитывает необходимость полного внедрения АСДУ, т. е. повсеместного использования в практической деятельности программ оптимизации режима работы сети. Решение этой задачи предопределяет необходимость оснащения вычислительной техникой энергосистем страны.
Снижение потерь электроэнергии в оптимизационном режиме предопределяет целесообразность отключения малозагруженных трансформаторов при сезонном снижении нагрузки. В целом по стране, согласно [25], за счет сезонного отключения трансформаторов 35 и 110 кВ можно достигнуть экономии электроэнергии около 190 млн. кВт-ч в год.
Оценки экономической эффективности мероприятий, полученные различными исследователями [3, 21, 25—28], сведены в табл. 3.

Таким образом, эффект за счет осуществления ряда мероприятий, характеризующихся относительно небольшими дополнительными капитальными вложениями, составляет:

1. Полное использование РЭУ и ОДУ средств вычислительной техники     2,5..млрд. кВт-ч
2. Отказ от параллельной работы неоднородных сетей (при их неблагоприятной загрузке) . . . . . . ... 0,5 млрд. кВт-ч
3. Отключение малозагруженных трансформаторов . .     0,2 млрд. кВт-ч
4. Выравнивание нагрузки по фазам в сетях до 1000 В . .. 0,4 млрд, кВт-ч

Осуществление указанных мероприятий позволило бы сократить потери энергии для 1981 г. на 3,6 млрд. кВт-ч (0,31%) и довести значение относительных потерь до 8,8—8,9%.