CC BY
53
УДК 623.12.04.67; 658.26.004.18
М. Ю. Радов, А. Ю. Вдовин, А. М. Андреев, А. В. Рогов Астраханский государственный технический университет
КОМПЛЕКС СРЕДСТВ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА СУДОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРЕДПРИЯТИИ
Введение
Развитие энергосберегающих технологий - одно из важнейших направлений современной энергетической политики региона, что связано с постоянно растущими ценами на энергоносители. Весьма перспективными методами решения задач сбережения электроэнергии на предприятиях является использование автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) [1].
Оценка экономического эффекта от внедрения АСКУЭ на различных предприятиях России представлена на гистограмме (рис. 1).
40 35 30 25 20 15 10 5 0
Рис. 1. Экономический эффект от внедрения АСКУЭ на различных предприятиях России, %:
1 - Первоуральский новотрубный завод; 2 - Тейково, хлопчатобумажный завод; 3 - Выборгский целлюлозно-бумажный комбинат; 4 - Кемеровский коксохимза-вод; 5 - ОАО «Таганрогский металлургический завод»; 6 - ОАО «Металлист»; 7 - в среднем по России
АСКУЭ составляет один из растущих и перспективных сегментов рынка промышленной автоматизации. Только в электроэнергетике количество внедренных систем в России превысило 10 000. Таким образом, налицо появление автоматизированных систем управления технологиче-
скими процессами нового типа, ориентированных на проблемную область технологических процессов энергетики промышленного предприятия. Роль и значение таких систем в иерархии автоматизированных систем управления предприятия будут усиливаться, поскольку повышается роль энергетики в числе жизненно важных компонентов инфраструктуры предприятия в связи с ростом стоимости энергоносителей и энергии и ужесточением экологических ограничений в производстве [2].
Постановка задачи
Проблема проектирования АСКУЭ наиболее актуальна на судостроительных предприятиях. Это связано с тем, что эти предприятия имеют большую площадь, т. е. узлы энергосистемы находятся далеко друг от друга и связаны весьма распределенными линиями электропередачи. Таким образом, структура и состав АСКУЭ должны учитывать эти факторы.
Однако максимум эффекта внедрение АСКУЭ может дать только в том случае, когда потери в электросетях предприятия минимальны. Это означает, что сеть распределения электроэнергии должна быть сконфигурирована таким образом, чтобы нагрузка кабельных линий и трансформаторов была номинальной или близкой к номинальной. Но большинство судостроительных предприятий Астраханского региона за время своего существования претерпело значительные структурные изменения, а следовательно, изменилась и схема распределения электроэнергии. Обычно это выражалось в подключении новых электропотребителей либо к существующей сети, либо к сети, расширенной новыми трансформаторными подстанциями (ТП), и в отключении устаревших. Разумеется, получившиеся в результате таких изменений схемы далеки от оптимальных. Это нашло отражение в том, что при различных режимах работы какие-то ТП перегружены, в то время как другие работают практически вхолостую, и, как следствие, при этом растут потери в кабельных линиях и трансформаторах. Следовательно, разработке технического задания на проектирование АСКУЭ должны предшествовать расчет потерь в электросетях и оптимизация схемы электроснабжения. Целью оптимизации является обеспечение минимума потерь электроэнергии при различных технологических режимах работы предприятия [3].
Программный комплекс расчета потерь
Разработанное авторами специализированное программное обеспечение для расчета потерь в электрических сетях проводит математическую обработку данных, получаемых с контрольно-измерительных приборов предприятия, используя имеющиеся в базе данных технические характеристики таких элементов энергосистемы, как силовые трансформаторы и кабели. В программе используются методы планирования эксперимента и статистические методы на базе регрессионных зависимостей потерь электроэнергии от обобщенных характеристик схем и режимов электрических сетей. Получаемая модель отражает зависимость потерь электроэнергии от режимных и технологических факторов и позволяет проводить анализ электроэнергетической системы предприятия в установившемся режиме. При-
мер полученной математической модели зависимости суммарных потерь электроэнергии от технологических режимов работы производства и вариантов схемы энергопотребления отдельного цеха представлен на рис. 2.
Рис. 2. Модели зависимости суммарных потерь электроэнергии от технологических режимов работы производства и вариантов схемы энергопотребления цеха
Однако возможности программы этим не исчерпываются. Ее алгоритмы могут быть использованы в автоматизированных системах управления распределением электроэнергии (АСУРЭ). Фактически такие системы представляют собой АСКУЭ и средства телеметрических коммутаций, интегрированные в один комплекс. Основная идея такого использования заключается в том, что система будет вычислять и фиксировать потери в электросетях в режиме реального времени и выполнять соответствующие переключения, стремясь их снизить. При этом полученная система будет обеспечивать максимально возможный КПД электросети.
Если снижение потерь в электросетях явным образом отражается на снижении потребления электроэнергии, то внедрение АСКУЭ позволит уменьшить заявляемую электрическую мощность и потребление электроэнергии в результате повышения качества контроля над ее расходом [2, 4]. АСКУЭ ведет контроль расхода электроэнергии и мощности как по предприятию в целом, так и по его отдельным производственным подразделениям и даже по отдельным потребителям. Руководствуясь этими данными, получаемыми практически в режиме реального времени, предприятие имеет возможность планировать и прогнозировать электропотребление и максимальные нагрузки своих подразделений и наиболее мощных потребителей, а также разрабатывать нормализованные энергобалансы и комплекс мероприятий по рациональному использованию электроэнергии.
В настоящее время на рынке АСКУЭ работает 26 предприятий и организаций. Морфологический анализ технических и функциональных воз-
можностей АСКУЭ, представленных на российском рынке, показал, что наилучшему соотношению цена/качество для судостроительных предприятий Астраханской области удовлетворяет АСКУЭ, построенное на оборудовании НІ III «Энерготехника» (г. Пенза). Структурная схема АСКУЭ, разработанная авторами на базе НПП «Энерготехника» для судостроительного производства, представлена на рис. 3.
Рис. 3. Структурная схема учета энергоресурсов на промышленном предприятии на базе оборудования НПП «Энерготехника» для ОАО «Астраханский корабел»
Заключение
Программа расчета потерь была успешно внедрена на СП ОАО «Астраханский корабел». На основании полученных данных разработан комплекс режимных и технических мероприятий по оптимизации распределительных сетей предприятия, выявлены недогруженные и перегруженные трансформаторы и участки кабельных трасс, разработан план реконструкции системы энергоснабжения предприятия, включающий в себя замену некоторых трансформаторов и кабелей, установку коммутационной аппаратуры для оперативного изменения схемы электроснабжения. Результаты проведенной реконструкции представлены на рис. 4.
Р, кВт
5С
4С
3(
21
11
□ После реконструкции ■ До реконструкции
2
Рис. 4. Потери электроэнергии до и после реконструкции системы энергоснабжения: 1 - в трансформаторах; 2 - в кабельных трассах
Ожидаемый экономический эффект внедрения АСКУЭ на ОАО «Астраханский корабел» составляет 1 100 тыс. руб. в год, срок окупаемости разработки - 7 месяцев.
1. Щитников А. Я., Тыкоцкий А. Е. Автоматизация управления энергопотреблением // Промышленная энергетика. - 2002. - № 5. - С. 20-27.
2. Абакумов Ю. М., Мартынов А. А. Автоматизация управления энергопотреблением // Промышленная энергетика. - 2002. - № 6. - С. 22-29.
3. Железко Ю. С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
4. Железко Ю. С., Артемьев А. В., Савченко О. В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002.
THE MEANS SYSTEM FOR OPTIMIZATION OF DISTRIBUTION AND CONSUMPTION OF ELECTRIC POWER IN SHIPBUILDING ENTERPRISES
M. U. Radov, A. U. Vdovin, A. M. Andreev, A. V. Rogov
The results of the morphological analysis of technical and functional possibilities of the automatic control and account systems of electric power that are submitted on the Russian market for building systems in shipbuilding enterprises of the Astrakhan region are shown in the work. The structure chart of the automatic control and account systems of electric power designed by the authors for one of the shipbuilding enterprises is given here. The resource of designed software for calculation electric loss on the enterprise, the prospects of the use of the given software in integrations with control systems of electrical energy distribution are described here. The economic effect from introduction this automatic control and account systems of electric power and the software for calculation electric loss on the industrial enterprise is presented in the work.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
Получено 8.09.2004
