Решения по энергосбережению: стратегия распределения нагрузки по времени

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


На сегодняшний день накопление электроэнергии в достаточно больших объемах экономически нецелесообразно, а зачастую и технически невозможно, поэтому электроэнергия должна вырабаты- ваться в четком соответствии с ее потреблением. В связи с этим поставщики электроэнергии вынуждены обеспечивать уровень генерируемой мощности, равной максимальной нагрузке, которая не так часто встречается. В остальное время энергия может быть излишней и невостребованной, напоминая капитал, замороженный в неиспользованном оборудовании промышленных предприятий. По этой причине поставщикам электроэнергии выгодно сглаживать пики потребления. Распределение нагрузки по времени является активным подходом к энергосбережению, т.к. даже высокотехнологичные устройства могут создавать максимумы потребления.


Недопущение пиковой нагрузки

Одним из способов, которым энергетические компании заставляют потребителей избегать пиков в потреблении, заключается в том, что затраты на поддержание потенциально высокой мощности генерации электроэнергии перекладываются на тех, кто создает наиболее больший разброс потребляемой мощности. Счета за электроэнергию состоят из нескольких статей расходов. Одной из них является реально потребленная электроэнергия, другая (максимально допустимая мощность) обычно рассчитывается исходя из пиковой мощности потребления в предыдущий период, который может составлять год или квартал. Счета за максимально допустимую мощность выставляются компаниям с достаточно большим энергопотреблением за то, что поставщик поддерживает избыточный уровень генерации энергии и содержит необходимую инфраструктуру для обеспечения максимально возможного потребления в любое время, даже если это требуется достаточно редко. Если потребителю удается избегать пиков в потреблении электроэнергии, он может избежать дополнительных затрат за максимально допустимую мощность потребления, даже если фактическое потребление останется на том же уровне. Следует заметить, что резкое единоразовое увеличение мощности потребления электроэнергии заставляет нести дополнительные затраты в течение долгого времени, т.к. это поднимает плату за максимально допустимую мощность не только в следующем месяце, но и в последующий период времени, определяемый тарифом, доходящий до года. Это означает, что единоразовый всплеск потребления, продолжительностью пусть и несколько минут, может иметь достаточно долгие последствия в счетах за электроэнергию.


Рис K21.jpg



Рис. K21: Пример стратегии распределения нагрузки по времени


Для снижения всплесков потребления электроэнергии применяются автоматические системы управления и распределения электроэнергии, построенные на программируемых логических контроллерах. Максимально допустимая мощность рассчитывается как точное значение потребления электроэнергии за определенный промежуток времени, например, кВт∙ч за 15 минут. Целью управления является удержание общего потребления электроэнергии в любой такой промежуток времени ниже определенного уровня. Если потребитель расходует больший объем энергии за один из временных интервалов, система определяет это как назревающий пик потребления. В этом случае включается сигнал тревоги и, если диспетчер не предпримет определенные действия, система контроля начинает отключать неважные нагрузки в заранее установленном порядке до тех пор, пока состояние тревоги не будет сброшено, или не закончится временной отрезок. Все нагрузки потребителя разделяются на три категории: критические, важные и неважные. Обычно отключаются только неважные потребители энергии, причем порядок отключения может быть запрограммирован заранее.


Рис K22.jpg


Рис. K22: Влияние максимальной потребляемой мощности на счет за электроэнергию.


Если у потребителя электроэнергии есть достаточное количество неважных нагрузок, чтобы воздействовать на всплески потребления, можно уменьшить плату за максимально возможную мощность на 10-30%, которая может составлять до 60% от общей суммы счета за электроэнергию. Установка подобной системы обычно имеет срок окупаемости менее года.


Потребление по расписанию

Многим компаниям обычно предлагают тарифы на электроэнергию, зависящие от времени дня. Во время рабочего дня тарифы максимальны. Многие пользователи переносят время включения нагрузок, чтобы воспользоваться более дешевым тарифом. Обычно это относится только к нагрузкам, не требовательным ко времени включения.


Ограничение потребляемой мощности по требованию

Другая тактика недопущения создания пиков потребления – отключение нагрузок по запросу, что означает распределение и управление электроэнергией в зависимости от запросов пользователей с учетом возможностей питающей сети. Пользователям могут быть представлены определенные льготы, за то, чтобы они уменьшали потребляемую мощность, когда у сети нет возможности обеспечить электроэнергией всех потребителей. В основном такая ситуация возникает в наиболее жаркую погоду, когда обывателям и бизнесу необходима дополнительная мощность на вентиляцию и кондиционирование. В некоторых странах существуют специальные сторонние компании, которые анализируют параметры электрической сети и определяют цену электроэнергии в каждый момент.

Потребителям, согласившимся на отключение нагрузки при необходимости, предоставляются определенные льготы, а у поставщика появляется дополнительная энергия, которую можно продать. В любом случае у такой компании должен быть договор с потребителем, который должен сократить энергопотребление до заранее определенного уровня по первому требованию поставщика. Подобные контракты могут содержать как аварийные схемы потребления (потребитель должен уменьшить нагрузку под угрозой высоких штрафов), так и опционные (снижение потребления стимулируется материально, а потребитель решает сам насколько ему необходимо снизить нагрузку). Обычно контракты лимитируют продолжительность ограничений в пределах 2 - 4 часов и количество подобных ограничений (от 3 до 5) в год. У промышленности больше возможностей по применению указанной схемы, в то время как офисные или жилые строения не могут резко сократить энергопотребление без существенного влияния на комфорт находящихся в них людей.

Уведомление о необходимости ввода ограничения потребления электроэнергии поступает по телефону или автоматически с узла учета и мониторинга. Обычно оно приходит заранее, за 30-60 минут до момента, когда необходимо снизить потребляемую мощность. После получения уведомления потребитель либо вручную, либо при помощи программируемой автоматики последовательно отключает или сокращает энергопотребление своих нагрузок до достижения затребованного уровня. После этого автоматика узла учета и мониторинга или диспетчерская служба поставщика электроэнергии начинает отсчет времени ограничения потребления энергии.

После его завершения та же автоматика или диспетчерская служба посылает уведомление о завершении режима ограничения, и потребитель электроэнергии может восстановить нормальную работу оборудования или производства.

Выгода от применения ограничения потребления электроэнергии зависит от конкретных условий и тарифов. Применяются различные варианты поощрения клиентов за использование подобной схемы. Если у потребителя имеется достаточное количество некритичных ко времени работы нагрузок, отключение которых позволяет избежать пика потребления в электросети, его выгода может составить до 30% от общей суммы.

Срок окупаемости систем автоматического снижения потребления электроэнергии, как правило, составляет менее одного года. Без использования автоматических систем отключение нагрузки приходится проводить вручную, что приводит к определенным рискам, например, если диспетчер не успеет отреагировать на введение режима ограничения за определенное время. Если потребитель, работающий по такой схеме, не ограничит потребление электроэнергии, на него будут наложены достаточно высокие штрафы. Таким образом, установка автоматизированной системы, позволяющей избежать всплеска потребления и обеспечить ограничение потребления энергии по запросу поставщика, является достаточно выгодным вложением материальных средств.

Совместное использование оборудования контроля и управления электросетью и веб-сайта снижения потребления по требованию делает участие потребителя в схемах снижения нагрузки по запросу питающей сети более удобным. Подобный сайт дает возможность поставщику электроэнергии уведомить своих потребителей об аварийных или опционных ограничениях электроэнергии. Пользователи, узнав необходимость и условия опционного ограничения, могут проверить и проанализировать свое энергопотребление и, в зависимости от различных условий, более оперативно принять решение об опционном ограничении потребления электроэнергии. Подобный сайт также поддерживает функции аудита и записи прошедших событий, демонстрирующих функционирование сети.


Генерация энергии по месту использования

Выработка электроэнергии непосредственно на производстве позволяет добиться определенной гибкости. Наличие локального генератора позволяет обеспечить электроэнергией нагрузки, которые были бы отключены для недопущения пика потребления или согласно схеме снижения потребляемой мощности по запросу поставщика. Автоматизированная система электрической сети предприятия может быть расширена для внедрения системы управления генераторными установками, включенными в единую электрическую сеть предприятия. Автоматическая система управления может быть запрограммирована для постоянного сравнения стоимости электроэнергии, поставляемой энергетической компанией, со стоимостью энергии, вырабатываемой дополнительным источником энергии, например, автономным дизель-генератором. Если тариф поставщика электроэнергии выше стоимости энергии, вырабатываемой автономным генератором, автоматика переключает нагрузки на питание от локального источника энергии. Когда стоимость энергии от поставщика снижается, нагрузки автоматически переключаются на штатный режим работы, а генератор отключается. При этом надо учитывать, что в некоторых местах законодательно запрещено использование дизельных генераторов больше заранее определенного количества часов в год. Это сделано для сокращения выбросов вредных газов в атмосферу. Этот фактор также должен учитываться, т.к. он ограничивает возможности использования автономных генераторов.