Польза от компенсации реактивной мощности
Компенсация реактивной мощности в потребительских сетях РФ. Экономическое стимулирование внедрения КРМ в России. Реальные выгоды от компенсации реактивной мощности.
Компенсация реактивной мощности «на местах» у потребителя по одной из наиболее целесообразных в каждой конкретной ситуации схем (централизованная, групповая, индивидуальная или комбинированная) остается самым эффективным и разумным способом снижения уровня энергозатрат и повышения качества передаваемой/потребляемой электроэнергии.
Вместе с тем, государство по факту не в состоянии обеспечить даже крупных потребителей электрической энергии установками компенсации реактивной мощности ни по схемам лизинга, ни с помощью государственных преференций – самим потребителям в виде действенных и ощутимых налоговых льгот, или банковским институциям для снижения кредитных ставок на целевые займы по приобретению установок КРМ. Т.е. пока проблема компенсации реактивной мощности на местах полностью выведена в плоскость потребителя, и каждый владелец нагрузки продолжает решать вопрос необходимости использования установок компенсации реактивной мощности, руководствуясь собственными критериями для оценки целесообразности принимаемого решения.
Экономическое стимулирование внедрения КРМ в России
Несмотря на формирование Новой России более десятилетия технические потери энергии из-за перетоков паразитной реактивной мощности компенсировались государством по «советской» методике путем введения добавок к базовому тарифу на электроэнергию. Отмена на рубеже веков «Правил пользования электрической и тепловой энергией» и ведение в действие N 184-ФЗ «О техническом регулировании» выбросило страну буквально в правовой вакуум, причем необязательными для исполнения стал целый ряд базовых государственных стандартов и стандартов организаций, среди которых СО 153-34.20.185-94, СО 153-34.20.118-2003 и СО 153-34.20.112 (Указания по выбору средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности при проектировании электроснабжения сельскохозяйственных объектов и электрических сетей сельскохозяйственного назначения) формировали предметную базу для компенсации реактивной мощности на местах.
Несколько нормализовалась ситуация после 2004 года (Постановления Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2004 г. N 861«Правила недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг», от 31.08.2006 № 530«Правила розничного рынка электроэнергии и мощности, и порядка ограничения потребителей», № 530 «Об утверждении Правил функционирования розничных рынков электроэнергии в переходный период функционирования электроэнергетики», от 1 марта 2011 г. N 129 изменения к «Правилам технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям», а также Приказ министра промышленности и энергетики РФ № 49 от 22.02.2007 «Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах электроснабжения)»), хотя вся накопленная нормативно-правовая база в целом была ориентирована на сети низкого напряжения и основывалась на введении мало понятных стимулирующих добавок. Т.е. забытым остался сегмент потребителей в сетях среднего и высокого напряжения, где значительны используемые мощности и существенна выгода от компенсации реактивной мощности на местах.
Попытка выхода на масштабных потребителей реактивной мощности была сделана Правительством РФ в постановлении № 442 «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии» и «Основные положениями функционирования розничных рынков электрической энергии» (от 04.05.2012), а также проекте Постановления от 17.01.2014 «Об определении стоимости услуг по передаче электрической энергии с учетом оплаты резервируемой максимальной мощности», где помимо формализации новой терминологии (максимальная мощность, резервируемая максимальная мощность) установлен срок начала оплаты потребителями с электрическими нагрузками от 750 кВА резервируемой максимальной мощности (с 1 июля текущего года). Упрощенно суть вопроса -потребитель будет оплачивать по специальным тарифам при отсутствии данных о почасовых объемах потребления электроэнергиисовокупную максимальную мощность всех энергопринимающих устройств на объекте, а при наличии данных о почасовых объемах потребления электроэнергии – резервируемую максимальную мощность или разность между совокупной максимальной мощностью всех энергопринимающих устройств на объекте и потребленной мощностью согласно средств учета электроэнергии.
Т.е. с учетом обязательности включения в договора на поставку электроэнергии максимальной мощности, которая будет определяться сетевой организацией по суммарной максимальной мощности подключенных энергопринимающих устройств и даже при наличии средств учета почасовых объемов потребляемой электроэнергии владелец нагрузок с потреблением от 750 кВА реактивной мощности должен или использовать/не использовать, но оплачивать резервируемую максимальную мощность, или отказываться от части энергопринимающих устройств, перезаключая договор с поставщиком электроэнергии.
Реальные выгоды от компенсации реактивной мощности.
На текущий момент безусловным остается факт – компенсация реактивной мощности реально выгодна потребителю только в случае использования установок КРМ до границы балансовой принадлежности сети, причем экономическая, а вернее энергетическая выгода будет тем выше, чем ближе установка КРМ к потребляющей реактивную энергию нагрузке.
В отличие от ряда стран ЕС, где потребитель по факту может реализовать сэкономленную или производимую (из возобновляемых источников) электроэнергию, в России экономическая выгода от компенсации реактивной мощности нематериальная, т.е. имеет только условный денежный эквивалент и основывается на возможности снизить объемы заказываемой по договору полной мощности или наращивать реальную потребляемую активную мощность путем подключения дополнительной загрузки.
Вместе с тем, в существующей ситуации некорректно говорить о малой выгоде централизованной схемы компенсации реактивной мощности, поскольку КРМ на входе силовой линии на объект в значительной степени позволяет нивелировать недостатки компенсации реактивной мощности в распределительной сети электросетевой организации. Т.е. оптимальным вариантом для предприятия можно было бы считать использование комбинированной схемы компенсации реактивной мощности с КРМ на границе балансовой принадлежности (но со стороны потребителя) и оптимизированные «точечные» интеграции установок по индивидуальной или групповой схемах с максимальной приближенностью установки к потребляющей реактивную энергию нагрузке.
| Схема компенсации | Оптимальное применение | Ожидаемый эффект |
|---|---|---|
Централизованная на подстанции 10 (6)/0.4кВ: на стороне высшего напряжения 6(10) кВ,или на границе балансовой принадлежности | Наличие на объекте высоковольтных электродвигателей 6(10) кВ и/или равномерный график нагрузки | Возможность подключения к сборным шинам дополнительной мощности, повышение качества электроэнергии |
Централизованная на подстанции 110 (35)/10 (6) кВ: на стороне низшего напряжения(в случае если граница балансовой принадлежности проходит по стороне 110 (35) кВ) | Снижение активных потерь в трансформаторах 110 (35)/10 (6) кВ и токоведущих кабелях, возможность подключения дополнительной мощности | |
Повышение качества электроэнергии и увеличение пропускной способности сетей по объемам активной мощности | ||
Централизованнаяна подстанции 10 (6)/0.4 кВ: настороне низшего напряжения 0,4 кВ | В узлах динамической нагрузки с широким диапазоном потребления реактивной мощности | Снижение активных потерь в трансформаторах 10 (6)/0,4 кВ и возможность подключения дополнительной мощности |
Групповая на стороне низшего напряжения0,4 кВ | Группа однородных по характеру нагрузки потребителей | Снижение активных потерь в трансформаторах и питающих линиях, повышение стабильности сетевого напряжения |
Индивидуальная (возле нагрузки) на стороне низшего напряжения 0,4 кВ | Единичный потребитель-нагрузка, коммутируемый отдельным выключателем | Снижение активных потерь во всей распределительной сети благодаря нивелированию перетоков реактивной мощности |
ООО «Нюкон»
Источник
Зачем нужна компенсация реактивной мощности
Компенсация реактивной мощности на предприятии позволяет существенно сократить расход электроэнергии, снизить нагрузку на кабельные сети и трансформаторы, продлив тем самым их ресурс.
Где необходимы конденсаторные установки?
Как известно Основные потребители электроэнергии на промышленных предприятиях являются такие индуктивные приемники, как асинхронные электродвигатели, трансформаторы, индукционные установки и т. д. Работа этих приемников связана с потреблением реактивной энергии для создания электромагнитных полей.
Реактивная энергия («паразитная» энергия) не производит полезной работы, а, циркулируя между приемником и источником тока, приводит к дополнительной загрузке линий электропередачи и генераторов и, следовательно, снижает коэффициент мощности сети.
Наличие реактивной мощности является неблагоприятным фактором для сети в целом
В результате этого:
- Возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока
- Снижается пропускная способность распределительной сети
- Отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).
Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинус угла (ɸ) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е.: COS(ɸ)=Р/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение COS(ɸ) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.
Таким образом, применение Конденсаторных установок остро необходимо на предприятиях, использующих:
- Асинхронные двигатели (cos(ɸ) ~0.7)
- Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cos(ɸ) ~0.5)
- Выпрямительные электролизные установки (cos(ɸ) ~0.6)
- Электродуговые печи(cos(ɸ) ~0.6)
- Индукционные печи(cos(ɸ) ~0,2-0.6)
- Водяные насосы(cos(ɸ) ~0.8)
- Компрессоры(cos(ɸ) ~0.7)
- Машины, станки(cos(ɸ) ~0.5)
- Сварочные трансформаторы(cos(ɸ) ~0.4)
- Лампы дневного света(cos(ɸ) ~0,5-0.6)
Для повышения коэффициента мощности применяют силовые конденсаторы и конденсаторные установки, являющиеся наиболее выгодными источниками получения реактивной мощности.
Плюсы от внедрения Установок компенсации реактивной мощности:
- Снижение потребления электроэнергии (от 10-20%, а при cos φ (0,5 и менее) потребность в электроэнергии может сократиться более чем на 30%)и как следствие уменьшение платежей (за счет «исключения» реактивной энергии из сети)
- Уменьшение нагрузки (до 30%) элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевается их срок службы
- Увеличение пропускной способности системы электроснабжения потребителя (от 30-40%), что позволит подключить дополнительные мощности без увеличения стоимости сетей.
Увеличение КМ решается подключением к сети конденсаторных батарей, производящих реактивную энергию в количестве, достаточном для компенсации реактивной мощности, возникающей в нагрузке.
Способы компенсации
Наиболее выгодный способ компенсации определяется конкретными условиями данного предприятия, и его выбор производится на основании технико-экономических расчетов и рекомендаций наших специалистов. Как правило, компенсация должна производиться в той же сети (на том же напряжении), к которой подключен потребитель, что обеспечивает минимальные потери.
Какие решения мы предлагаем
Наша Компания предлагает полный спектр услуг, А ИМЕННО:
- Проведение выездных замеров параметров качества электроэнергии.
- Подготовка проекта, подбор необходимого оборудования с экономическим обоснованием его внедрения (с конкретными сроками окупаемости установок и денежной экономии).
- Изготовления оборудования, как серийного исполнения, так и нестандартного (учитывающую специфику конкретного предприятия).
- Проведение шеф монтажных работ, а также гарантийное и после гарантийное обслуживание.
Мы можем предложить как типовые решения, так и спроектировать, изготовить и внедрить на предприятии Заказчика уникальную систему компенсации реактивной мощности, учитывающую специфику конкретного предприятия.
В зависимости от потребности Заказчика установки могут изготавливаться как для внутренней, так и для уличной установки. Кроме этого возможен монтаж установок внутри утепленного блок-контейнера.
Для предприятий с резкопеременной нагрузкой (предприятия с большим количеством подъемно-транспортного оборудования, мощного сварочного оборудования и т.д.) мы предлагаем тиристорные конденсаторные установки, которые обеспечивают переключение ступеней конденсаторов с задержкой не более 20 мс.
Для выработки оптимального технического решения мы предлагаем выездные замеры параметров качества электроэнергии в сети предприятия. При необходимости наши инженеры выполнятшефмонтаж оборудования, а также любое гарантийное и послегарантийное обслуживание и ремонт.
Источник
Предисловие
Сразу оговорюсь, что данная статья имеет обзорный характер и не претендует на научный труд. Поэтому ряд вопросов автор рассматривает поверхностно. Почему «три в одном»? По нашему мнению существуют следующие аспекты компенсации реактивной мощности (РМ):
- РМ как фактор энергосбережения;
- РМ как фактор повышения качества электроэнергии;
- РМ как фактор экономии денежных ресурсов.
Мы намеренно опускаем все три аспекта. Это отдельная тема. Написание этой статьи ставило своей целью собрать воедино разрозненную общую информацию о компенсации РМ из различных источников, проанализировать ее и представить на суд читателей ее различные аспекты для более полного понимания сути этого процесса.
Как известно, электроэнергия – это товар, который имеет свое качество. Качество электроэнергии должно соответствовать требованиям ГОСТ 13109-97.
Сегодня потребителя интересуют три вопроса:
- Какого качества электроэнергию он купил и стоит ли она этих денег (в том смысле, какой убыток ему приносит каждое нарушение качества электроэнергии).
- На какие цели и в каком количестве Потребитель расходует электроэнергию, которую он покупает (рационально или нет).
- Как грамотно управлять энергопотреблением, чтобы свести к минимуму расход электроэнергии (в какой момент и какие нагрузки следует отключить, чтобы не превысить лимит потребления в часы договорного максимума.
Ремарка
По давно проверенной статистике, как только потребитель получает достоверную информацию о том, куда и сколько он тратит киловатт-часов, его суммарное потребление снижается на 10-15%. Это только «сливки» потенциала энергосбережения, которые можно снять без больших затрат на модернизацию электросети и оборудования.
Справка
Проведенные в Московском энергетическом институте под руководством д. т. н., проф. Абрамовича Б. Н. исследования влияния качества электроэнергии на работу электрооборудования показали, что при нарушении нормативных показателей качества электроэнергии (КЭ) происходит сокращение срока службы:
- силовых трансформаторов 10/0,4 – в 1,2-1,8 раза;
- асинхронных электродвигателей – в 1,5-2,5 раза;
- приводов, УПП и ПЧ – в 2,0-4,1 раза.
Например, стоимость ущерба от плохого качества электрической энергии в экономике США оценивается более чем в 150 миллиардов долларов в год (данные 2005 г.).
А как оценивается ущерб от плохого качества электроэнергии в экономике России?
Официальная статистика по степени серьезности и распределению падений напряжения отсутствует, но в настоящее время проводятся некоторые измерения регионального масштаба, которые могут дать информацию к размышлению. Например, в исследовании, проводимом одним из основных производителей электроэнергии, замерялись перепады напряжения на 12 участках мощностью от 5 до 30 МВА. За 10 месяцев было зафиксировано 858 перепадов, 42 из которых привели к сбоям и финансовым потерям. Хотя на всех этих 12 участках потребителями были производители с несложной технологией, финансовые потери составили 600 тыс. евро, а максимальная сумма убытков на один участок составила 165 тыс. евро.
Немного теории
Электрической сети в целом требуется равенство генерации и потребления активной и реактивной мощности. Основным нормативным показателем поддержания баланса активной мощности в каждый момент времени является частота переменного тока, которая служит общесистемным критерием. А основным нормативным показателем поддержания баланса реактивной мощности в каждый момент времени является уровень напряжения – местный критерий, который для каждого узла нагрузки и каждой ступени номинального напряжения существенно отличается. Поэтому в отличие от баланса активной мощности необходимо обеспечить баланс реактивной мощности не только в целом в энергосистеме, но и в узлах нагрузки. И оттого, где и как «гуляет» реактивная мощность (РМ) по сети, зависит многое, если не все.
Наглядным примером серьезности проблемы компенсации РМ является отчет Рабочей группы Госдумы РФ по расследованию причин московской аварии, произошедшей 25 мая 2005 г. В нем сделан вывод о том, что одной из главных причин аварии на подстанции «Чагино» явился дефицит источников реактивной мощности в электрической сети Москвы и Подмосковья. В отчете также указано, что такой дефицит создает угрозу повторения системных аварий.
Вот почему существует необходимость самого серьезного отношения к проблеме компенсации реактивной мощности.
Сегодня, когда строительство новых генерирующих мощностей очень дорого и невозможно в короткий срок, актуальным становится максимальное использование действующих ЛЭП и трансформаторов, повышая их пропускную способность за счет применения различных устройств управляемой компенсации реактивной мощности.
Как известно, полная мощность сети состоит из активной мощности Р, передаваемой в нагрузку, и реактивной Q, которая используется на нагрев обмоток электродвигателей и трансформаторов. Q отрицательно влияет на режимы работы электрической сети и показатели качества электроэнергии. Но без нее процесс получения полезной работы был бы невозможен. Рисунок 1.
Но отрицательное влияние РМ на сеть несоизмеримо больше, чем положительное. Недаром еще во времена заката СССР в конце 80-х директивно на всех промышленных предприятиях были установлены конденсаторные батареи. Знали, что делали.
Реактивный ток дополнительно загружает высоковольтные линии и трансформаторы, приводит к увеличению потерь активной (АМ) и реактивной мощности (РМ), влияет на уровень напряжения у потребителя. Большая величина РМ в сети приводит к несинусоидальности напряжения, появляются дополнительные потери в сети, электрических машинах и трансформаторах, сокращается срок службы изоляции кабелей и другого оборудования, появляются помехи и сбои в работе компьютеров, устройств автоматики, телемеханики и связи, возникают резонансные перенапряжения в электрических сетях.
При компенсации РМ происходит уменьшение потребления РМ и возврат ее в сеть (см. график 1). Вследствие этого полная мощность S, потребляемая из сети практически вся используется на полезную работу. Q1 уменьшается до значения Q2.
Использование установок компенсации реактивной мощности (УКРМ) позволяет
- разгрузить питающие ЛЭП, силовые трансформаторы и распределительные устройства;
- улучшить качество электроэнергии в сети;
- снизить расходы на оплату электроэнергии и общие затраты на энергопотребление
- подключить дополнительную активную нагрузку, без увеличения мощности силового трансформатора и без увеличения сечения питающего кабеля;
- увеличить срок службы электрооборудования;
- автоматически отслеживать изменения нагрузки и компенсации РМ (см. Рисунок 2).
Характерные отраслевые коэффициенты мощности приведены в Таблице 1.
Характерные отраслевые коэффициенты мощности
| Тип нагрузки | Примерный коэффициент мощности |
|---|---|
| Мукомольные и крупозаводы | 0,6-0,7 |
| Мясоперерабатывающие предприятия | 0,6-0,7 |
| Мебельные предприятия | 0,6-0,7 |
| Деревообрабатывающие предприятия | 0,55-0,65 |
| Молокоперерабатывающие предприятия | 0,6-0,8 |
| Машиностроительные предприятия | 0,5-0,6 |
| Авторемонтные предприятия | 0,7-0,8 |
Когда мы 7 лет назад начали заниматься проблемой повышения качества и надежности электроснабжения предприятий и снижения энергопотребления при помощи компенсации реактивной мощности, у нас появились вопросы:
- почему в одной сети конденсаторные установки работают отлично, экономят прилично, а в другой – неэффективно;
- почему при их использовании в некоторых случаях возникают нежелательные последствия;
- почему, решив одну проблему, возникают другие, и т.д.
Пришлось взяться за учебники, пройти техническое обучение, перелопатить кучу литературы и Интернет в поисках расчетов, методик выбора, характеристик процессов протекающих в электросетях при работе УКМ.
Мы пришли к выводу, чтобы понять суть процессов, протекающих в конкретной электросети, нужна достоверная техническая информация. Для этого мы начали проводить мониторинг параметров электросети. Были закуплены специальные приборы, позволяющие снимать одновременно несколько десятков характеристик электросети с интервалом в доли секунды. (Токи, напряжения, активные, реактивные и полные мощности по каждой фазе, Cos F, гармонический состав сети и т.д.). Полученная информация оказалась очень интересна (см. графики 1, 2).
Как видно из графиков, при выключенной конденсаторной установке Cos F «плавает» от 0,3 до 0,5. При включенной он фактически стабилен на уровне 0,75-0,8. Также при включенной УКРМ сглаживаются пульсации тока и напряжения, характер потребления становится более равномерным и исключает преждевременный выход оборудования из строя. И наконец, уровень нелинейных искажений (гармоник) в сети THDI находится в пределах нормы (не более 5-7%).
За 7 лет нами проведен мониторинг параметров электрических сетей более 30 промышленных предприятий Алтая различного профиля, проанализированы полученные данные, выяснены некоторые закономерности процесса потребления реактивной мощности (РМ).
Анализ результатов измерений в разных участках системы электроснабжения предприятия позволяет определить оборудование, влияющее на качество электроэнергии, генерирующее помехи, которые могут выводить из строя компьютеры и другое электронное оборудование. Такой анализ необходимо производить на объектах, где используются частотные электроприводы или имеют место частые коммутации мощных электроприемников (например сварочное производство).
Технический эффект, ожидаемый в результате применения УКРМ, представлен в Таблице 2.
Технический эффект ожидаемый в результате применения УКРМ
| Cos φ1, без компенсации | Cos φ2, с компенсацией | Снижение величины тока и полной мощности, % | Снижение величины тепловых потерь, % |
|---|---|---|---|
| 0,5 | 0,9 | 44 | 69 |
| 0,5 | 1 | 50 | 75 |
| 0,6 | 0,9 | 33 | 55 |
| 0,6 | 1 | 40 | 64 |
| 0,7 | 0,9 | 22 | 39 |
| 0,7 | 1 | 30 | 51 |
| 0,8 | 1 | 20 | 36 |
Экономический эффект от использования УКРМ выражается в значительной экономии энергоресурсов предприятиями, снижением расходов на ремонты и аварии, а также прямой выгодой в виде снижения платы за потребляемую электроэнергию.
Заключение
Для энергосистем, промышленных предприятий реактивная мощность всегда была и остается неизбежным атрибутом технологического оборота электроэнергии, влияющим на его экономическую эффективность. И поэтому использование такого мощного рычага воздействия как управление реактивной мощностью – один из наиболее эффективных и малозатратных способов энергосбережения как в энергосистемах, так и в сетях предприятий и ЖКХ. И оттого, как технически грамотно будет решаться этот вопрос потребителями с одной стороны, и энергоснабжающими организациями с другой, будет зависеть надежность всей системы электроснабжения страны.
В данной статье мы рассмотрели только общие аспекты компенсации РМ. Намеренно не были затронуты вопросы воздействия компенсации РМ на энергосбережение, качество электроэнергии, и экономическую эффективность деятельности предприятий. Все эти вопросы могут быть рассмотрены нами позже в случае заинтересованности читательской аудитории.
А. В. СИНЕЕВ,
член правления МОСЭП,
г. Барнаул.
Источник