Новий метод енергозбереження для підприємств

Відділ інжинірингу компанії Вектор ВС розробив новий метод енергозбереження для підприємств.Він дозволяє значно збільшити розмір економії енергії при встановленні пристроїв компенсації реактивної потужності. CVR (Conservation Voltage Reduction) нова технологія енергозбереження.

Conservation Voltage Reduction (CVR) — це метод зменшення потреби в електроенергії та споживанні енергії шляхом зниження напруги в допустимих межах. Протягом багатьох років розподільчі підприємства використовували CVR для тимчасового зменшення навантаження, МВт у години пікового попиту на окремих фідерах або станціях, а в деяких випадках і в усій системі. CVR зазвичай впроваджувався у разі перевантаження обладнання та/або системних непередбачених ситуацій, даючи системним операторам час відновити систему до більш безпечної конфігурації. Для прикладу, зменшення напруги на 2,5% призводить до зменшення споживання на 2% В такому різі CVR=0,8.Це значення є середнім на основі проведених досліджень, та прийнято для розрахунку у калькулятору окупності.

Розглянемо декілька прикладів з реальних вимірювань, яким чином змінюється споживання при зниженні напруги,мережа СН:

Зниження напруги (РПН) на 2% призводить до зменшення споживання активної потужності на 1,2% (14 кВт)

---

Результати реальних вимірювань, мережа НН

Зниження напруги (РПН) на 1,25% призводить до зменшення споживання активної потужності на 2,5% (45 кВт)

Результати реальних вимірювань, LED освітлення:

Зниження напруги (РПН) на 1,5% призводить до зменшення споживання активної потужності на 2,1% (0,19 кВт)

CVR для різних типів навантаження та видів споживачів

CVR для різних типів навантаження		CVR для різних видів споживачів
Можна помітити два типи навантаження, які збільшують споживання активної потужності, при зниженні напруги: це комп’ютери та ноутбуки.		Відповідно до цих досліджень найбільше значення CVR характерне для промислових підприємств- 1,824, особливо у нічний період- 2,429

Деякі документи та дослідження. Звіт для департаменту енергетики США від 2010 року

Впровадження методу на 100% фідерів дозволить зменшити споживання активної енергії на 3,04%

Робоча група IEEE з розробки стандарту щодо впровадження CVR

Результати останніх досліджень IEEE стосовно CVR

Регулювання напруги при CVR

1.Зміна за допомогою РПН Використовується в системах розподілу

2.Зміна за допомогою ПБВ Використовується по місцю

3.За допомогою конденсаторів 0,4 кВ Використовується по місцю

Вплив конденсаторів на рівень напруги (0,4 кВ)

Розглянемо графік моменту підключення КУ на одному з об’єктів:

Рівень напруги зростає з 236,5 до 238,5 (на 0,84%).Реактивна потужність зменшується з 270 до 150 кВАр (на 120 кВАр).Тобто, для цієї мережі, напруга збільшується десь на 0,69 % при додаванні 100 кВАр реактивної потужності. Крім того, за рахунок підвищення напруги, споживання активної потужності збільшилось з 492,7 до 498 кВт. (на 5,3 кВт, або 1%).

Таким чином, підключення КУ призвело до зменшення споживання реактивної потужності на 120 кВАр ,та зростання споживання активної потужності на 5,3 кВт. Перерахуємо це у грошовий еквівалент 120 кВАр*0,10 грн та, 5,3 кВт*5 грн. Економія 12 грн за годину на реактивній потужності, та збільшення витрат на 26,5 грн. на активну потужність. Тобто збільшення споживання активної потужності перекриває розмір економії.

Регулюючий ефект конденсаторних пристроїв:

Чи є методи для оцінки впливу ПКРП на рівень напруги. Так, ця інформація доступна, наприклад, в матеріалах Ю.С. Желєзко наводяться наступні дані:

Таким чином вплив ПКРП на рівень напруги визначається потужністю джерела живлення. Наприклад, підключення ємності 300 кВАр до трансформатора 1000 кВА призведе до підвищення напруги на 1,77%. А підключення 600 кВАр до трансформатора 1600 кВА підніме напругу на 2,21%.

Врахування рівня напруги при встановленні ПКРП

Враховуючи попередні данні, щодо впливу реактивної потужності на рівень напруги. Цей фактор обов’язково повинен бути врахований при встановленні ПКРП. На графіках праворуч вимірювання на одному з підприємств, де рівень фазної напруги при включенні конденсаторів підвищився до значення 251 В. Це не тільки призводить до підвищеного споживання активної енергії, а також значно зменшує термін експлуатації всього підключеного до мережі обладнання.

Тобто в сучасних умовах, при встановленні ПКРП треба враховувати існуючий рівень напруги, та проводити заходи з його оптимізації, для отримання додаткової суттєвої економії за рахунок зниження споживання активної потужності.

Розрахунок встановлення ПКРП 780 кВАр без зниження напруги.

Зробимо розрахунок для ТП1600 кВА без зниження напруги. Рівень напруги до встановлення ПКРП 415 В. Після встановлення, виріс до 422 В, а саме головне, за рахунок підвищення напруги зросло і споживання активної потужності на 10,62 кВт на годину, збільшення споживання активної потужності перекриває розмір економії за рахунок компенсації реактивної(907 євро на місяць економія реактивної потужності, та -969, вартість додаткового споживання активної потужності.)

Розрахунок встановлення ПКРП 780 кВАр зі зниженням напруги 7,5%.

Тепер зробимо розрахунок для ТП1600 кВА зі зниженням напруги на 7,5%. Рівень напруги до встановлення ПКРП 415 В. Після встановлення, та зниження 7,5% дорівнює 391 В, а саме головне за рахунок зниження напруги зменшилось споживання активної потужності на 32,76 кВт на годину, зменшення споживання активної потужності значно збільшує розмір економії (907 євро на місяць економія реактивної потужності, та 2989, євро вартість економії активної потужності.)

Аналіз рівня напруги, при застосуванні методу CVR

При застосуванні методу CVR необхідно приділити особливу увагу провалам напруги, які існують в мережі підприємства. На графіках праворуч наведені вимірювання одного з промислових підприємств.На графіках рівня напруги можна відслідкувати одне переривання напруги, три провали, які перевищують за своєю глибиною інші(скоріше за все викликані зовнішніми причинами).Також окремо можна зазначити велику кількість просадок напруги до 200-195 В, які обумовлені запуском потужних двигунів. Під час зниження напруги обов’язково необхідно враховати ці просадки, та вживати заходів для їх зменшення.

Тип ПКРП при застосуванні методу CVR

На графіках приведені вимірювання на промисловому об’єкті під час роботи звичайних (контакторних) пристроїв компенсації реактивної потужності. Як ми можемо побачити, під час короткочасних піків споживання реактивної потужності(до 1,2 МВАр) звичайна ПКРП не встигає компенсувати цей накид споживання, що призводить до значної просадки напруги в мережі. Знижувати напругу в таких умовах дуже небезпечно, тому що значно підвищуються ймовірність відключення обладнання внаслідок недостатнього рівня напруги

Тип ПКРП при застосуванні методу CVR

У збільшеному масштабі момент пуску з попередньої сторінки (звичайні КУ в роботі). Споживання реактивної потужності біля 1145 кВАр. Воно є основним чинником зниження напруги з 226 до 214 В на 12В (5,6%). Додатковий струм з мережі під час пуску 2800-1600=1200А.

Тип ПКРП при застосуванні методу CVR

Аналогічний запуск після заміни звичайних, контакторних ПКРП, на установки динамічної компенсації 780кВАр. Споживання реактивної потужності в момент пуску близько 447 кВАр(проти 1145 кВАр). (установка миттєво включилася на повну потужність і компенсувала значну частину реактивної потужності). Зниження напруги з 232,5 до 229 В на 3,5 В (1,5%). Таким чином рівень просадки напруги знижений більш ніж у 3 рази. Додатковий струм з мережі під час пуску 1100-400=700А, зменшився на 500А.

Моделювання рівня напруги в мережі після встановлення ПКРП

На графіках праворуч відображені виміряні параметри напруги та струму(чорним кольором), та моделювання параметрів мережі при зниженні напруги на (5%) і встановленні швидкодіючої ПКРП. На графіку напруги можна помітити, що встановлення швидкодіючої ПКРП дозволяє зменшити просадку до 385 В, в порівнянні з 365 В, яка була раніше, також пікове значення струму зменшилося з 3,5 до 1,5 кА. Тобто запровадження швидкодіючої ПКРП дозволяє безпечно знизити напругу на 5%, та стабілізувати її.

Етапи впровадження проекту енергозбереження

1.Попередній аналіз показників за допомогою калькулятору окупності ПКРП.Зробити попередній аналіз можна за допомогою он-лайн калькулятора

2.При позитивних попередніх розрахунках, проведення необхідних вимірювань, аналізатором класу А для підтвердження попередніх даних, уточнення рівня просадок напруги, які існують в мережі.Для цього зв’язатися з відділом інжинірингу компанії Вектор ВС за телефоном +38 (067) 288-40-90

3.Аналіз проведених вимірювань. Надання звіту з урахуванням уточнених даних, та техніко-економічного обґрунтування впровадження проекту енергозбереження.

4.Впровадження проекту енергозбереження(розробка проекту підключення, закупівля, встановлення та пуско-наладка обладнання).

5.Проведення вимірювань, та підготовка звіту, щодо реальних показників енергозбереження проекту.

Висновки

1.Використання методу CVR в поєднанні з швидкодіючими пристроями компенсації реактивної потужності дозволяє суттєво підвищити економічний ефект від встановлення пристроїв компенсації, та в деяких випадках скоротити термін окупності проекту до 1 року.

2.Навпаки, встановлення пристроїв компенсації без урахування їх впливу на рівень напруги призводить до зворотнього ефекту. Зменшення споживання реактивної потужності перекривається збільшенням споживання активної потужності внаслідок зростання напруги. Особливо це вдається взнаки в сучасних умовах, коли вартість активної потужності зросла дуже суттєво.

3.Найбільш перспективними з точки зору ефективності впровадження цього методу є об’єкти в яких є наступні ознаки: 3.1.Підвищений середній рівень напруги, вище 1,05 Un. 3.2.Середнє завантаження трансформатору від 30%, а краще вище 50%. 3.3.Наявна можливість зниження напруги. 4.Крім зниження споживання реактивної та активної потужності цей метод дозволяє суттєво скоротити значення пікового споживання підприємства(в середньому на 2% на 1% зниження напруги).Це дозволяє отримати додатковий резерв потужності, та можливість встановлення нових виробничих ліній.