Показатели и характеристики энергоагрегатов и сетей.

1. Понятие энергетического баланса, многоуровневый баланс электрической энергии.

2. Энергетический баланс агрегата и его структура.

3. Показатели энергетической экономичности агрегатов и сетей.

4. Показатели использования и энергетические характеристики агрегатов.

Способы получения энергетических характеристик.

1. Законодательные и правовые акты, используемые при разработке многоуровневого электробаланса:

- правила использования тепловой и электрической энергии;

- правило устройства электроустановок;

- инструкция по организации учета электроэнергии;

- методика расчета нормативов электрических потерь в энергосистеме;

- инструкция по расчету и анализу технологического расчета электроэнергии на передачу энергосистеме;

- инструкция по расчету потерь электроэнергии в трансформаторах и линиях электропередач;

- концепция учета (потерь) электроэнергии;

- решение Совета глав правительств СНГ об установлении единого времени для снятия показаний с приборов учета электроэнергии по межгосударственным линиям электропередач.

Основные понятия, используемые при разработке многоуровневого электробаланса:

Энергетический баланс – количественная характеристика производства, потребления и потерь энергии или мощности за установленный интервал времени на разных уровнях управления;

Отчетные потери электроэнергии по балансу – разность между электроэнергией, поступившей в сеть и отпущенной из сети, определенной по приборам учета электроэнергии.

Фактический небаланс электроэнергии – разность между электроэнергией, поступившей на объект и суммой двух составляющий электроэнергии отпущенной с объекта и израсходованной на нем.

Допустимый небаланс электроэнергии – диапазон возможной разности электроэнергии поступившей на объект и суммой двух составляющих: электроэнергии, отпущенной с объекта и электроэнергии, израсходованной на объекте, определяемый технически объяснимой инструментальной погрешностью системы учета электроэнергии на объекте.

Абонентские электрические сети – электрические сети, находящиеся на балансе потребителей.

Пропуск электроэнергии – количество поступившей в сеть электроэнергии и создающей в этой сети потери электроэнергии.

Беспотерьный полезный отпуск – вид полезного отпуска электроэнергии, при котором потребитель получает питание на данной ступени номинального напряжения, не создает потерь электроэнергии сети данного напряжения.

Малопотерьный полезный отпуск - вид полезного отпуска электроэнергии, при котором потребитель получает питание на данной ступени номинального напряжения от абонентской подстанции. а линия электропередач, питающая абонентскую подстанцию находятся на балансе энергосистемы.

Экспорт электроэнергии – коммерческие поставки электроэнергии по воздушным линиям, выделенные для совместной работы энергоблоков № 5, 6 Березовской ГРЭС на энергосистему Польши, энергетически не связанную с объединенной энергосистемой РБ.

Рынок перетоков электроэнергии – сальдо приема и отдачи электроэнергии по межгосударственным, межсистемным и другим линиям, связанным со смежными энергообъединениями, энергосистемами и энергоподразделениями.

Назначение баланса – определение величины отчетных потерь энергосистемы.

Балансы составляются на основе приборного учета, съем показаний приборов осуществляется оперативным персоналом ежемесячно 1-го числа в 00 часов по белорусскому времени, по межгосударственным линиям в 1 час по белорусскому времени.

Ежемесячно показания снимаются для уровней: объединенная энергосистема (ОЭС), РУП облэнерго, ФЭС, РЭС, электростанции (ЭлС), подстанции 35 кВ и выше (ПС) и распределительные линии 0, 38-10 кВ и выше (РЛ).

Дополнительно ежеквартально и нарастающим итогом с начала года снимаются показания по ОЭС, РУП облэнерго, ФЭС и РЭС.

Каждый баланс составляется на 3-ех уровнях:

1- системообразующие электрические сети напряжением 220-750 кВ (верхний уровень);

2- питающие электрические сети 35-110 кВ (средний уровень);

3- распределительные сети 0, 38-10 кВ (нижний уровень).

Отчетные потери более высокого уровня должны равняться сумме отчетных потерь в структурных подразделениях входящих в состав, а полезный отпуск электроэнергии – сумме полезных отпусков электроэнергии по структурным подразделениям, входящим в их состав.

Единицы измерения в балансе – кВт*ч. Условные обозначения:

– поступившая электроэнергия;

– отпуск электроэнергии;

– потери электроэнергии по балансу.

Баланс электроэнергии в общем виде:

(49)

Отпуск электроэнергии с шин электростанции каждого структурного подразделения энергосистемы для всех уровней определяется согласно «акта о составлении баланса электроэнергии на электростанции».

Величина фактического небаланса распределяется прямо пропорционально величине пропуска электроэнергии через присоединения, по которым не осуществляется коммерческий учет электроэнергии.

Величина допустимого небаланса определяется интегрированной величиной погрешности измерения электрической энергии и не относится к потерям.

Относительная величина потерь:

(50)

– пропуск электроэнергии через сеть.

Многоуровневый баланс составляют в строгом соответствии со структурным балансом модели.

На всех уровнях разработкой и корректировкой баланса занимаются службы главного инженера и сбыта электроэнергии.

Ответственность за составления баланса несет руководитель структурного подразделения.

Балансы представляются электрической почтой или по факсу не позднее 15 числа месяца, следующего за отчетным.

Баланс электроэнергии в электрических сетях объединенной энергосистемы, РУП облэнерго и ФЭС.

Поступление электроэнергии определяем по формуле:

(51)

где

– электроэнергия, отпущенная от шин электрической станции;

– электроэнергия полученная от энергоисточников, находящихся на балансе потребителей, в том числе от блок-станций, а также приобретенные (для дефицитных энергосистем) на рынке перетоков электроэнергии, зафиксированных приборами коммерческого учета.

Отпуск электроэнергии из сетей ОЭС, РУП облэнерго и ФЭС следует вычислять по формуле:

(52)

где

– полезно отпущенная электроэнергия собственным потребителями, зафиксированная приборами коммерческого учета;

– экспорт электроэнергии;

- расход электроэнергии на производственные нужды энергосистемы;

- электроэнергия, переданная избыточными энергосистемами на рынок перетоков электроэнергии, зафиксированная коммерческими приборами учета;

Баланс электроэнергии в электрических сетях верхнего уровня 220-750 кВ ОЭС, РУП-облэнерго, ФЭС

Поступление электроэнергии определяем по формуле:

(53)

где

– количество энергии, принятое через вводы 35-110 кВ автотрансформаторов 220 кВ и выше, электростанций и питающих подстанций;

– количество электроэнергии, принятое по межгосударственным и межсистемным линиям электропередачи 220-750 кВ.

Отпуск электроэнергии из электрических сетей верхнего уровня 220-750 кВ следует вычислять по формуле:

(54)

где

– количество электроэнергии, отпущенной через вводы автотрансформаторов 220 кВ и выше электростанций и понижающих подстанций за вычетом собственных нужд, питающихся от ТСН на шинах 6-35 кВ этих подстанций;

– количество электроэнергии переданное по межгосударственным и межсистемным линиям электропередачи 220-750 кВ (кроме экспорта);

– количество электроэнергии, отпущенной через резервные ТСН электростанций, подключенные к ОРУ 220 кВ и выше;

– количество электроэнергии, отпущенное на хозяйственные нужды понижающих подстанций 220 кВ и выше через ТСН, подключенные до вводов 6-35 кВ.

Пропуск электроэнергии W_прc через электрические сети верхнего уровня 220-750 кВ для вычисления относительной величины отчетных потерь электроэнергии ∆ W_% по балансу следует рассчитывать по формуле:

(55)

Баланс электроэнергии в электрических сетях среднего уровня 35-110 кВ ОЭС, РУП-облэнерго и ФЭС.

Поступление электроэнергии определяем по формуле:

(56)

где

– количество электроэнергии, принятое через вводы 35-110 кВ, автотрансформаторов 220 кВ и выше электростанций и понижающей подстанций;

– количество электроэнергии, принятое по межгосударственным и межсистемным линиям электропередачи 35-110 кВ;

– количество электроэнергии, принятое от энергоисточников, находящихся на балансе потребителей, в том числе от блок-станций.

Отпуск электроэнергии из электрических сетей среднего уровня 35-110 кВ следует вычислять по формуле:

(57)

где

– количество электроэнергии, отпущенной через вводы 35-110 кВ, автотрансформаторов 220 кВ и выше электростанций и вводы 0, 38-110 кВ понижающих подстанций, за вычетом собственных нужд, питающихся от ТСН на шинах 6-35 кВ этих подстанций;

– количество электроэнергии, переданное по межгосударственным и межсистемным и прочим линиям электропередачи 35-110 кВ (кроме экспорта);

– количество электроэнергии, отпущенное через понижающую подстанцию глубокого ввода, находящихся на балансе потребителей (возврат в сети энергосистемы по распределительным линиям 6-10 кВ).

– количество электроэнергии, отпущенной через резервные ТСН электростанций, подключенные к ОРУ 35-110 кВ;

– количество электроэнергии, отпущенное на хозяйственные нужды понижающих подстанций 35-110 кВ и выше через ТСН, подключенные до вводов 6-10 кВ.

Пропуск электроэнергии через электрические сети среднего уровня 35-110 кВ для вычисления относительной величины отчетных потерь электроэнергии по балансу следует рассчитывать по формуле:

(58)

Баланс электроэнергии в электрических сетях нижнего уровня 0, 38-10 кВ ОЭС, РУП-облэнерго, ФЭС и РЭС

Поступление электроэнергии в электрические сети нижнего уровня 0, 38-10 кВ и сети РЭС определяем по формуле:

(59)

– количество электроэнергии, принятое через вводы 0, 38-10 кВ, автотрансформаторы понижающей подстанции 35 кВ и выше за вычетом собственные нужды питающихся от ТСН, подключенных к шинам 6-10 кВ этих подстанций;

– количество электроэнергии, принятое на хозяйственные нужды понижающей подстанций 35кВ и выше, подключенных до вводов 6-10 кВ;

– количество электроэнергии, принятое по межгосударственным и межсистемным линиям электропередачи 0, 38-10 кВ;

– количество электроэнергии принятое с шин понижающих подстанций глубокого ввода, находящихся на балансе потребителей по распределительным линиям 6-10 кВ (возврат в сети энергосистемы).

Отпуск электроэнергии из электрических сетей нижнего уровня 0, 38-10 кВ и сетей РЭС следует вычислять по формуле:

(60)

где

– количество электроэнергии, переданное по межгосударственным и межсистемным и иным линиям электропередачи 0, 38-10 кВ;

Пропуск электроэнергии через электрические сети нижнего уровня 0, 38-10 кВ и сети РЭС для вычисления относительной величины отчетныхпотерь электроэнергии по балансу следует рассчитывать по формуле:

(61)

где

– отпуск электроэнергии с шин генераторного напряжения электростанций соседним структурным подразделениям по межсистемным и прочим линиям связи 6-10 кВ, находящиеся на балансе принимающей стороны;

– отпуск электроэнергии с шин 6-10 кВ понижающих подстанций 35 кВ и выше соседним структурным подразделениям по межсистемным и прочим линиям связи 6-10 кВ, находящиеся на балансе принимающей стороны;

– беспотерьный полезный отпуск электроэнергии с шин генераторного напряжения электростанции на напряжении 6-10 кВ по распределительным линиям 6-10 кВ, находящихся на балансе потребителей (абонентские или «прямые» распределительные линии от шин электростанций);

– беспотерьный полезный отпуск электроэнергии с шин 6-10 кВ понижающих подстанций 35 кВ и выше по распределительным линиям 6-10 кВ, находящихся на балансе потребителей (абонентские или «прямые» распределительные линии от шин подстанций);

– беспотерьный полезный отпуск электроэнергии с шин 0, 38 кВ на хозяйственные нужды электростанциЙ;

– беспотерьный полезный отпуск с шин 0, 38 кВ на хозяйственные нужды понижающих подстанций 35 кВ и выше.

Акт приемки-передачи электроэнергии из сетей ФЭС в сети РЭС должен подписываться комиссией, состав которой необхдимо определять приказом по ФЭС, утверждаться главным инженером ФЭС и предоставляться в РУП-облжнерго.

Баланс электроэнергии на электростанции

Акт о составлении баланса электроэнергии на электростанции должен предоставлять в ФЭС и РУП-облэнерго не позднее 14.00 2-го рабочего дня после отчетного периода.

Отпуск электроэнергии с шин каждой электростанции должен определяться в виде разницы между электроэнергией, выработанной генераторами и электроэнергией, израсходованной на собственные нужды электростанции, зафиксированной приборами учета:

(62)

Все составляющие баланса, за исключением потерь в главных трансформаторах электростанции определяется с помощью счетчиков коммерческого или технического учета.

Потери в главных трансформаторах электростанции определяются по формуле:

(63)

где

– нагрузочные потери электроэнергии в трансформаторе;

– потери электроэнергии холостого хода в трансформаторе;

Нагрузочные потери электроэнергии в главных трансформаторах электростанций определяем по формуле:

- для двухобмоточного трансформатора:

(64)

где

– потери активной мощности КЗ трансформатора, определяется по паспортным данным трансформатора;

– активная электроэнергия, пропущенная через обмотки низкого напряжения трансформатора за расчетный период времени, определяется по данным приборного учета на вводах трансформатора.

– расчетный период времени (годовой фонд);

– номинальная мощность трансформатора (по паспорту);

– коэффициент мощности.

- для духобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой:

(65)

- для трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора (66):

где

– потери активной мощности короткого замыкания, отнесенные к обмотке высокого, среднего и низкого напряжений трансформатора, кВт, принимаются по паспортным данным;

– активная электроэнергия, пропущенная через обмотки соответственно среднего и низкого напряжений трансформатора за расчетный период времени, определяется по данным приборного учета на вводах трансформатора.

– активная электроэнергия, пропущенная соответственно через первую и вторую часть обмотки низкого напряжения двухобмоточного трансформатора за расчетный период времени, определяется по данным приборного учета на вводах трансформатора.

Коэффициент мощности для определения потерь электроэнергии в главных трансформаторах подстанции определяется на основании данных приборов учета активной W_а и реактивной W_р электроэнергии, установленных на вводах трансформаторов определяем по формуле:

(67)

Потери электроэнергии холостого хода в главных трансформаторах электростанций определяются по формуле:

(68)

где

– потери активной мощности холостого хода трансыорматора, принимается по паспортным данным;

U_ср – среднее напряжение на обмотке трансформатора к номинальному напряжению которой отнесена величина потерь короткого замыкания;

U_ном – номинальное напряжение ответвления обмотки трансформатора к которой отнесена величина потерь короткого замыкания.

Относительная величина потерь электроэнергии в главных трансформаторах в процентах ∆ Wт_% принимаем по формуле:

( 69)

Номенклатура элементов расхода электроэнергии на собственные нужды подстанции:

- охлаждение трансформаторов и автотрансформаторов;

- обогрев, освещение и вентиляция производственных помещений;

- освещение территории;

- зарядно-подзарядные устройства, аккумуляторные батареи;

- питание оперативных цепей, цепей управления (переменный ток);

- обогрев ячеек КРУ и релейных щитов наружной установки:

- обогрев приводов и баков масляных выключателей;

- обогрев приводов отделителей и короткозамыкателей;

- обогрев приводов и маслоблоков переключающих устройств в РПН;

- обогрев электрических двигателей приводов разъединителей;

- обогрев электрических счетчиков не отапливаемых помещений;

- обогрев агрегатных шкафов, шкафов управления воздушных выключателей;

- питание компрессоров;

- обогрев воздухосборников;

- вспомогательные устройства синхронных компенсаторов;

- электрическое питание аппаратуры связи и автоматики;

- небольшие ремонтные работы в процессе эксплуатации;

- прочие.

Номенклатура элементов расхода электроэнергии на хозяйственные и производственные нужды энергосистемы

Объекты и виды работ:

- на электростанциях:

- цех централизованного ремонта (центральные ремонтные мастерские и ремонтно-механические мастерские);

- ремонтно-строительный цех;

- автохозяйство;

- склад оборудования и материалов;

- базисный склад топлива;

- административные здания включая отдельно расположенные служебные помещения различного назначения (учебные кабинеты, библиотека, медпункт, бытовые помещения, помещения для отдыха персонала, помещения для специализированных лабораторий, убежища, помещения пожарной и военизированной охраны);

- монтажные, наладочно-экспериментальные работы, капитальный, средний и аварийно-восстановительный ремонт зданий и оборудования, выполняемый персоналом электростанции или энергосистемы;

- наладочные и экспериментальные работы, выполняемые подрядными организациями если по условию договора с подрядчиком электростанция принимает на себя необходимый, при выполнении этих работ, расход электроэнергии;

- в электрической сети:

- ремонтные;

- масляное хозяйство, автохозяйство, базы механизации;

- учебные комбинаты и полигоны;

- склады оборудования и материалов;

- административные здания предприятий и районных электрических сетей помещения различного назначения (учебные комбинаты, библиотека, бытовые помещения, помещения для отдыха ремонтного персонала, помещения специализированных лабораторных, убежища, помещения пожарной и военизированной охраны и др.);

- монтажные, наладочные, экспериментальные работы, капитальный, средний и аварийно-восстановительный ремонт зданий и оборудования, выполняемые персоналом энергосистемы;

- служебные и жилые помещения оперативного персонала подстанции и автоматизированные ГЭС с дежурством на дому;

- насосные станции водоснабжения, котельные и электробойлерные, не входящие в отчет по форме 6-ТП;

В состав хозяйственных нужд энергосистемы, не включая предприятия и учреждения административно-подчиненные районам энергетического управления, но находящиеся на самостоятельном балансе (заводы ремонтно-механические, железобетонные конструкции, кирпичные, деревообрабатывающие, экспериментальные, строительные и строительно-монтажные).

Расчет небаланса электроэнергии на электростанции

На каждой электростанции ежемесячно по записям, показанию счетчиков в 0 часов местного времени 1-го числа каждого месяца должен составлять баланс электроэнергии.

Значение фактического небаланса электроэнергии: (70)

где

– выработка электроэнергии генераторами электростанции;

– поступление электроэнергии от энергосистемы.

Значение фактического небаланса электроэнергии должно быть меньше или равно значению допустимому небаланса

Значение допустимого небаланса электроэнергии:

(71)

где

– относительная погрешность i-го измерительного комплекса, соответствующая классам точности, входящим в него ТН, ТТ и счетчика, учитывающая поступающую (отпущенную) электроэнергию;

– доля электроэнергии, поступившая (отпущенная) через i-ый материальный комплекс;

К – количество измерительных комплексов, учитывающих электроэнергию, поступившую на шины электростанции;

m – количество измерительных комплексов, учитывающих отпущенную электроэнергию (в том числе на собственные и хозяйственные нужды электростанции).

Суммарная относительная погрешность i-го измерительного комплекса определяется по формуле:

(72)

где

– относительная погрешность счетчика по данным поверки;

– относительная погрешность ТА (ТН) соответствующая классу точности (по паспортным данным или данным поверки);

K – коэффициент, зависящий от доверительной вероятности при Р=0, 95 к=1, 1.

Долю электроэнергии, пропущенной через i-ый измерительный комплекс определяем по формуле:

(73)

где

– количество электроэнергии, отпущенной через i-ый измерительный комплекс за отчетный период;

– суммарное количество электроэнергии, поступившей (отпущенной) на шины электростанции за отчетный период.

Расчет небаланса электроэнергии на подстанции: (74)

2. Баланс агрегата и его структура.

Баланс агрегатов состоит из приходной и расходной части. Приходная часть включает энергию, входящую в агрегат одним или несколькими энергоносителями, а так же тепло экзотермических реакций, физическая энергия материальных компонентов производства.

Расходная часть включает полезную энергию (мощность) Э_полезн (Р _полезн), потери в агрегате Э_потери (Р _потери) и энергию (мощность) вторичных энергетических ресурсов Э_вт (Р _вт). Полезной считается та часть потребляемой энергии, которая используется на основной процесс, и связанные с ним сопутствующие физические процессы.

Агрегаты подразделяются на генераторы, преобразователи и приемники эл энергии.

В балансах генераторов полезная энергия представляет собой выработанную, а также к полезной относится энергия затрачиваемая на регенеративные процессы. В потребительских установках полезной является энергия, затрачиваемая на механические, химические, термические процессы. В преобразовательных установках полезной является энергия, отпущенная потребителям из системы преобразования.

Энергетические потери в агрегатах можно разделить на 2 основные группы: потери энергии от рассеяния в окружающую среду и потери от недоиспользования энергии.

В первую группу входят: потери на излучение или охлаждение агрегатов; потери от не плотности кладки парогенераторов, турбогенераторов и т.д.; потери связанные с утечкой энергоносителя; с охлаждающей водой; потери на трение, намагничивание железа и т.д.

Во вторую группы входят: потери связанные с отходящими газами; химической и физической неполноты сгорания топлива; неиспользование конденсата в теплообмене и т.д.

Факторы, влияющие на суммарную величину потерь: технологические параметры процесса; техническое состояние оборудования; производительность оборудования; степень использования энергии при данной конструкции агрегата; условия работы и качество эксплуатации агрегата.

Баланс электроэнергии агрегата определяется по формуле:

(75)

Баланс мощности агрегата определяется по формуле:

(76)

Суммарная величина потерь определяет экономичность работы агрегата. Не все потери являются безвозвратными, т.к. энергия может быть использована другим агрегатом. В расходную часть баланса включается полученная энергия вторичных энергетических ресурсов:

Баланс агрегата с учетом вторичных ресурсов:

( 77)

(78)

3. Энергетическая оценка экономичности работы агрегата проводится по показателям баланса мощности и энергии.

Показатели энергетической экономичности (ПЭЭ) подразделяются на абсолютные (общие) и относительные (удельные) в виде зависимостей:

Абсолютные показатели не всегда объективны в связи с не абсолютностью показателей агрегата, или экономичностью агрегата, но при разной нагрузке.

Основными относительными показателями являются:

· КПД

(79)

· Удельные суммарные потери:

(80)

· Удельный расход (с учетом вторичных ресурсов):

(81)

где

Т – расчетный период;

А – производительность или нагрузка агрегата;

П – объем производства за период.

Взаимосвязь удельных показателей можно отразить через удельное потребление мощности или энергия на единицу производительности, или продукции.

(82)

(83)

(84)

Рисунок 5 - График зависимости относительных показателей энергетической экономичности агрегата

Энергоэкономические характеристики электрических сетей.

Технико-экономическими характеристиками электрических сетей являются капитальные вложения в ВЛЭП и ТП как основные элементы электрических сетей.

Капитальные вложения в ВЛЭП зависят от номинального напряжения, сечения провода, типа опоры, числа цепей.

Удельные капитальные вложения задаются справочно-таблично для различных сочетаний данных факторов с учетом поправок на конкретную схему согласно формуле:

(85)

где

– поправка, которая дается на отклонение фактических условий от базовых.

Удельные капитальные вложения в ТП зависят от числа проводов, мощности, номинального напряжения и схемы электрических соединений и определяются по формуле:

(86)

где

– постоянная часть капиталовложений;

– капитальные вложения в i-ый трансформатор;

– капиталовложения в распределительные устройства j-го напряжения.

Представляют интерес удельные экономические показатели и закономерности их изменения в зависимости от следующих определяющих факторов: номинальное напряжение, передаваемая мощность или энергия. Относительно ЛЭП эти показатели целесообразно приводить на 1 км линии.

Рисунок 6 - Зависимость удельных капитальных вложений от номинального напряжения сети

Рассмотрим зависимость показателя удельных капитальных вложений в ЛЭП от уровня номинального напряжения (рисунок). При условии, что все линии одноцепные с однотипными опорами для одного климатического района удельные капиталовложения определяются в зависимости от числа расщепления в фазах, сечения проводов, номинального напряжения. Зависимость капиталовложений от номинального напряжения U построена на основе справочных данных и отражает в нижней части соответствующие минимальное значение сечения проводов F, а в верхней максимум и определяется по формуле:

(87)

Значения коэффициентов а, b, с могут быть получены с помощью метода наименьших квадратов.

Зависимость удельных затрат на 1 кВт передаваемой мощности имеет вид (рисунок).

В условиях одного номинального напряжения увеличение передаваемой мощности будет приводить к применению проводов большего сечения, а по мере ее дальнейшего увеличения – к применению более высокого напряжения. Данная зависимость объясняется тем, что при переходе одного номинального напряжения на другое темпы повышения пропускной способности ЛЭП выше темпов возрастания ее стоимости.

Рисунок 7 – Зависимость удельных капитальных затрат от передаваемой мощности

Если указанную зависимость построить для линии одного значения номинального напряжения, то получим экономичные значения интервалов нагрузок для разных сечений проводов по условию минимума удельных капитальных затрат.

Важным показателей является себестоимость передачи 1 кВтч электроэнергии, формула которой имеет вид:

(88)

– максимальная передаваемая мощность;

а, b – обобщенные коэффициенты.

Для линии одного напряжения зависимость себестоимости передаваемой электроэнергии от передаваемой мощности для 1 км ЛЭП при номинальном напряжении равном 220 кВ и марки провода АС-300 имеет вид:

Рисунок 8 - Зависимость себестоимости передачи электроэнергии

от передаваемой мощности для 1 км ЛЭП (U_н = 220 кВ, АСО-300)

Если рассматриваемые зависимости для ЛЭП разного напряжения совместить на одном графике и построить нижнюю огибающую линию, то получим следующую зависимость:

Рисунок 9 - Зависимость себестоимости и удельных приведенных затрат передачи электроэнергии от передаваемой мощности.

Для линий сверхвысокого напряжения необходимо учитывать не только затраты на опоры, провода и изоляцию, но и на устройства продольной и поперечной компенсации, которые увеличивают затраты, а также на концевые устройства: выпрямительные и инвентарные установки.

При окончательном выборе варианта электропередачи следует принимать во внимание не только экономические характеристики ЛЭП, но и всей энергосистемы, основным элементом которой является электропередача.

4. Показатели использования и энергетические показатели оборудования

Первичным элементом производственного процесса является операции:

- по составу операции могут быть простыми и сложными;

- по роли в производственном процессе – основными и вспомогательными;

- по движению во времени – прерывными и непрерывными;

- по размещению в пространстве – линейные и разветвленные.

При построению энергетических характеристик оборудования учитываются зависимости, которые относятся по времени, режиму работы, и производственному обслуживанию оборудования.

Рисунок 10 - Электропотребление при постоянном и переменном режиме работы

Показатели использования оборудования во времени связаны с календарным фондом времени и режимом работы агрегата.

Под календарным фондом времени работы оборудования понимают количество часов в календарном отрезке времени.

Время работы агрегата – это количество часов, которые он может отработать на данном отрезке календарного времени в соответствии с графиком сменности и продолжительностью смены.

Рисунок 11 - Структура календарного фонда времени работы

оборудования

Календарное время подразделяется на операционное и время вне операционных перерывов.

(89)

где

Т_о – операционное время;

Т_н – время внеоперационных перерывов;

Операционное время – это время, в течение которого на данном оборудовании выполняется операция.

Внеоперационные перерывы связаны с организационно-техническими причинами: простои оборудования в плановом ремонте; простои в связи с аварийными ситуациями и внеплановыми ремонтами; перерывы в работе из-за отсутствия сырья и энергии; перерывы, связанные с недоиспользованием оборудования из-за несоответствия заданий по объему или ассортименту продукции производственным мощностям. В энергетическом отношении время этих перерывов подразделяется на время внеоперационных остановок и внеоперационных холостых ходов.

При работе оборудования непрерывного действия операционное сремя всегда совпадает с эффективным.

(90)

Такое влияние оценивается с помощью коэффициента использования оборудования в календарном времени, характеризующихся использованием оборудования в календарном времени:

(91)

Операционное время включает в себя время эффективной работы и вспомогательное время. Эффективное время работы – есть полезная работа. Под временем полезной работы понимается время, в течении которого на оборудовании выполняются основные технологические операции и осуществляется полезное использование энергии.

(92)

Т_э – время эффективной работы;

Т_в – время внутриоперационных перерывов (вспомогательное время).

В течении вспомогательного времени осуществляются вспомогательные операции не перекрываемые машинным временем с использованием энергии.

Во время операционных перерывов оборудование может отключаться или работать на холостом ходу. Операционные перерывы складываются из операционного холостого хода и: времени операционных остановок:

(93)

Влияние операционных перерывов отражается с помощью коэффициента использования оборудования в операционном времени:

(94)

При непрерывном режиме работы оборудования время операционной работы равно времени полезной работы T_Э = T_О и коэффициент σ = σ _Н.

Полный коэффициент использования оборудования во времени определяется по формуле:

(95)

При работе оборудования в прерывном или циклическом режиме операционное время работы определяется как сумма оперативных времен по циклам:

(96)

где

τ _О – операционное время по отношению к одной операции;

τ _Э, τ _В – эффективное и вспомогательное время одного операционного цикла;

n – количество операций (операционных циклов) в данном отрезке времени.

Коэффициент использования оборудования в оперативном времени зависит от продолжительности операционных перерывов и будет тем больше, чем время операционных перерывов в одном цикле и для разных операций будет иметь разные значения.

Производительность оборудования – это выпуск продукции или совершение работы в единицу времени.

В зависимости от единицы времени показатели делятся на 2 группы: выпуск продукции на календарный период времени и часовая производительность, характеризующая текущую или среднюю загрузку оборудования выпуском продукции или совершением работ.

Календарная производительность оборудования (так же как и отнесенная к эффективному и операционному времени работы) определяется по формуле:

(97)

где П – производительность труда.

Часовая производительность, отнесенная к эффективному фонду времени.

На часовую производительность будут влиять следующие факторы: величина единовременной загрузки оборудования продуктами обработки; скорость протекания технологических операций.

Для оборудования непрерывного действия часовую производительность можно отнести к очень малым отрезкам времени, такие текущие или мгновенные значения определяются первой производной выпуска продукции во времени:

(98)

При постоянных параметрах технического процесса и единовременной загрузки оборудования производительность остается постоянной в течении времени:

(99)

Для оборудования периодического действия выпуск продукции может измеряться только за конечные отрезки времени, равные продолжительности одного или нескольких операционных циклов. Поэтому для данного оборудования часовая производительность не может иметь мгновенных значений.

Т.к. в работе оборудования периодического действия имеют место перерывы, то средняя часовая производительность оборудования, отнесенная к эффективному времени, будет являться фиктивной величиной или теоретически возможной. При постоянном режиме нагрузки среднечасовая фиктивная производительность определяется за эффективное время согласно формуле:

(100)

где n – выпуск продукции в одном производственном цикле.

При переменной нагрузке:

(101)

Часовая эффективная производительность достигает max при оптимальных значениях технологических параметров работы оборудования. Если отнести часовую эффективную производительность к ее max величине, то можно получить технологический коэффициент загрузки оборудования:

(102)

Для характеристики загрузки по энергетической мощности применяется энергетический коэффициент загрузки:

(103)

Он позволяет судить, на сколько целесообразно используется энергетическая мощность оборудования для выполнения той или иной операции. При правильно выбранном оборудовании технологический и энергетический коэффициент загрузки по значениям должны быть близкими друг к другу.

Часовая производительность оборудования по отношению к операционному времени.

Операционная производительность агрегатов периодического действия связана с эффективной и максимальной производительностью. Для оборудования непрерывного действия операционный и эффективный фонд времени равны , тогда часовая производительность оборудования по отношению к операционному времени определяется по формуле:

(104)

Для оборудования периодического действия:

(105)

(106)

σ _О – коэффициент использования оборудования в операционном времени;

γ _τ – характеризует факторы, определяющие технологические параметры процесса.

Взаимосвязь среднекалендарной и максимальной производительность оборудования выражается уравнением:.

(107)

k_И – интегральный коэффициент использования оборудования во времени и по производительности.

Потребление энергии на выпуск продукции П характеризуется абсолютными и относительными показателями.

К абсолютным относятся показатели расхода энергии и мощности, подведенной к оборудованию.

Расход энергии определяется за оперативное, календарное и эффективное время работы оборудования по формуле:

(108)

То для оборудования непрерывного действия:

Для оборудования периодического действия:

(109)

Относительными показателями являются удельные за операционное, календарное эффективное время:

- по мощности:

; ; ; (110)

- часовая производительность:

; ; ; (111)

- удельный расход:

; ; ; (112)

Расход энергии за календарное время составит:

(113)

W_гх, W_гс – дополнительные расходы на хх и пуски оборудования, связанные с графиком сменности. Это перерывы, нерабочие смены и выходные дни.

Энергетические характеристики оборудования и

способы их получения

Энергетические характеристики оборудования отражают зависимость абсолютных и удельных расходов энергии и мощности от производительности оборудования. Применяются для оценки и анализа энергоэффективной работы.

Данные характеристики могут быть отнесены к календарному, эффективному и операционному времени. Характеристики строятся на основе данных балансов мощности агрегатов, при различных значениях производительности (А). При этом независимой переменной является А, а функциональной переменной величиной – подведенная, полезная и потерянная мощности.

; ; ;

; ;

Удельные характеристики взаимозависимы.

При нулевой производительности: d → ∞; U =1; η =0.

При максимальном значении А: η → max; U → min; d → min.

Характеристика подведенной мощности формируется из двух составляющих: расхода мощности на холостой ход и нагрузочного расхода. Баланс производственной мощности имеет вид:

(114)

; ; ; (115)

где

с – удельное полезное потребление энергии и мощности на единицу продукции;

b – удельные переменные потери;

δ – удельный переменный расход, удельный нагрузочный расход.

(116)

Данное уравнение представляет собой уравнение подведенной мощности к агрегату:

Наибольшее практическое применение при нормировании электропотребления из исходных характеристик имеет характеристика подведенной мощности, а из производных – характеристика удельного расхода:

(117)

Основные характеристики различных видов оборудования имеют особенности, связанные с их формами и свойствами.

4 основных формы характеристик отражающих подведенную мощность:

1. Вогнутые (наиболее распространенные);

2. Выпуклые;

3. Прямолинейные;

4. Изогнутые.

Принципеальный вид энергетических характеристик подведенной мощности и удельного расхода изображены на рисунках.

Рисунок 12 - Основные энегетические характеристики оборудования: вогнутые, выпуклые, прямолинейные и изогнутые.

Для любой заданой производительности удельный расход и удельные потери представляют собой tg углов наклона к оси абсцис, секущих, проведенных из начала координат к соответствующим точкам характеристик подведенной и потерянной мощности.

Условно min удельного расхода и удельных потерь соответсвуют наименьшие углы наклона, т.е. касательные.

У агрегатов с вогнутой характеристикой удельный расход по мере роста производительности снижается до ее экономичной величины, а затем повышается до max значения.

У агрегатов с выпуклой и прямолинейной характеристикой удельные мощности, удельный расход снижаются и достигают наименьшей величины при А_max.

Удельный нагрузочный расход δ у агрегатов с изогнутыми характеристиками подведенной мощности имеют сложные зависимости от А, т.е. для каждого значения производительности он имеет разные значения.

Рисунок 13 – Графическое определение удельного переменного расхода электроэнергии

Он равен tg угла наклона секущей, проведенной к данной точке характеристики от ее пересечения с осью ординат.

Для выпуклой характеристики с ростом А δ уменьшается. Для вогнутой δ – увеличивается.

Важным показателем, характеризующим энергоэффективность оборудования помимо удельного нагрузочного расхода при форме характеристики ∞ малое приращение подведенной мощности к ∞ малому приращению нагрузки. Этот показатель является первой производной подведенной мощности от производительности и называется удельным приростом (частичный удельный расход или относительный прирост).

Если для криволинейных характеристик уравнение полной мощности:

(118)

е – постоянная величина,

n – показатель степени,

то удельный нагрузочный расход:

(119)

Тогда удельный прирост:

(120)

Разница между удельным расходом и удельным приростом состоит в том, что удельный прирост равен tg угла наклонной секущей кривой характеристики, выходящей из начала координат. В агрегатах с прямолинейной и ломанной характеристикой величина удельного нагрузочного расхода и удельного прироста совпадают, т.е. δ _н = δ.

При криволинейной характеристике величина подведенной мощности будет определяться следующим образом:

(121)

δ _пер – удельный прирост в перегрузочной зоне характеристики, численно равной тангенсу угла наклона характеристики к оси абсцисс в данной зоне.

А_эк – текущая производительность агрегата в экономической зоне.

δ _эк – удельный прирост в экономической зоне, численно равный тангенсу угла наклона характеристики к оси абсцисс.

Агрегаты с ломаной характеристикой имеют точку экономичной характеристики в точке излома. В этих агрегатах изучают 2 зоны: экономичную и перегрузочную, поэтому подведенная мощность определяется по выражению:

(122)

Существуют следующие способы определения энергетической характеристики: опытный;, расчетный, опытно-расчетный.

Способы получения энергетических характеристик

Построение энергетических характеристик может осуществляться с помощью опытного, расчетно-опытного и расчетного способов, при чем каждый из них может иметь различные варианты.

1. Опытный является основным способом, т.к. проводится в лабораторных условиях в процессе специально проводимых испытаний (полных или частичных) или по данным энергетического учета. Полные испытания проводятся с помощью лабораторного оборудования и при этом подведенная мощность, все энергетические и технологические параметры, ведется учет времени и выпуска продукции. В результате определяются постоянные и переменные потери. Достоинства:: получение точных характеристик. Недостатки: применение для получения характеристик энергетических агрегатов.

2. Сокращенное испытание, производится с помощью обычных приборов и измеряется: подведенная мощность и мощность нагрузки, на холостом ходу.

3. С помощью энергетического учета определяются средняя мощность и средняя производительность по суточным данным. Достоинства: доступно всем предприятиям. Недостатки: необходимо корректировать удельный расход.

4. Расчетный способ соответствующие уравнения, выражающие функциональную зависимость между элементами расхода энергии и различными аргументированными величинами (технологические параметры, время работы, время работы на хх).

Для определения энергетических характеристик используются паспортные технические характеристики, нормативные технологические энергетические параметры и укрупненные нормативы полезного потребления.

5. Опытно-расчетный способ. Полезная энергия и переменные потери определяются расчетным путем, а постоянные и пусковые потери - опытным путем.