Стратегія підвищення енергоефективності у муніципальних утвореннях

---IV. Підвищення ефективності систем енергопостачання -----4.3. Електричні мережі

4.3.1. Кільцювання мереж

У 50-60-х роках XX ст. у низці міст СРСР та за кордоном проводилися експерименти із вузлування трансформаторних підстанцій. Кільцювання вузлових схем проводилося по високій та низькій стороні трансформаторів з градацією за рівнями напруги. Ці схеми знайшли своє застосування переважно на промислових підприємствах та у населених пунктах містоутворюючих підприємств. У ряді міст із населенням до 500 тис. осіб ці схеми існують і досі. Особливо ефективно цими схемами організації електричних мереж користуються країни Європи та США. У нашій країні прижилися схеми радіально-променевої організації, що було з швидким зростанням міст. У період реформ 1980-90-х років більшість підприємств АТ-енерго відмовилися від кільцювання вузлових схем (вони не розглядалися як доходні системи) та були виконані перемикання на радіальні схеми, т.к. у період експериментів вузлові схеми мали проблемні моменти:

- селективність захисту та автоматики включення відповідала застарілим технологіям;
- система обліку потоків електроенергії також відповідала періоду планової економіки.

Слід додати, що на той час був досконалих ринкових інструментів управління потоками електроенергії і перерозподілу потужності. Нині вони вже є, і формуються нові інструменти. Технічний прогрес, технології дозволяють зараз застосовувати сучасні електротехнічні пристрої для забезпечення селективності захисту та автоматизації трансформаторних підстанцій, а також вести досконалий якісний та кількісний облік електроенергії та потужності.

Для розвиткукомунальної енергетики міст пропонується впроваджувати кільцеві вузлові схеми електромереж. Ймовірно, в більшості випадків питання постане про їх відновлення або зміну схеми підключення кабельних ліній трансформаторних підстанцій, т.к. Майже всі підстанції при грамотному проектуванні та монтажі повинні мати кабелі зв'язку та резервного харчування, як власного харчування, так і на споживача. По суті, необхідно переглянути конфігурацію схем приєднання кабелів та організації мереж, які тривалий час не використовуються або використовуються з низькою ефективністю та з високими втратами. Як відомо, всі елементи енергосистеми повинні перебувати в робочому стані, для чого їх утримують під малим навантаженням або на «холостому ході», що є нераціональним використанням ресурсів (не тільки електроенергії, сюди належать і експлуатаційні витрати):

- незадіяні кабелі «зстежуються» та підлягають періодичним випробуванням;
- незадіяні трансформатори, зазвичай, втрачають свою працездатність з низки причин;
- незадіяна автоматика висихає, застаріває, корозію тощо.

Для того щоб побудувати концепцію системних рішень, наведемо два приклади.

Приклад 1. Трансформаторні підстанції систем електропостачання міст (РТС), трансформаторні підстанції (включаючи резервні) спеціальних об'єктів міського господарства, трансформаторні підстанції більшості науково-дослідних інститутів та багатьох промислових підприємств - мають завищені встановлені потужності, як у одиничному виконанні підстанції, і у групі. Під час експлуатації об'єктів такі трансформаторні підстанції знаходяться:

- або у відключеному стані, що небезпечно для енергосистеми наслідками їхвключення;
- або підключені та працюють у режимі «холостого ходу», що призводить до нераціонального використання електроенергії та потужності, але з меншими експлуатаційними витратами;
- або навантаження приблизно рівномірно розподіляється попри всі ТП, тоді коефіцієнти завантаження за кожен трансформатор низькі (практично становлять 0,1-0,3). Цей варіант також неекономічний, як у втратах електроенергії та потужності, так і у змісті ТП. Але він менш небезпечний для енергосистеми, електричних мереж.

Даний приклад показує, наскільки неефективно використовуються встановлені трансформаторні потужності, як нераціонально використовується електроенергія та які втрати електричної потужності випливають із схеми організації електромереж.

Приклад 2. Розглянемо типову ситуацію для міста, що має розвинений житлово-комунальний сектор та промисловість. Як відомо, трансформаторні підстанції промислових підприємств завантажені максимально в робочий день і мають ранковий максимум, а вночі вони працюють з низьким завантаженням. Якщо розглянути завантаження трансформаторних підстанцій, що обслуговують житловий сектор, то відзначимо вечірній максимум, а вдень вони працюють із низьким завантаженням, а також уночі. Причому зазначимо, що пік споживання електроенергії посідає ті години, коли знижується споживання житлового сектора і зростає споживання промислового сектора, і навпаки: знижується споживання промислового сектора і зростає споживання житлового сектора, крім сезонних максимумів.

Як частіше буває, саме в цей час енергосистема буває найбільш складно керована. Саме в цей час з'являються піки та дисбаланс в енергосистемі. Цікавий момент, який часто можна спостерігати: є дві трансформаторні підстанції через дорогу (або нана відстані 100-200 метрів), одна з яких «гудить» - інша «дрімає», причому одна працює з Кз = 1,2, інша з Кз = 0,2. Обидві двостанційні підстанції на 630 кВА.

Цей приклад показує, наскільки неефективно збалансована енергосистема, неефективні схеми перемикання та рівні автоматизації, низька якість обслуговування. Наслідки такого дисбалансу: піки у споживанні електроенергії та використанні потужності, віялове відключення трансформаторів у променевих схемах організації електромереж, аварії.

У наведених прикладах відображені недоліки, які можуть бути усунуті, якщо організувати кільцювання вузлових схем приєднання трансформаторних підстанцій різних груп споживачів.

Результати експериментів зі створення замкнутої мережі:

1. Без додаткових витрат на збільшення перерізу проводів значно підвищилася пропускна здатність мережі низької та високої напруги. За рівних умов навантаження втрати електроенергії в замкнутій мережі в середньому зменшилися на 20-25% (а на ряді ділянок - до 50% і вище) порівняно з радіальною електромережею за рахунок раціональнішого природного струморозподілу та децентралізації потужності;
2. Різко підвищилася напруга на тих ділянках електромережі, де до замикання мала місце знижена напруга. Якість електроенергії, що подається, набагато покращилася, і зменшилися величини коливань напруг при включеннях і відключеннях щодо більш потужних споживачів;
3. Підвищилася надійність захисту трансформаторів від навантаження, створилися умови для розсіювання щільності та згладжування гармонік, підвищилася стійкість енергосистеми;
4. Під час експериментів не спостерігалося жодного випадку спрацьовування релейного захисту. Вимоги до захисту витримані у єдності типів таселективності запобіжників та захистів.

Позитивні характеристики замкнутої електромережі можуть бути забезпечені, якщо ділянки замкнутої мережі не будуть надмірно укрупнені. Не слід прагнути до того, щоб все місто або більша його частина входила в одну замкнуту мережу. Краще мати у місті окремі ділянки замкнутої мережі, що охоплюють кожен по 20-40 трансформаторних пунктів. Така схема більш надійна в роботі, її легше та дешевше здійснити. Причому при виведенні в ремонт або відключенні 1-2 ТП інші без істотних змін приймають на себе навантаження відключених підстанцій.

Побудовані у містах електромережі можуть бути без значних витрат коштів та матеріалів переведені на схеми замкнутої мережі. Витрати по мережі високої та низької напруги склали менше 10% коштів, яких потрібно було б на реконструкцію електромережі при роботі за радіальною схемою для доведення пропускної здатності до величини, досягнутої в замкнутій мережі. Скорочуються витрати на експлуатацію трансформаторних пунктів, здешевлюється та спрощується подальший розвиток електромережі.

Економія електроенергії від втрат на групу ТП, підключених до замкнутої мережі, дозволила окупити витрати на її здійснення за 10 місяців.

Зменшилися питомі експлуатаційні витрати. Знизилося зношування обладнання: через рівномірність завантаження та рівня навантажень. Енергосистема отримала розвантаження, зріс коефіцієнт потужності, вирівнявся графік навантаження та споживання у груповому виконанні, зникли піки. Слід зазначити, що у цій системі електромережі відбулася саморегуляція і, відповідно, знизилася потреба у компенсації реактивної потужності та збільшилася пропускна спроможність кабелів. Вивільнені трансформаторні потужності дозволили прийняти нові навантаження (до 35%) тазробити включення до мережі нових трансформаторних пунктів.

Поряд із явними перевагами використання схем кільцевого вузлування в комунальній енергетиці, здійснення їх пов'язане з неопрацьованістю деяких питань:

- як враховувати, на чиєму балансі знаходиться та чи інша трансформаторна підстанція,
- де проводиться межа відповідальності балансової та експлуатаційної,
- де повинні знаходитися місця обліку електроенергії та потужності за якісними та кількісними показниками,
- як проводити тарифікацію та взаєморозрахунок споживання електроенергії та потужності, включаючи експлуатаційні витрати, якщо фактично група трансформаторних підстанцій перебуває у спільному користуванні,
- чи достатньо застосовувати спосіб кільцювання ТП лише за групами споживачів,
- як вивести частки ризиків (відповідно і витрат), якщо з вини одного із споживачів станеться аварія.

Просимо Вас залишати свої зауваження та пропозиції щодо стратегії перейти на форум. Для читання документа виберіть розділ, що Вас цікавить.

Енергозберігаючі технології та методиперейти до розділу