Регулирование, учёт и контроль над потреблением тепловой и электрической энергии

                     Тема: Регулирование, учёт и контроль над потреблением тепловой и электрической энергии          

Тепловая  и электрическая энергия –  необходимое условие жизнедеятельности  человека и создания благоприятных  условий его быта. 

Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое большое  влияние на нашу жизнь. Тепло и  свет в домах, школах и больницах, транспортные потоки и работа промышленности – все это требует затрат энергии. Потребность в энергии продолжает постоянно расти – любое развитие требует, прежде всего энергетических затрат и при существующих темпах развития национальных экономик многих государств можно ожидать возникновения  серьезных энергетических проблем. Просчеты в этой области имеют  серьезные последствия. 

Основой энергетики сегодняшнего дня являются топливные запасы угля, нефти и  газа, которые удовлетворяют примерно 90 % энергетических потребностей человечества.

Основной  проблемой уже несколько лет  является ограниченность энергоресурсов, так как постоянно увеличивается  их потребление, в то время как  добыча энергоносителей становится всё более дорогостоящим процессом. В связи с этим актуальным является внедрение энергосберегающих технологий,  отслеживание регулировки, учёта и  контроля над потреблением тепловой и электрической энергии.

Чтобы вести  четкий учет, контроль и регулирование  расхода электрической и тепловой энергии, на крупных предприятиях и  в организациях устанавливаются  автоматизированные информационно-измерительные  системы коммерческого учета  электроэнергии, позволяющие вести  наблюдение за потреблением энергии, контролировать баланс предприятия в целом в  режиме реального времени.

Среди основных приоритетных направлений в данной области является создание современных  эффективных и альтернативных способов получения энергии, к числу которых  относятся газотурбинные технологии. Положительной чертой данного способа  является его низкая эмиссия вредных  веществ.

Развитие  технологии и проектирование совершенных  с точки зрения рабочего процесса газотурбинных установок позволяет  расширить их область применения, модернизировать устаревшие объекты генерации электрической и тепловой энергии с целью повышения эффективности.

Основных  производителей электрической и  тепловой энергии можно условно  разделить на промышленные и муниципальные.

Во многих случаях большое количество первичной  энергии пропадает впустую ввиду  неэффективной конструкции или  неправильной эксплуатации оборудования. Повышение цен на топливо требует  пересмотра подходов к рациональному  энергосбережению применению энергосберегающих  технологий при эксплуатации оборудования.

  Учет, контроль и регулирование  эффективности расходования энергоресурсов. Повышение эффективности производства  продукции и услуг требует  от руководства предприятия организации  эффективного использования различных  ресурсов, включая энергетические. Для этого необходимо наладить  контроль и учет за расходованием  всех видов энергоресурсов, внедрить  автоматизированное регулирование  в системах энергопотребления.  Лишь после этого можно эффективно  заниматься вопросами энергосбережения.

Регулирование потребления  энергии. Регулирование количества потребляемой энергии может осуществляться ручным способом и с использованием автоматики. На эффективность первого  метода большое влияние оказывает  человеческий фактор, связанный с  субъективным восприятием окружающего  мира. Поэтому возможности ручного  метода регулирования ограничены более  узкими рамками. Например, такие факторы, как освещенность или температура  помещения, определяющие комфортные условия  в зданиях, ассоциируются у людей  по-разному. Автоматическое регулирование  лишено этих недостатков и позволяет  поддерживать комфортные условия в  соответствии с установленными нормами.

Под автоматическим регулированием понимается поддержание постоянным или изменяющимся по определенному  закону физического параметра, характеризующего процесс. Регулирование складывается из измерения состояния объекта  и действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган  объекта.

            Приборы учета и контроля над потреблением тепловой и электрической энергии

             Контроль качества  электрической энергии подразумевает  оценку соответствия показателей  установленным нормам, а дальнейший  анализ качества электроэнергии - определение стороны виновной  в ухудшении этих показателей.

Определение показателей качества электрической энергии задача нетривиальная. Это оттого, что большинство процессов, протекающих в электрических  сетях - быстротекущие, все нормируемые  показатели качества электрической  энергии не могут быть измерены напрямую  - их необходимо рассчитывать, а окончательное заключение можно дать только по статистически обработанным результатам. Поэтому, для определения показателей качества электрической энергии, необходимо выполнить большой объём измерений с высокой скоростью и одновременной математической и статистической обработкой измеренных значений.          

 Наибольший поток измерений  необходим для определения не синусоидальности напряжения. Для определения всех гармоник до 40-й включительно и в пределах допустимых погрешностей, требуется выполнять измерения мгновенных значений трёх междуфазных напряжений 256 раз за период (3·256·50 = 38 400  в  секунду). А для определения виновной стороны, одновременно измеряются мгновенные значения фазных токов и фазовый сдвиг между напряжением и током, только в этом случае, возможно определить с какой стороны и какой величины внесена та или иная помеха.          

 Первичная обработка измеренных  напряжений и токов состоит из определения их гармонического состава, - по всем измеренным значениям выполняется быстрое преобразование Фурье. Далее производится усреднение полученных значений на установленных интервалах времени. ГОСТ 13109-97 потребовал вычислять среднеквадратичные значения, что привело к необходимости использования двухпроцессорных схем при построении приборов.          

 Наиболее сложная математика задействуется при оценке колебаний напряжения. ГОСТ 13109-97 нормирует эти явления для огибающей меандровой (прямоугольной) формы, а в сети колебания напряжения имеют случайный характер. Поэтому, приходится определять форму огибающей, по указанным в ГОСТе коэффициентам приведения пересчитывать кривую и только после этого определять показатели. При этом размах изменения напряжения и доза фликера считаются по-разному, в большинстве случаев требуется отдельный, специальный прибор -фликерметр.

Контролировать качество электрической  энергии следует с применением  сертифицированных приборов, обеспечивающих измерение и расчёт всех необходимых  параметров, для определения и  анализа качества электрической  энергии.         Местом контроля качества электрической энергии являются точки общего присоединения потребителей к сетям общего назначения. В них выполняют измерения энергоснабжающие организации. Потребители проводят измерения в собственных сетях в местах ближайших к этим точкам.

ГОСТом установлена периодичность контроля качества электроэнергии - один раз в два года для всех ПКЭ, и два раза в год для отклонения напряжения.

Существуют задачи непрерывного мониторинга качества электроэнергии, требующие включения приборов качества в АСКУЭ. Между тем есть приборы, одновременно выполняющие функции счетчика электроэнергии, прибора контроля качества и биллинговой системы, рассчитывающей сумму, подлежащую к оплате с учётом скидок и

Каким же образом применяя передовые  технологии автоматизации можно  снизить затраты на энергоресурсы?

1.  Учет потребления электроэнергии, газа, тепла и воды. Одно только упорядочение такого учета уже может принести значительный экономический эффект. В Европе, например, внедрение счетчиков объемов потребления энергоресурсов позволило, в среднем, снизить общие энергозатраты на 20%. Проблемы с поиском этого оборудования уже нет, его установка не требует больших капиталовложений, технически вопрос решается достаточно легко.

2. Применение автоматического управления энергопотребителями позволит более рационально расходовать энергоресурсы. Например: Работник забыл выключить освещение при уходе домой - программируемый таймер сам выключит освещение. Нет смысла отапливать офисное помещение ночью - программируемое управление теплоснабжением уменьшит интенсивность работы обогревателей вечером, а утром, перед началом рабочего дня прогреет помещение до нужной температуры. Центральное управление всеми климатическими системами предотвратит неэффективное их использование (ситуация, когда включенный обогреватель греет помещение, а включенный кондиционер охлаждает его).

3. Огромным  эффектом обладает внедрение  частотно-регулирующих электроприводов.

На сегодняшний день большинство  электроприводов составляют нерегулируемые приводы с асинхронными двигателями. Их используют в водо- и теплоснабжении, системах вентиляции и кондиционирования воздуха, компрессорных установках и прочих. В таких установках плавное регулирование скорости вращения позволяет в большинстве случаев отказаться от использования, вариаторов, дросселей, задвижек, заслонок, исполнительных механизмов и другой регулирующей аппаратуры. Это значительно упрощает механическую систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные затраты, а также затраты, связанные с приобретением регулирующей аппаратуры. При подключении через частотный регулятор, пуск двигателя происходит постепенно без пусковых токов и ударов, что снижает нагрузку на двигатель и механизмы, увеличивает срок службы. Использование частотно -регулирующего электропривода разрешает получить экономию электроэнергии до 50 %. Энергосбережение возникает путем устранения непроизводственных затрат в заслонках, дросселях и других регулирующих устройствах. При замене нерегулированного привода, который работает в режиме периодических включений, исключаются потери на пусковые токи, снижается необходимая мощность двигателя. Регулирование в системе водоснабжения в зависимости от графика потребления воды разрешает получить значительную экономию как электроэнергии, так и воды, уменьшить количество аварий через разрыв трубопроводов.

а) Одной из областей наиболее эффективного использования частотных регуляторов являются насосы дополнительной подкачки в системах водо- и теплоснабжения. Особенностью этих систем является неравномерность потребления воды в зависимости от времени суток, дня недели и времени года. Постоянный объем подачи приводит к заметному ослаблению напора во время повышенного разбора воды и к значительному повышению давления в магистрали, если расход воды снижается. Повышение давления в магистрали ведет к потерям воды на пути к потребителю и увеличивает вероятность разрывов трубопроводов. При использовании частотного регулятора есть две возможности регулировать подачу воды: в зависимости от составленного графика (без обратной связи) и в зависимости от реального расхода (с датчиком давления или расхода воды). Регулированная подача воды разрешает получить экономию электроэнергии до 50%, а также весомую экономию воды и тепла. Исключение прямых пусков двигателя позволяет снизить пусковые токи, предотвратить гидравлические удары и избыточное давление в магистрали, увеличить срок службы двигателя и трубопроводов.

б) При таких производственных процессах, как изготовление и намотка полимерных нитей и пленок, провода, бумаги, стекловолокна и стеклоткани, необходимо точное регулирование скорости вращения, управление по моменту и согласованию скорости нескольких двигателей. Применение частотных регуляторов в таких технологических процессах разрешает получить высокое качество нити, провода или материала, исключить обрывы и повысить производительность труда, а также получать при намотке одинаковое натяжение материала по всей толщине рулона. Для технологического процесса, где необходимо беспрерывное движение материала через несколько зон с постоянной скоростью, 
возможно согласование работы нескольких частотных регуляторов, бесступенчатое изменение скорости, постепенный пуск и остановка.

в) Для решения некоторых задач необходимо точное позиционирование механизма. В таких случаях оправданно использование частотных регуляторов с векторным управлением и обратной связью. Эта группа регуляторов имеет возможность работы с полным моментом в зоне нулевых скоростей. Приводы с асинхронными двигателями, которые питаются от таких частотных регуляторов, могут заменить регулирующие приводы постоянного тока.

г) Находит широкое использование частотное регулирование электродвигателями в приводах вентиляторов для градирен. Это дает возможность отказаться от использования дорогих специфических импортных двухскоростных электродвигателей со скоростью вращения 100 - 200 оборотов в мин и применять отечественные недорогие стандартные электродвигатели со скоростью вращения 950 оборотов в мин. За счет введения частотного регулирования и встроенного ПИД-регулятора, имеем возможность достичь необходимых оборотов при неизменном усилии на валу, который дает, в свою очередь, постепенное регулирование скорости вращения вентилятора и точное соблюдение температуры возвратной воды.  

Задача внедрения современных  наукоёмких технологий в области  автоматизации технологических  процессов и энерго-ресурсосбережения как в жилищно-коммунальном хозяйстве, так и на промышленных предприятиях требует высокой квалификации специалистов на этапах её разработки, внедрения и эксплуатации.

Особое внимание следует уделять  внимание этапу разработки такой  системы, её соответствию особенностям конкретных условий эксплуатации энерго аудит и анализ энергетических и финансовых затрат на эксплуатацию и поддержание параметров технологических процессов является первым из необходимых частей этапа разработки таких систем.

Создание оптимальной модели системы  на основе проведённых исследований и проведение экономических расчетов сроков окупаемости - важный элемент  в разработке бизнес-плана проекта  внедрения (сайт компании «Эй Си Инжиниринг»).

Внедрение энерго-ресурсосберегающих технологий - это требование времени и результат разумного решения.

 Классификация и  структура норм расхода ТЭР

  Нормирование расхода ТЭР является составной частью управления энергосбережением. Принятым 16 октября 1998 г. постановлением СМ Республики Беларусь № 1582 «О порядке разработки, утверждения и пересмотра норм расхода топлива и энергии» установлено, что:

- нормированию  подлежат расходуемые на основные  и вспомогательные нужды  субъектами  хозяйствования  всех форм  собственности  котельно-печное топливо, электрическая и тепловая энергия независимо от объёма их потребления и источников энергообеспечения;

-пересмотр  норм расхода топлива и энергии  производится ежегодно субъектами  хозяйствования в установленном  порядке;

- нормы  расхода топлива и энергии  в обязательном порядке включаются  в технологические карты, технические  паспорта, ремонтные карты, инструкции  по эксплуатации всех видовэнергопотребляющей продукции.

В соответствии с этим постановлением правительства Госкомэнергосбережение утвердил 24 декабря 1999 г. по согласованию с Министерством экономики «Положение по нормированию расхода топлива, тепловой и электрической энергии в народном хозяйстве Республики Беларусь». В нем чёткое определение основных понятий:

-норма  расхода ТЭР- мера потребления ТЭР на единицу продукции (работы, услуги) определённого качества в планируемых условиях производства;

-фактический  удельный расход ТЭР - количество ТЭР, фактически израсходованное на единицу продукции или работы в реальных условиях производства;

-предельный  уровень потребления ТЭР - максимально возможное рациональное потребление ТЭР, необходимое для осуществления производственной деятельности субъекта хозяйствования на планируемый период.

При оценке эффективности использования ТЭР для отдельных субъектов хозяйствования, которым он утверждается, предельный уровень потребления приравнивается к норме расхода ТЭР.

Нормы расхода топлива, тепловой и электрической энергии  классифицируются по следующим основным признакам:

-по степени  агрегации объектов нормирования - на индивидуальные, групповые;

-по составу  расходов - на технологические, общепроизводственные;

-по периоду  действия - на текущие (квартальные,  годовые), перспективные.

Индивидуальная норма определяет расход топлива, тепловой и электрической  энергии на производство продукции (работы, услуги) по однотипным технологическим  объектам, агрегатам, установкам, машинам  применительно к планируемым  условиям производства продукции (работам).

Групповая норма устанавливает  расход топлива, тепловой и электрической  энергии на производство всего объёма одноименной продукции (работ, услуг) по хозяйственным объектам различных  уровней планирования (предприятие, объединение, отрасль и др.).

Технологическая норма определяет:

-расход  топлива, тепловой и электрической  энергии на основные и вспомогательные  технологические процессы производства  данного вида продукции;

- расход  топлива на содержание технологических  агрегатов в горячем резерве,  на их разогрев и запуск  после текущих ремонтов и холодных  простоев;

- неизбежные  технологически обоснованные потери  энергии при работе оборудования, технологических агрегатов и  установок.

При нормировании расхода топлива  определяются только технологические  нормы расхода на производство продукции, работ, услуг.

Общепроизводственная норма устанавливает  расход тепловой и электрической  энергии:

- на основные  и вспомогательные технологические  процессы;

- на вспомогательные  производственно-эксплуатационные  нужды;

-на технически  неизбежные потери энергии в  преобразователях, в тепловых и  электрических сетях предприятия  (цеха), отнесённые на производство  данной продукции.

В зависимости от уровня представления  может быть несколько видов норм:

-общепроизводственная   (общецеховая), в которую кроме затрат энергоресурсов на технологические цели включают расходы в цехах на вспомогательные процессы, санитарно-технические нужды, освещение, регламентированные потери в цехе.

-общепроизводственная 2 (общезаводская) норма, в которую  включают общецеховые и общезаводские  расходы энергии и нормативные  потери энергии в заводских  сетях и преобразовательных установках.

-общепроизводственная 3 (производственное объединение)  норма, которая включает дополнительно к общезаводской общие затраты энергоресурсов во вспомогательных службах объединения и потери, связанные с функционированием производственного объединения как единого целого.

Текущие нормы ТЭР устанавливаются для планирования и контроля за фактическим расходованием ТЭР в год, квартал.

Перспективные нормы расхода ТЭР используются для перспективного планирования и прогнозирования ТЭР.

Состав норм расхода топлива, тепловой и электрической энергии - эта  перечень статей их расхода, учитываемых  в нормах на производство продукции (работы, услуги). Он устанавливается  ведомственными (отраслевые ми) инструкциями, разрабатываемыми с учётом потребностей производства продукции (работы, услуги), на основе которых на каждом предприятии  определяется конкретный состав норм расхода.

Затраты ТЭР, включаемые в индивидуальную норму расхода, состоят из следующих составляющих:

- расход  на технологические процессы;

- расход  на вспомогательные нужды производства;

- потери  в сетях и аппаратах.

В тех случаях, когда отдельные  вспомогательные нужды (подача воды, вентиляция, производство кислорода, холода, сжатого воздуха и др.) являются частью технологического процесса, расходы  энергии на них относятся к  технологическим расходам.

На предприятиях, выпускающих разнообразную  продукцию, при расчёте норм расхода ТЭР общепроизводственный, цеховой и заводской расходы тепловой и электрической энергии на производство продукции в случае невозможности его точного определения целесообразно распределять пропорционально потреблению электроэнергии на технологические процессы или в зависимости от целей, полученных от вспомогательных и отдельных цехов, например:

-транспортных  цехов - пропорционально перемещению  грузов;

- инструментальных, ремонтных и других вспомогательных  цехов - пропорционально доле  услуг;

- компрессорных,  насосных и др. цехов или силовых  установок - пропорционально получаемых  от них объёмов воздуха, газа, кислорода, воды и т. д.

Потери энергии в тепловых и  электрических сетях и преобразователях В распределяются на основе опытных замеров или пропорционально потреблению в производстве соответствующих видов продукции (работ, услуг).

Учет и контроль расхода  энергоресурсов и энергоносителей <1> на предприятиях и в организациях направлен на решение задач:

осуществления хозрасчетных отношений между энергоснабжающими и энергопотребляющими предприятиями и организациями;

организации контроля предприятиями  и отдельными их подразделениями  установленных планов (лимитов) и  норм расхода энергоресурсов и энергоносителей;

оперативного управления процессами производства, преобразования, распределения и конечного использования  энергоресурсов;

составления и анализа  отчетных энергобалансов предприятия, отдельных цехов, участков и установок; определения фактического уровня полезного  использования энергии и выявления  путей его повышения;

разработки нормализованных  энергобалансов и мероприятий по улучшению энергоиспользования;

разработки и внедрения  научно обоснованных норм расхода энергоресурсов и энергоносителей;

организации действенной  системы материального поощрения  работников предприятия за рациональное использование и экономию энергоресурсов и энергоносителей;

внедрения и совершенствования  внутрипроизводственного хозяйственного расчета;

планирования, учета и  анализа энергетической составляющей себестоимости различных видов  продукции, выпускаемой предприятием;

планирования и прогнозирования  энергопотребления и максимальных нагрузок предприятия и отдельных  его подразделений;

организации социалистического  соревнования между коллективами внутрипроизводственных подразделений предприятия и  отдельными работниками (внедрение  лицевых счетов эффективности и  т.д.).

--------------------------------

<1> <...> энергоресурсам.

 
 
1.2. Учет расхода энергоресурсов  и энергоносителей может осуществляться  приборным, расчетным и опытно-расчетным  способами. На предприятиях и  в организациях необходимо рациональное  сочетание указанных способов.

1.2.1. Приборный способ является основным способом учета и предполагает измерение расхода энергоресурсов и энергоносителей с помощью стационарных контрольно-измерительных приборов (электрических счетчиков активной и реактивной энергии; расходомеров пара и горячей воды; расходомеров газообразного и жидкого топлива; весов для твердого и тарированных емкостей для жидкого топлива и др.).

При определении расхода  энергоресурсов и энергоносителей  рекомендуется учитывать их основные параметры: для электроэнергии - напряжение, сила тока, частота; теплоэнергии - давление, температура; топлива - низшая теплота сгорания, газа - дополнительно температура и давление.

При выборе измерительных  приборов предпочтение следует отдавать приборам с интегрирующими устройствами с автоматическим учетом параметров измеряемой среды.

1.2.2. Расчетный способ  учета предполагает определение  расхода энергоресурсов и энергоносителей  в случае, если приборный способ  технически невозможен или экономически  нецелесообразен.

1.2.3. Опытно-расчетный способ  предусматривается в случаях,  если установка прибора экономически  нецелесообразна, а применение  только расчетного способа не  обеспечивает необходимой точности  определения данного показателя. Опытно-расчетный способ основан  на сочетании разовых замеров  показателя с помощью переносных  приборов с последующим использованием  расчетных способов.

1.3. Учет расхода энергоресурсов  и энергоносителей разделяется  на коммерческий (расчетный) <1> и внутрипроизводственный технический (контрольный).

--------------------------------

<1> Коммерческий учет  в ряде действующих правил  называется расчетным учетом (связанным  с финансовыми расчетами производителя  и потребителя энергии). Не следует  смешивать расчетный (коммерческий) учет с понятием расчетного  способа учета расхода энергоресурса  (см. п. 1.2.2).

 
1.4. Система учета расхода энергоресурсов  и энергоносителей на предприятиях  и в организациях должна:

отвечать требованиям  управления производством, регламентируемым действующими нормативными документами  по организации планирования, учета  и анализа производственно-хозяйственной  деятельности (в соответствии с задачами по п. 1.1);

обеспечивать принятое проектом качество учета и контроля;

- полноту, точность, достоверность  и оперативность;

способствовать максимальной эффективности учета расхода  энергоресурсов и энергоносителей  при рациональном сочетании различных  способов учета для разных объектов;

систематически совершенствоваться с учетом задач повышения эффективности использования энергоресурсов и энергоносителей.

Коммерческий учет расхода энергоресурсов и энергоносителей

2.1. Коммерческий учет  служит для осуществления:

финансовых расчетов между  энергоснабжающей организацией и энергопотребителями;

контроля за соблюдением предприятием установленных планов (лимитов), норм и режимов энергопотребления.

2.2. Коммерческий учет  расхода энергоресурсов и энергоносителей  на предприятиях и в организациях  осуществляется в соответствии  с "Правилами пользования электрической и тепловой энергией", "Правилами устройства электроустановок" и другими документами. При этом следует иметь в виду, что в соответствии с "Правилами пользования электрической и тепловой энергией" электро- и теплоиспользующие установки основных потребителей, оптовых потребителей-перепродавцов и субабонентов должны быть обеспечены необходимыми приборами учета для расчета за электро- и теплоэнергию с энергоснабжающими организациями.

Эксплуатация приборов коммерческого  учета, а также установление границы  раздела сети энергоснабжающей организации и энергопотребителя осуществляются в соответствии с упомянутыми действующими документами.

Внутрипроизводственный учет и  контроль расхода энергоресурсов и  энергоносителей

3.1. Основной задачей внутрипроизводственного  учета является получение информации, необходимой для контроля норм  расхода энергоресурсов и проведения  работ по повышению эффективности  энергоиспользования.

3.2. Общие рекомендации  по внутрипроизводственному учету  и контролю расхода энергоресурсов  и энергоносителей, по обслуживанию  этих приборов приведены в  указанных выше действующих документах.

3.3. Необходимость установки  приборов внутрипроизводственного  учета и контроля расхода энергоресурсов  и энергоносителей определяется  в зависимости от объема энергопотребления  и проведения комплекса взаимоувязанных  работ, направленных на повышение  эффективности энергоиспользования. Установку приборов следует предусматривать для объектов (цехов, участков, агрегатов и т.д.).

 
3.4. Заказ серийно выпускаемых  приборов (как для внутрипроизводственного,  так и коммерческого учета)  производится в установленном  порядке в соответствии с существующими  формами заявочных ведомостей. Заявка  на разработку новых приборов  оформляется в соответствии с  тематической карточкой с указанием  предполагаемого способа измерения  показателя, принципа действия прибора,  характеристики измеряемой среды (давление, температура, агрессивность и др.), пределов и точности измерения показателя, исполнения прибора и др.