автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Анализ и разработка способов экономии электроэнергии и регулирования электропотребления на предприятиях с непрерывным технологическим процессом

Введение.

1. Характерные особенности предприятий с круглосуточным режимом работы

1.1. Общая характеристика предприятий с непрерывным технологическим процессом (ПНТП).

1.1.1. Горнодобывающая промышленность.

1.1.2. Черная металлургия.

1.1.3. Нефтеперерабатывающая промышленность.

1.1.4. Промышленность строительных материалов.

1.1.5. Коммунальное хозяйство.

1.1.6. Газовая промышленность.

1.2. Основные приемники электрической энергии предприятий с непрерывным технологическим процессом.

1.3. Характерные графики нагрузок предприятий с непрерывным технологическим процессом.

1.4. Схемы электроснабжения предприятий с непрерывным технологическим процессом.

Выводы.

2. Анализ существующих методов и способов регулирования электропотребления и экономии электроэнергии на промышленных предприятиях.

2.1. Методы повышения эффективности использования электроэнергии на промышленных предприятиях.

2.2. Регулирование электропотребления на промышленных предприятиях.

2.3. Способы снижения потерь электроэнергии при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения.

2.3.1. Экономия электроэнергии в силовых трансформаторах.

2.3.2. Экономия электроэнергии в распределительных и цеховых сетях.

2.3.3. Экономия электроэнергии в электродвигателях.

2.3.4. Экономия электроэнергии в осветительных установках.

2.3.5. Экономия электроэнергии в нагнетательных установках.

2.3.6. Регулирование реактивной мощности в элементах системы электроснабжения.

2.4. Основные направления эффективного использования электроэнергии на предприятиях с непрерывным технологическим процессом.

Выводы.

3. Разработка системы мероприятий по экономии электроэнергии на Люберецкой станции аэрации (J16CA).

3.1. Схема электроснабжения ЛбСА.

3.2. Технологический процесс ЛбСА.

3.3. Анализ рекомендуемых способов экономии электрорэнергии для ЛбСА.81 Выводы.

4. Разработка рекомендаций по повышению эффективности электроснабжения при реконструкции ЛбСА.

4.1. Применение газотурбинных установок (ГТУ) в технологическом процессе станций аэрации.

4.2. Технические характеристики газотурбинных установок.

4.2.1. Блочно-модульный воздуходувный агрегат В ДА-10-20ВСЖ.

4.2.2. Компрессорно-тепловой энергоблок на базе газодизеля КТБ ГД 16 ЧН 26/26.

4.2.3. Газотурбинная компрессорная тепловая установка ГКТУ-2,5.

4.3. Методика определения эффективности использования газотурбинных установок для выработки сжатого воздуха и тепла на станциях аэрации.

4.4. Технико-экономическое сравнение трех типов газотурбинных установок: ВДА-Ю-20ВОК, КТБ ГД 16 ЧН 26/26, ГКТУ-2,5.

Выводы.

Актуальность проблемы. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях является одной из важных проблем, особенно в настоящее время, поскольку стоимость электроэнергии постоянно растет.

Среди затрат на производство продукции, таких как затраты на сырье и материалы, топливо и электроэнергию, заработанную плату, на эксплуатационные расходы и др., энергетическая составляющая занимает значительную долю.

Существует ряд способов экономии электроэнергии. Они включают в себя: применение энергосберегающих технологий, модернизацию существующего и применение нового более экономичного и надежного оборудования, снижение потерь электроэнергии в системах электроснабжения и в электроприемниках, рациональное построение системы электроснабжения, снижение нагрузок в часы максимума нагрузки энергосистемы, нормирование электропотребления, повышение качества электроэнергии, применение рациональных способов регулирования режимами работы оборудования и т. д.

При планировании мероприятий по экономии электроэнергии необходимо проводить анализ потерь электроэнергии во всех звеньях электрической системы на основе электрического баланса промышленного предприятия.

Выбор наиболее эффективных способов экономии электроэнергии для каждого предприятия имеет свою специфику и зависит в значительной мере, особенно для предприятий с круглосуточным режимом работы, от характера технологического процесса.

Таким образом, для каждого конкретного предприятия актуальным является изучение особенностей технологического процесса, составление электрического баланса, анализ существующих способов экономии электроэнергии с целью последующей разработки мероприятий для повышения эффективности работы электрохозяйства и уменьшения электропотребления.

Целью диссертационной работы является: проведение анализа существующих методов и способов регулирования электропотребления и экономии электроэнергии на промышленных предприятиях и на его основе разработка комплекса практических рекомендаций по эффективному использованию электроэнергии на предприятиях с непрерывным технологическим процессом, на примере станций аэрации.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

- определенны характерные особенности предприятий с непрерывным технологическим процессом;

- составлена структурная схема мероприятий, направленных на рациональное использование электроэнергии на промышленном предприятии;

- сделана классификация потерь электроэнергии и мероприятий по их уменьшению в системах электроснабжения;

- проведен выбор наиболее эффективных для предприятий с непрерывным технологическим процессом методов и способов экономии электроэнергии и регулирования электропотребления;

- предложены способы снижения электропотребления на станциях ч аэрации и показана их эффективность.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались методы, принятые в электротехнике, теории электроснабжения промышленных предприятий, а также основные положения теории водоснабжения и канализации.

Обоснованность и достоверность положений и выводов настоящей работы обеспечивается использованием статистических данных, полученных из отчетности предприятий коммунального хозяйства, их анализом математическими методами и корректным применением методов теории электроснабжения промышленных предприятий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- показана эффективность использования биогаза в качестве топлива для газотурбинных установок.

- определены основные технико-экономические показатели, позволяющие оценить экономию электроэнергии и тепловых ресурсов при применении на станциях аэрации газотурбинных установок;

- разработана методика определения эффективности использования газотурбинных установок на станциях аэрации;

Основные практические результаты.

1. Предложена структурная схема мероприятий по рациональному использованию электроэнергии на промышленных предприятиях.

2. Для предприятий с непрерывным технологическим процессом наиболее эффективными способами экономии электроэнергии являются схемы с асинхронными двигателями, комбинацией асинхронных и синхронных двигателей и схемы с газотурбинными установками.

3. Показано, что для станций аэрации наиболее энергоемким является процесс биологической очистки воды. И наиболее эффективным мероприятием является отключение части оборудования при значительном снижении поступления сточной воды в ночное время и плавное регулирование расхода воздуха при изменениях притока воды в течение дня с помощью частотных регуляторов, установленных на асинхронных двигателях.

4. При реконструкции предприятия рекомендована замена воздуходувок с приводом от синхронных двигателей на газотурбинные установки, работающие на биогазе, который вырабатывается на станциях аэрации.

5. Технико-экономический расчет показал, что при сравнении трех типов газотурбинных установок: блочно-модульного воздуходувного агрегата БМ ВДА-Ю-2ВОК, компрессорно-теплового энергоблока на базе газодизеля КТБ ГД 16 ЧН 26/26, газотурбинной компрессорно-тепловой установки ГКТУ-2,5, наибольшую эффективность дает установка типа КТБ ГД 16 ЧН 26/26. Срок окупаемости составит 1,7 года.

6. Использование газотурбинных установок позволит экономить до 9000 кВт за час и снизить себестоимость выработки тепла на 770 руб за час. 7

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались:

- на всероссийской научно-технической конференции "Электропотреб ление, энергосбережение, электрооборудование" (Оренбург 2001 г.);

- на международной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения" (Тверь 2001 г.);

- на восьмой международной научно-технической конференции "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (Москва 2002 г.);

- на научно-технических семинарах кафедры ЭПП МЭИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано три печатных работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержит 130 страницу машинописного текста и 33 рисунка. Список литературы насчитывает 72 наименования.

Выводы по 4 главе:

1. Для станций аэрации проиведен выбор трех типов газотурбинных установок: блочно-модульный воздуходувный агрегат ЕМ ВДА-10-2ВОК, комнрес-сорно-тенловой энергоблок на базе газодизеля КТБ ГД 16 ЧН 26/26, газотурбинная компрессорная тепловая установка ГКТУ-2,5.

2. Предложена мел одика определения эффективности использования газотурбинных установок для выработки сжатого воздуха и вторичного тепла на станциях аэрации.

3. Технико-экономическое сравнение грех типов ГТУ показало, что больший эффект даст использование компрессорно-тепловых энергоблоков на базе газодизеля 16 ЧН 26/26. Срок окупаемости установки типа КТБ ГД 16 ЧН 26/26 составит 1,7 года.

4. Экономический эффект от внедрения в производство газотурбинных установок обусловлен: отказом от закупки электроэнергии и использованием биогаза; использованием вторичного тепла от работы газотурбинных двигателей, уменьшающим тепловую мощность котельной. Расчеты показали что экономия составит 9090 кВт за час (6103 руб за час), и себестоимость выработки тепла уменьшится на 770 руб за час.

5. Предложено использовать более совершенное оборудование, газотурбинные установки, позволяющие регулировать электропотребление в самом энергоемком производственном процессе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Определены характерные особенности предприятий с непрерывным технологическим процессом: сложный технологический процесс, который невозможно или нецелесообразно останавливать в ночное время; большинство оборудования, задействованное в основном технологическом процессе, работает в продолжительном режиме; по надежности электроснабжения электорприемники относятся,к 1 и 2 категории; наличие двигательной нагрузки (около 70 %); графики нагрузок имеют равномерный характер.

2. Проведен анализ методов и способов экономии электроэнергии и регулирования электропотребления, который позволил составить обобщенную структурную схему мероприятий направленных на повышения эффективности использования электроэнергии на промышленном предприятии и сделать классификация потерь электроэнергии и мероприятий по их снижению в СЭС.

3. Как показал анализ методов и способов регулирования электропотребления и снижения потерь электроэнергии, для станций аэрации наиболее целесообразными будут являться мероприятия связанные с экономией электроэнергии в насосных и компрессорных установках. Наибольший экономический эффект можно достичь в самом энергоемком производстве -биологической очистке воды (63% от общего электропотребления).

4. Для потребителей, участвующих в процессе биологической очистки воды, предложены способы уменьшения расхода электроэнергии: применение АД с частотными регуляторами, отключение части оборудования, комбинированный способ, использование ГТУ.

5. При реконст рукции и проектировании новых предприятий самым оптимальным является замена существующих воздуходувок с синхронными двигателями на газотурбинные установки, работающие на боигазе.

6. Предложена методика определения эффективности использования газотурбинных установок для выработки сжатого воздуха и вторичного тепла на станциях аэрации.

125

1. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. М., Энергия, 1973,-584 с.

2. Дайнеко Ф.А., Ершов Б.А. От Люберецких полей фильтрации к природоохранному комплексу. М.: Издательство "АВО", 1998.-138 с.

3. Николадзе Г.И. Водоснабжение. М. Стройиздат, 1989.-425 с.

4. Жуков А.И. Канализация. М: Стройиздат, 1969 584 с.

5. Поплевии В.М. Разработка способов повышения надежности систем гарантированного электроснабжения (на примере газовой промышленности), Дис. . канд. тех. наук М, 2002. 163 с.

6. Гаценко Г.А. Основные положения проблемы повышения качества электроэнергии и энергосбережения на предприятиях промышленности строительных материалов./ Аналитический обзор. М.: Ротапринт ВЕШИЭСМа. 1992. 233 с.

7. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том 2. Электрооборудование / Под общ. ред. А. А. Федорова М.: Энергоатом и здат, 1987.-585 с.

8. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. М. Энергоатомиздат, 1989.-173 с.

9. Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М. Энергия, 1979.-408 с.

10. Рожкова Л.Д., Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций. М Энергоатомиздат, 1987.-343 с.

11. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. 2-е изд., переработ, и доп. / Под общ. ред. А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского М.: Энергия, 1980.-585 с.

12. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том 1. Электроснабжение / Под общ. ред. А.А. Федорова.- М.: Энергоатомиздат, 1986.561 с.

13. Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Тшцен-ко Ю.Н., Барыбина Ю.Г. М.: Энергоатомиздат, 1981 -216 с.

14. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. ML: Энергоатомиздат, 1989.-214 с.

15. Сведения о расходе электроэнергии по ТП-335 и ТП-500 "Мосэнерго". Отчет .МГП "Мосводоканал" ЛбСА, 2000.

16. Сведения о расходе электроэнергии по ТП-335 и ТП-500 "Мосэнерго". Отчет МГП "Мосводоканал" ЛбСА, 2001.

17. Сведения о расходе электроэнергии по ТП-335 и ТП-500 "Мосэнерго". Отчет МГП "Мосводоканал" ЛбСА, 2002.

18. Чистяков В.П. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1969- 256 с.

19. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — Изд. 4-е М.: Наука,1969 -576 с.

20. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории вероятностей. М: Радио и связь,1983-414 с.

21. Конюхова Е.А., Родин В В. Вероятностное моделирование характеристик реактивной мощности АД при наличии СТК/У Электричество, 1998-255 с.

22. Фоскин Ю.А. Вероятностные методы в расчетах надежности систем электроснабжения. М.: МЭИ, 1977 -84 с.

23. Правила устройства электроустановок. 6-е изд. М.: Энергосервис, 2002 -608 с.

24. Кудрин Б.И. Прокопчик В В. Электроснабжение промышленных предприятий. Минск: Вышейша школа, 1988.-416 с.

25. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1995.-416 с. ,

26. Михайлов В.В. Тарифы и режимы электропотребления. -М.: Энергоатомиздат, 1986.-215 с.

27. Ермилов А.А., Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1983. 238 с.

28. Перевалов С.Г. Выявление резервов по экономии электроэнергии на станциях аэрации И Проблемы энергосбережения: Тез. докл. Международная научно-техническая конференция 14-15 ноября 2001 г.-Тверь, 2001.-С. 101-103.

29. Федоров А. А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М. Энергоатомиздат, 1984. -472 с.

30. Vournas C.D., Pai М.А. The effect of automation voltage regulation on the bifurcation evolution in power system. Internal ional symposium on Electric Power Tech. Stockholm? June 18-22 1995, с 398-403.

31. Гордеев В.И. Регулирование максимума нагрузки промышленных электрических сетей. М.: Энергоатомиздат,! 986.-128 с.

32. Волобринский С.Д. Электрические нагрузки промышленных предприятий. Л., "Энергия", 1971.-264 с.

33. Киреева Э.А., Юнее Т., Айюби М. Автоматизация и экономия электроэнергии в системах электроснабжения. М.: Энергоатомиздат, 1998.-320 с.

34. Eugeniusz Koziej, Jery Bielraski. Fuel cells alternative electrical energy sourse. International scientific conference //Energy saving in electrical engineering. Warsaw? 14-15 th of may 2001, с 12-15.

35. Киреева Э.А. Повышение надежности, экономичности и безопасности систем цехового электроснабжения. М.: НТФ "Энергопрогресс", 2002 —76 с.

36. Анчарова Т.В., Гамазин С.И., Шевченко В.В. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях. М.: Высш. школа, 1990,- 143 с.

37. Копытов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности. М.: Энергоатомиздат, 1982.-112 с.

38. Гусейнов Ф.Г., Мамедяров О.С. Экономичность режимов электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 1984. -120 с.

39. Поспелов Т.Е., Сыч М.М. Потери мощности и энергии в электрических сетях. М.: Энергоиздат, 1981 -216 с.

40. Гительсон С.М. Экономические решения при проектировании электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1971 -255 с.

41. Киреева Э.А. Рациональное использование электроэнергии в системах промышленного электроснабжения. М.: НТФ "Энергопрогресс", 2000- 76 с.

42. Maciej Bernatt, Jacub Bernatt. Energy saving high voltage motors in Poland from the project to the implementation. International scientific conference // Energy saving in electrical engineering. Warsaw? 14-15 th of may 2001, с 75-77.

43. Кунгс Я.А., Фаермарк M.A. Экономия электроэнергии в осветительных установках. М.: Энергоатомиздат, 1984.-224 с.

44. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., "Энергия"", 1977.-424 с.

45. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных установках. М.: ИК "Ягроба" "Биоинформсервис", 1998,-160 с.

46. Шерстюк А Н. Насосы, вентиляторы и компрессоры. М., "Высшая школа" , 1972. -344 с.

47. Лобачев П.В. Насосы и насосные станции. М.: Строиздат,1990.-267 с.

48. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1987.-336 с.

49. Железео Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. М.: Энергоатомиздат,1985. -224 с.

50. Georges Hennuy. Possibility and necessity of economies of energy in electrical industry. International scientific conference // Energy saving in electrical engineering. Warsaw? 14-15 th of May 2001, с 243-246.

51. Перевалов С.Г. Экономия электроэнергии на предприятиях с круглосуточным технологическим процессом П Электрика.-2003.-№5. С 30-33.

52. Плюто М.В., Клавсуть Р.В. Рациональное использование электрической и тепловой энергии. Минск.: Полюмя, 1983 -127 с.

53. Калицуи В.И. Водоотводящие системы и сооружения. -М.: Стройиз-дат, 1987.-336 с.

54. Зацепин В.М. Канализация. М: Стройиздат, 1975 -272 с.

55. Ведомость расхода электроэнергии по цехам Люберецкой станции аэрации за январь декабрь 2000 г.

56. Ведомость расхода электроэнергии по цехам Люберецкой станции аэрации за январь декабрь 2001 г.

57. Ведомость расхода электроэнергии по цехам Люберецкой станции аэрации за январь декабрь 2002 г.

58. Методика составления и анализа энергетических балансов. / Довгаль В.В., Крохина Б. А., Мелехин О.Т. Л.: Науч.-исслед. лаб. пром. - эконом, ис-след. МЭ ТП СССР при Ленинград, инж. - экон. ин-те им. Пальмиро Тольятти, 1971 -134 с.

59. Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Канализация. М., Стройиздат, 1972,280 с.

60. Технический отчет Люберецкой станции аэрации за январь декабрь2000 г.

61. Технический огчег Люберецкой станции аэрации за январь декабрь 2001 г.

62. Технический отчет Люберецкой станции аэрации за январь декабрь2002 г.

63. Назаренко У.П. Экономия электроэнер£иРЬ*фи производстве и использовании сжатого воздуха. -М.: Энергия, 1976,- 103 с.

64. Перевалов С.Г. Внедрение вакуумных выключателей на Люберецкой станции аэрации // Электропотребление, энергосбережение, электрооборудование: Тез. докл. Всероссийская научно-техническая конференция 3-5 октября2001 г.-Оренбург, 2001.- с 57.

65. Правила учета электрической энергии. М.: Энергосервис,!997.

66. Договор об энергоснабжении №95500701 от 01.11.1999 г. (договор заключен между Люберецкой станцией аэрации и "Мосэнерго").

67. Дополнение к договору №95500701 от 6 мая 2002 г.

68. Костюк А.Г., Шерспок АН. Газотурбинные установки. М.: Высшая школа, 1979.-254 с.

69. Технико-коммерческое предложение на блочно-модульный воздуходувный агрегат БМ ВДА-10-2BQK. ОАО "Самарское конструкторское бюро машиностроения".2000 г.