Определение текущего состояние энергопотребления

Инструментальное обследование применяется для восполнения отсутствующей информации, которая необходима для оценки эффективности передачи электроэнергии, но не была получена на стадии предаудита, где собирается первичная информация об исследуемом объекте, проводится общий анализ технического состояния электрических сетей, определяется и согласовывается с руководством предприятия последовательность работ по обследованию.

Для проведения инструментального обследования должны применяться специализированные портативные приборы. При этом особое внимание следует уделять узлам учета электроэнергии, как коммерческим, так и техническим с просроченными поверочными интервалами и индукционными счетчиками. Необходимо выделить объекты, которые подлежат комплексному инструментальному исследованию. Измерения при этом подразделяются на следующие виды:

– однократные измерения, при которых исследуется отдельный объект в определенном режиме работы;

– балансовые измерения, которые применяются для контроля баланса электроэнергии по отдельным потребителям, участкам сети, предприятию в целом. Перед проведением балансовых измерений необходимо иметь схему электрической сети, по которой должен быть составлен план измерений, необходимых для сведения балансов. При этом желательно иметь несколько измерительных приборов для одновременных измерений в различных точках;

– регистрация параметров – исследование изменения какого-либо параметра во времени (например, снятие суточного графика нагрузки, графика отклонений напряжения в узлах сети и т.д.). Для этого вида измерений необходимо использовать приборы с внутренними или внешними устройствами записи и хранения данных и возможностью их последующего анализа в компьютере. В ряде случаев допускается применение стационарных приборов без записывающих устройств, но при условии снятия показаний через равные промежутки времени;

– обследование технического состояния электрических сетей - на этом этапе обследования проводится техническая экспертиза физического и морального износа оборудования с целью определения и обоснования затрат на ремонт, включаемых в тариф на электроэнергию.

При анализе технического состояния должны по возможности использоваться соответствующие приборы и методики, в частности: тепловизоры – для контроля местных нагревов оборудования, контактных соединений; методы и приборы для контроля состояния масла трансформаторов; щупы для определения степени загнивания деревянных опор; приборы для оценки технического состояния опорных изоляторов разъединителей, фарфоровых покрышек выключателей и т.п.

К инструментальным обследованиям условно можно отнести проверку расчетов нормативов потерь электроэнергии с помощью сертифицированного программного обеспечения.

Вся информация, полученная из документов и путем инструментального обследования, является исходным материалом для анализа резервов снижения потерь и повышения качества электроэнергии.

Определение фактического объема потребления энергии достигается комбинацией измерений, оценки и расчетов. Не смотря на то, что всегда нужно стремиться получить точный результат, все же некоторые неувязки неминуемы.

На рис.3.3.1.1 показаны методы, которые применяют для определения количества потребленной энергии. Пять кругов, сосредоточенных вокруг центрального круга «Сопоставление и перекрестная проверка данных», демонстрируют разные способы измерений и оценки количества энергии, которые потребляются различными категориями энергоприемников. Полученные в результате значения сравнивают, группируют по отдельным категориям потребителей, прибавляют и сравнивают с общим объемом энергопотребления на объекте. Для уточнения данных проводится перекрестная проверка.

Рис 3.3.1.1. Методы определения количества потребленной энергии

Все объекты, на которых проводится энергоаудит, должны быть оснащены измерительными приборами, по крайней мере, это могут быть счетчики предприятия, по которым осуществляют расчеты за коммунальные услуги. Некоторые предприятия могут иметь развитую сеть дополнительных счетчиков. Кроме того, всегда есть возможность использовать временные портативные измеряющие приборы. Непосредственное измерение энергии осуществляют по сути лишь счетчики электроэнергии.

Даже если невозможно провести непосредственное измерение потребления энергии, существуют посредственные методы их оценки. Эти методы базируются на элементарных законах физики и осуществляются с помощью простого и недорогого оснащения. Рассмотрим теперь более детально каждую составляющую рис. 3.3.1.1.

Непосредственное измерение затрат энергии и энергоносителей

Непосредственное (прямое) измерение потребления энергии - это самый точный способ определения объема потребленной энергии, как в целом, так и отдельными его потребителями. Определенную информацию о прямых измерениях дает рис. 3.3.1.2.

Рис 3.3.1.2. Непосредственное измерение затрат энергии

Непосредственные измерения потребленной энергии или объема потребленного энергоносителя осуществляется с помощью счетчиков. На рис.3.3.1.3 изображены: счетчик электрической энергии, газовый счетчик и олеометр - счетчик потребления редких энергоносителей (нефтепродуктов).

Рис. 3.3.1.3. Счетчики энергоносителей

Из приведенных на рис.3.3.1.3 измерителей, как уже отмечалось, лишь счетчик электроэнергии непосредственно измеряет потребленную энергию. Газовый счетчик и олеометр измеряют объем потребленного энергоносителя (газа, мазута) и для получения результата в единицах измерения энергии необходимо объем помножить на теплотворную способность топлива. В случае достоверных данных о теплотворной способности того или иного потребляемого топлива, такие счетчики становятся надежным источником информации для энергоаудитора. По показаниям счетчиков определяют количество потребленной энергии определенного вида за принятый промежуток времени (неделя, месяц, сезон, год).

Во время проведения энергетического аудита используют также разнообразные временные измерители от простейших до довольно сложных. Некоторые из них (например, портативный счетчик электроэнергии) непосредственно измеряют потребление энергии, однако подавляющее большинство приборов измеряют другие параметры, такие как расход жидкости, влажность, освещенность и т.п. Более сложные приборы могут измерять потребление, как за определенный промежуток времени, так и мгновенное значение измеряемого параметра. Некоторыми измерителями, в частности анемометром и измеряемой постоянной можно также определить расход воздуха или жидкости за короткий промежуток времени, но эти данные не отображают изменение расхода на протяжении определенного интервала времени.

В табл. 3.3.1.1 показано, как измеренные временными измерителями значения различных параметров можно использовать для определения энергопотребления или других величин, связанных с использованием энергии. В таблице также приведены гипотезы, на которых основаны эти выводы.

Таблица 3.3.1.1. Использование информации временных измерителей

Более точный результат анализа информации временных измерителей достигается путем перекрестной проверки результатов и зависит от квалификации аудитора. Например, опытный энергоаудитор, как правило, знает величину коэффициента мощности электроприемников.

Первым шагом структурирования информации, полученной от временных измерителей, является построение графиков изменения нагрузки на протяжении определенного времени (рис.3.3.1.4). Для этого используют показания приборов, которые могут измерять расход энергии за определенный промежуток времени (например, счетчиков электроэнергии или ультразвуковых расходометров).

Рис. 3.3.1.4. График нагрузки

Необходимость подобных графиков состоит в том, что они наглядно демонстрируют изменение количества потребляемой энергии на протяжении определенного времени (на рис.6 показан суточный график). Этот график позволяет сравнить фактическое изменение объема потребляемой энергии с плановой, а также показывает, на сколько эффективно функционируют ручная и автоматическая системы управления потреблением.

По графикам нагрузки можно определить величину потенциального энергосбережения, по ним можно определять:

· эффективность работы системы аварийного контроля;

· эффективность работы ручных систем управления;

· эффективность потребления энергии путем измерения рабочих параметров;

· потери и утечки.

Графики нагрузки (а также графики расхода воды) обязательно включают в отчет энергетического обследования, поскольку они наглядно отображают существующие проблемы и пути энергосбережения.

Частичные измерения расхода энергии и энергоносителей.

Потребление энергии или энергоносителей можно определить по показаниям стационарных или временных приборов, измеряющих только одну из составляющих величин расхода энергии. Чтобы вычислить расход энергии, необходимо принять недостающую составляющую величину. Так, для определения мощности потребления электроэнергии по величине тока, получаемой с помощью стационарного амперметра или токоизмерительных клещей, необходимо знать также значения напряжения и коэффициента мощности. Погрешность будет незначительной, если эти величины принять номинальными для данного электроприемника (указанные на его щитке).

Для расчета расхода энергии по показаниям паромера необходимо знать энтальпию пара и энтальпию конденсата.

Определение расхода энергии по величине продолжительности работы возможно только для оборудования, работающего с постоянной нагрузкой.

Однако во многих случаях опытный энергоаудитор может знать порядок принимаемой величины, и соответственно корректировать ее при расчетах.

Посредственные измерения затрат энергии и энергоносителей.

Потребление энергии может быть вымерено посредственно. В результате анализа данных, в случае сменных производственных условий, мы получаем величину общего потребления энергии состоящую из отдельных компонентов. Наиболее часто для этого используют метод регрессивного анализа и метод тестового контроля.

Метод регрессивного анализа представляет собой математический прием, который основан на сравнении количества потребленной энергии с другой сменой, от которой может зависеть общее потребление энергии. Например, можно сравнивать величину месячного потребления энергии с выпуском продукции предприятием за соответствующий месяц. Регрессивный анализ разделяет объем потребленной энергии на постоянное потребление (то есть на то количество энергии, которая необходима для поддержания на предприятии нулевого уровня производства) и сменное потребление (количество энергии, которое расходуется на производство продукции и зависит от ее объема). В результате мы видим зависимость изменения количества энергии от количества выпускаемой продукции. Получаем линейную зависимость - так называемая линейную регрессию. Существуют также разного вида нелинейные зависимости: квадратичная, показательная, экспоненциальная, логарифмическая регрессия. Регрессивный анализ помогает увидеть пути сбережения энергии, установить нормы потребления и контролировать потребление энергии.

На рис. 3.3.1.5 приведен пример графика регрессивного анализа. Положение точек соответствует количеству выработанной за определенный промежуток времени (например, за неделю) продукции и количества потребленной за это время энергии. С максимальным приближением к точкам проведена линия регрессии - "стандартная линия". Это сделано приближенно. Однако целесообразней использовать точный математический метод "линейного регрессивного анализа".

Рис. 3.3.1.5. График регрессивного анализа

Отрезок ОА, который отсекает «стандартная линия» на оси энергии, соответствуют потреблению энергии предприятием в случае отсутствия производства продукции - постоянному потреблению. Отрезок ВС отвечает потреблению, которое обусловленное выпуском определенного объема продукции (отрезок ОД). Понятно, что с увеличением объема производства продукции возрастает лишь сменная составная затрат энергии.

Таблица 3.3.1.3 показывает, как одна составляющая величина расхода энергии связана с другими переменными компонентами расхода. Следует заметить, что любые потери, такие, например, как утечка пара, потери через поверхности труб, обусловленные плохой изоляцией, относятся к постоянным расходам. Иногда расход энергии зависит от нескольких переменных. Энергоаудитор должен самостоятельно выбрать наиболее значимую переменную величину. Для этого выполняют регрессивный анализ относительно каждой альтернативной сменной, а потом выделяют определяющую сменную. Однако наиболее часто, этот выбор основывается на опыте энергоаудитора.

Таблица 3.3.1.3. Деление потребленной энергии определенного вида на постоянное и сменное потребление

*Градусо-дни - объективный показатель потребности энергии для отопления помещений.

Иногда применяют «мультипликативный регрессивный анализ», то есть сопоставление количества потребленной энергии с несколькими переменными одновременно. Однако такие ситуации встречаются редко.

Метод тестового контроля применяют тогда, если несколько потребителей получают энергию от одного источника, где происходит измерение расхода энергии. Количество потребленной энергии каждого потребителя можно определить следующим образом. Нужно фиксировать изменения общей нагрузки, отключая и включая при этом различные энергоприемники.

Рис. 3.3.1.6 дает практический пример использования метода тестового контроля для определения энергопотребления каждой из двух установок, которые питаются через один счетчик электрической энергии.

Рис.3.3.1.6 .Метод тестового контроля

Этим прибором минутное потребление энергии определялось по количеству оборотов диска электрического счетчика в течение минуты.

Тестовый контроль может быть применен и для других типов счетчиков, например, газовых или паровых. Хотя в таких счетчиках отсутствуют вращающиеся диски, можно зафиксировать время, за которое изменяются показания счетчика, например, на единицу младшего разряда. Таким образом, принцип остается тем же самым, только времени для снятия показаний может понадобиться больше.

Для получения достоверных результатов методом тестового контроля следует быть уверенным в том, что энергопотребление тестового прибора на нормальном уровне и не изменяется в процессе тестирования, например, автоматическими системами управления. Ниже представлены другие примеры применения тестового контроля.

Электроснабжение производственных механизмов и системы освещения. Когда производственный процесс останавливается (например, во время обеденного перерыва или в конце рабочего дня), оставить освещение включенным еще на несколько минут. Если все производственные механизмы отключены, можно точно определить количество электроэнергии, которое тратится на электрическое освещение.

Сжатый воздух. Если производственный процесс останавливается и нет потребности в сжатом воздухе, оставьте компрессоры включенными еще на несколько минут. Потребляемая компрессорами энергия покажет размер потоков сжатого воздуха. Если компрессоры периодически включаются, вам следует измерять время загрузки-разгрузки компрессоров, чтобы оценить величину потерь воздуха и количество потребленной электроэнергии.

Метод тестового контроля имеет ряд недостатков.

Точность метода тестового контроля будет достигнута только тогда, когда некоторые электроприемники полностью отключаются на определенный промежуток времени. Это необходимо делать, поскольку некоторые электроприемники (а именно люминесцентные лампы, электродвигатели, системы сжатого воздуха) потребляют больше энергии в режиме включения, чем в режиме холостого хода.

Тестовый контроль может применяться только для оборудования, которое потребляет постоянную мощность на протяжении интервала времени. Если за время тестирования оборудование автоматически включается и выключается (например, холодильник), можно получить неточный результат. Однако, заметим, что воздушных компрессоров, оставленных для тестирования потерь в рабочем состоянии, это не касается, поскольку компрессоры в данных условиях являются единым контролируемым потребителем энергии.

Сопоставление и перекрестная проверка данных об энергопотреблении.

После завершения работы по сбору информации о потреблении энергии на основании измерений, оценки и анализа потоков энергии проводят сопоставление данных. Эта процедура детально рассматривается ниже. Однако во время сопоставления данных часто обнаруживаются несоответствия, то есть сумма энергопотребления всех объектов не всегда согласовывается с измеренной величиной общего энергопотребления.

Если выявлены большие отличия между суммой показаний отдельных счетчиков, установленных на объекте, и основного счетчика, то нужно выполнить следующие действия:

· выяснить, существует ли такого же порядка разность в месячных показаниях;

· выяснить, существуют ли среди счетчиков на объекте такие, показания которых не считываются и не учитываются;

· выяснить, есть ли неконтролируемые потребители энергии;

· провести на протяжении недели ежедневное считывание показаний счетчиков и определение расхождений;

· проверить соотношение номинальных параметров счетчиков и их преобразователей (например, номинальных токов трансформаторов тока) и фактических значений потоков;

· сделать поверку подозрительных счетчиков.

Для выявления ошибок, допущенных в процессе обследования или сопоставления данных, проводится перекрестная проверка данных.

Существует несколько методов проверки правильности измеренного или оцененного энергопотребления:

· топливно-энергетический баланс;

· баланс массы;

· эффективность использования энергии;

· сравнение с рабочими показателями.