Климова Г.Н., Кабышев А.В. Элементы энергосбережения в электроснабжении промышленных предприятий. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Томский политехнический университет»

Г.Н. Климова, А.В. Кабышев

ЭЛЕМЕНТЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебное пособие

Издательство

Томского политехнического университета

2008

ББК 31.19–я73

УДК 620.9:658.5(075.8)

К492

Климова Г.Н.

Элементы энергосбережения в электроснабжении

промышленных предприятий: учебное пособие/ Г.Н. Климова,

А.В. Кабышев. – Томск: Изд-во Томского политехнического

университета, 2008. – с.

Содержатся основные положения, необходимые для выполнения

курсового и отдельных разделов дипломного проекта по электроснабжению

объектов. В пособии рассмотрены теоретические вопросы и даны

методические указания по технико-экономическому обоснованию выбора

устройств компенсации реактивной мощности и напряжения питающей

линии главной понизительной подстанции (ГПП) промышленного

предприятия. Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП изложен с

учетом их систематических и аварийных перегрузок, надежности

электроснабжения, снижения потерь электрической энергии. Даны примеры

расчетов и пояснения к тем разделам проекта, которые вызывают

наибольшие затруднения студентов.

Предназначено для студентов специальности 140211 –

″Электроснабжение″ и студентов направления 140200 – ″Электроэнергетика″

(магистерские программы ″Оптимизация развивающихся систем

электроснабжения″ и ″Возобновляемые источники энергии″).

ББК 31.19–я73

УДК 620.9:658.5(075.8)

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Рецензенты

Директор Регионального Центра управления энергосбережением

Томской области

М.И. Яворский

Технический директор ОАО «Томский электроламповый завод»,

г. Томск

А.И. Прудников

К492

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 6

ГЛАВА 1. Задания к технико-экономическому обоснованию выбора

компенсирующих устройств и напряжения питающей линии ГПП завода ............. 10

1.1. Данные для выполнения курсового проекта ........................................................ 10

1.2. Характерные суточные графики нагрузок предприятий различных отраслей

промышленности ........................................................................................................... 11

ГЛАВА 2. Технико-экономическое сопоставление вариантов системы

электроснабжения .......................................................................................................... 15

2.1. Условия сопоставимости вариантов ................................................................... 15

2.2. Сравнительная эффективность вариантов развития системы

электроснабжения предприятия ................................................................................. 16

2.2.1 Капитальные вложения ................................................................................ 17

2.2.2. Эксплуатационные издержки ..................................................................... 19

2.2.3. Тариф на электроэнергию ........................................................................... 20

2.3. Показатели финансово-экономической эффективности проекта ................... 24

2.3.1. Простые методы оценки экономической эффективности инвестиций .. 24

2.3.2. Интегральные критерии оценки экономической эффективности

инвестиций ............................................................................................................. 26

2.4. Методика оценки экономической эффективности выбора

электротехнического оборудования ............................................................................ 29

2.4.1. Первый этап: расчет общих затрат ............................................................. 29

2.4.2. Второй этап: сопоставление денежных потоков ...................................... 30

2.4.3. Третий этап: оценка сравнительной эффективности ............................... 31

2.5. Себестоимость передачи

и распределения электроэнергии .............................. 33

2.6. Технико-экономические показатели энергетического объекта промышленного

предприятия ................................................................................................................... 35

2.6.1. Полезный отпуск тепловой энергии .......................................................... 36

2.6.2. Выработка и отпуск электрической энергии ............................................. 37

2.6.3. Годовой расход условного топлива котлами ............................................ 37

2.6.4. Коэффициент использования топлива ....................................................... 37

2.6.5. Определение себестоимости энергии ТЭЦ ............................................... 38

2.6.6. Расчет эффективности проекта................................................................... 40

ГЛАВА 3. Обоснование схемы внешнего электроснабжения предприятия и

приемной понижающей подстанции ............................................................................ 44

3.1. Выбор напряжения

питающей линии ГПП предприятия ................................... 44

3.2. Трансформаторные подстанции предприятий ................................................... 45

3.2.1. Назначение и классификация подстанций ................................................ 45

3.2.2. Схемы главных подстанций предприятий................................................. 47

3.2.3. Открытые распределительные устройства на подстанциях .................... 51

3.2.4. Закрытые распределительные устройства ................................................. 55

3.2.5. Выбор числа трансформаторов .................................................................. 56

3.2.6. Выбор конструктивного исполнения трансформаторов .......................... 57

3.2.7. Выбор способа регулирования вторичного напряжения

трансформаторов ................................................................................................... 58

3.2.8. Выбор группы и схемы соединения обмоток трансформаторов ............. 59

3.3. Расчет по суточному

графику электрических нагрузок предприятия средней и

максимальной нагрузок .................................................................................................. 60

3.4. Составление схемы внешнего электроснабжения предприятия .............. 63

3.5. Выбор трансформаторов ГПП по графику нагрузки ......................................... 64

3.6. Выбор сечения линии, питающей ГПП ................................................................. 72

3.7. Определение суммарных приведенных затрат на сооружение воздушных линий

электропередачи ............................................................................................................ 75

3.8. Определение суммарных приведенных затрат на установку силового

оборудования .................................................................................................................. 76

3.9. Экономический режим работы трансформаторов ........................................... 81

3.10. Распределение нагрузок между параллельно работающими

трансформаторами ...................................................................................................... 92

3.11. Учет надежности при выборе мощности трансформаторов подстанций .. 94

3.11.1. Оценка ущерба

при перерывах и ограничениях электроснабжения

потребителей .......................................................................................................... 94

3.11.2. Выбор мощности трансформаторов понижающей подстанции ............ 98

ГЛАВА 4. Влияние тарифов на режимы электропотребления ................................ 104

4.1. Основные виды тарифов ...................................................................................... 105

4.2. Анализ систем тарифов ....................................................................................... 107

4.2.1. Выбор системы электроснабжения промышленного предприятия ...... 107

4.2.2. Выбор трансформаторов для подстанций промышленных

предприятий ........................................................................................................ 109

4.2.3. Оптимальный режим работы трансформаторов ..................................... 111

ГЛАВА 5. Технико-экономическое обоснование выбора компенсирующих

устройств в системе

электроснабжения предприятия .............................................. 114

5.1. Расчетные затраты на генерацию реактивной мощности ............................ 114

5.1.1. Воздушные и кабельные линии ................................................................ 114

5.1.2. Синхронные двигатели и генераторы электростанций .......................... 115

5.1.3. Конденсаторы поперечного включения (БК) .......................................... 118

5.2. Компенсация реактивной мощности в электрических сетях общего назначения

напряжением до 1000 В ............................................................................................... 119

5.3. Технико-экономическое обоснование выбора привода производственных

механизмов .................................................................................................................... 126

5.4. Компенсация на предприятии с небольшим числом устанавливаемых

трансформаторов ....................................................................................................... 129

5.5. Размещение конденсаторных батарей в сетях напряжением до 1000 В ....... 131

5.5.1. Электроснабжение радиальными линиями ............................................. 131

5.5.2. Электроснабжение токопроводом с ответвлениями .............................. 135

5.5.3. Выбор точки присоединения одной БК к токопроводу

в сети до 1000 В ................................................................................................... 138

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ...................................................................... 140

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ......................................................................................................... 141

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ......................................................................................................... 144

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ......................................................................................................... 150

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ......................................................................................................... 158

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ......................................................................................................... 161

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ......................................................................................................... 163

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ......................................................................................................... 170

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 ......................................................................................................... 174

ВВЕДЕНИЕ

Современная система электроснабжения предприятия

характеризуется сложностью взаимосвязей как между ее отдельными

элементами, так и между объектами производства, передачи и

потребления электроэнергии.

При ее проектировании, оптимизации, реконструкции и

техническом перевооружении возникает необходимость сравнения

нескольких вариантов. Многовариантность задачи обуславливает

проведение технико-экономических расчетов с целью обоснования и

выбора наиболее эффективного варианта. При

принятии решения

учитывается стоимость его реализации. Оценка базируется на двух

основных показателях: капитальных вложениях [К] для создания

производства и издержках [И] производства продукции.

В частном случае капитальные вложения рассматривают как

единовременные однократные затраты, а издержки производства –

ежегодные расходы. Сравниваемые варианты могут иметь значительные

отличия по указанным составляющим затратам, одновременно

укладываясь

в рамки заданных технических ограничений и достигаемой

цели.

Сопоставление между собой единовременных и ежегодных затрат

для двух вариантов может быть проведено по сроку окупаемости:

ок

КК

ИИ

−

, (В.1)

где

К и

И – капитальные вложения и издержки в первом

варианте;

– то же, но во втором.

Технико-экономический смысл выражения (В.1) – это срок, в

течение которого дополнительные капиталовложения окупаются

экономией издержек производства. Если нормативный срок

окупаемости

Т известен (или задан), то определение экономической

эффективности сравниваемых вариантов по методу окупаемости

производится сопоставлением полученного значения

ок

Т с

Т .

Расчет с использованием выражения (В.1) позволяет сравнивать

варианты

только попарно.

В качестве

сравнительной эффективности (оценки) нескольких

вариантов технических решений целесообразно вместо уравнения (В.1)

использовать более совершенную формулу учета срока окупаемости,

при которой варианты ранжируются по значению приведенных затрат:

ЗЕ КИ=⋅+, (В.2)

где

нн

Е 1/Т= − нормативный коэффициент эффективности

капитальных вложений.

Критерием для выбора варианта выступает минимум суммарных

приведенных затрат.

При использовании соотношения (В.2) предполагается, что

капитальные вложения осуществляются единовременно. В

действительности это происходит в течение определенного (иногда

продолжительного) периода ввода в эксплуатацию энергетического

объекта. В этом случае необходимо учитывать разновременность затрат,

приводя их к сопоставимому

виду. Для этой цели в практике

проектирования в разные годы был разработан и использовался ряд

формул сложных процентов. В [1] на примере выбора структурной

схемы электроустановки дан сопоставительный анализ применения в

технико-экономических расчетах соотношения (В.2) разных формул

сложных процентов по отечественным и зарубежным методикам,

выработаны рекомендации по их использованию.

В настоящее

время при сопоставлении вариантов критерию

минимума приведенных затрат противопоставляется критерий

максимума чистого дисконтированного дохода (ЧДД),

представляющего собой разность между ожидаемым дисконтированным

доходом (товарной выручкой) и дисконтированными затратами по

проекту строительства нового или расширения (реконструкции)

действующего объекта. То есть ЧДД – это прибыль, которая остается у

предприятия после возмещения всех затрат и

уплаты налогов, а

критерий выступает одним из показателей, характеризующих

экономическую эффективность проекта.

Противоречий между показателями ЧДД и приведенными

затратами вообще не существует, так как приведенные затраты входят в

формулу расчета чистого дисконтированного дохода и их минимизация

приводит к максимизации ЧДД. Особенностью показателя ЧДД

является то, что его расчет обязателен для обоснования проекта

крупного капиталоемкого объекта, оценка должна проводиться с учетом

дисконтированием за срок службы как дохода, так и всех

составляющих затрат. При решении частных инженерных задач, с

которыми приходится сталкиваться в процессе разработки и реализации

проектов и по каждой из которых необходимо сравнить несколько

вариантов решения и выбрать оптимальное, достаточным является

расчет простейшего срока окупаемости дополнительных капитальных

вложений.

Таким образом, важно не противопоставлять эти экономические

критерии, а правильно соотносить предпочтительные области

применения. Область применения приведенных затрат должна

ограничиваться лишь технико-экономическим сравнением для отбора

предпочтительного варианта электроустановки и не заменять собой

показатели планово-экономической деятельности при определении

источников финансирования строительства, оценки рентабельности

производства, срока окупаемости инвестиций, а также эффективности

внедряемых энергосберегающих технологий.

В данном учебном пособии технико-экономические расчеты

рассматриваемых вариантов и примеров велись по традиционной

методике [2] с использованием соотношения (В.2), нормативам

отчислений и базовым ценам 1984 года, отраженным в многочисленных

литературных источниках, например [3, 4]. Затраты даны в условных

единицах (у.е.), где базисная величина – 1 руб. 1984 года. Кроме этого,

на примере

крупного энергетического объекта по простым и

интегральным показателям рассмотрена финансово-экономическая

эффективность проекта.

В соответствии с учебными планами специальности 140211 –

″Электроснабжение″ и магистерской подготовки по программе

″Оптимизация развивающихся систем электроснабжения″ в

завершающей стадии обучения предусматривается выполнение

курсового проекта в рамках дисциплин

″Спецвопросы

электроснабжения промышленных предприятий

″ и ″Энерго- и

ресурсосбережение на производственных, коммунальных и бытовых

объектах

″. К этому моменту студентами изучены все

общепрофессиональные и специальные дисциплины программы

обучения, на производственных практиках осуществлено знакомство с

общими вопросами организации эксплуатации основного

электрооборудования, методами и средствами управления его работой,

основными эксплуатационными режимами. В связи с этим цель данного

проекта – развитие навыков самостоятельной работы при решении

практических задач, с которыми

приходится иметь дело инженеру-

электрику на промышленном предприятии. Кроме этого, курсовой

проект позволяет систематизировать, закрепить и углубить полученные

теоретические знания по дисциплине, способствует развитию

творческой инициативы, самостоятельности и ответственности,

формирует умение использовать справочную, нормативную и правовую

документацию. Вопросы курсового проекта охватывают до 50%

теоретического лекционного материала и практических занятий.

Тематика курсового проекта связана с технико-экономическим

решением комплексных задач электроснабжения промышленных

предприятий. Основные вопросы проекта отражены в двух заданиях.

Первая часть курсового проекта посвящена технико-экономическому

обоснованию выбора напряжения питающей линии главной

понизительной подстанции (ГПП). Во второй части по принципу

минимума приведенных затрат проводится выбор компенсирующих

устройств в системе электроснабжения

предприятия и распределение

мощности конденсаторных установок в сетях до 1000 В.

Структура курсового проекта:

Часть 1.

Технико-экономическое обоснование выбора

напряжения питающей линии ГПП предприятия.

1.1. Расчет по суточному графику электрических нагрузок

предприятия средней и максимальной нагрузок.

1.2. Построение годового графика по продолжительности и

определение времени использования максимума нагрузки.

1.3. Составление схемы внешнего электроснабжения предприятия.

1.4. Определение мощности трансформаторов ГПП и ее уточнение

с учетом систематических и аварийных

перегрузок, надежности

электроснабжения.

1.5. Выбор сечения проводников для различных классов

напряжения.

1.6. Технико-экономические расчеты нескольких вариантов схемы

внешнего электроснабжения, сравнение и выбор оптимального.

1.7. Расчет себестоимости передачи и распределения

электроэнергии по сетям промышленного предприятия.

Часть 2. Технико-экономическое обоснование выбора устройств

компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения

предприятия.

2.1.Расчет реактивной мощности, поставляемой энергосистемой

предприятию, составление баланса реактивной мощности в целом по

предприятию. Обоснование выбора привода производственных

механизмов, работающих на напряжении 6/10кВ.

2.2.Выбор и распределение средств компенсации по разным

ступеням системы электроснабжения предприятия.

2.3.Определение затрат при

различных сочетаниях источников

компенсации реактивной мощности в сетях до и выше 1000 В, выбор

оптимального варианта.

2.4. Оценка экономической эффективности приобретения

различных типов конденсаторных установок.

2.5.Размещение конденсаторных батарей по узлам нагрузки.

ГЛАВА 1. Задания к технико-экономическому обоснованию

выбора компенсирующих устройств и напряжения питающей

линии ГПП завода

Курсовой проект выполняется по исходным данным и расчетам

выпускной квалификационной работы бакалавров направления 140200

«Электроэнергетика». По согласованию с преподавателем, ведущим

курсовое проектирование, проект может выполняться студентом по

одному из вариантов, приведенных в табл. 1.1 и 1.2.

1.1. Данные для выполнения курсового проекта

Таблица 1.1.

Наименование величины

Номер варианта

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Расчетная активная нагрузка

предприятия,

P , (кВт)

17899

26900

19456

6788

10980

36280

15564

11789

8546

36870

25692

12424

Расчетная реактивная нагрузка

предприятия,

Q , (

кВА )

7875

13823

15900

2584

3990

22119

13564

8146

5402

24890

24861

8423

Длина питающей линии от

подстанции ЭС

до ГПП

предприятия,

L, (км)

Асинхронная нагрузка на стороне

ВН

, (кВт)

1200

1400

800

1200

1440

808

480

Синхронная нагрузка на стороне

ВН, (кВт)

1200

1000

1400

800

2400

Напряжение СН/НН

, кВ

10/

0,4

10/

0,4

10/

0,4

10/

0,4

10/

0,4

10/

0,4

10/

0,4

Номинальная мощность цеховых

трансформаторов, кВ·А

1000

630

400

630

2500

1600

630

2500

1600

1000

Расчетная нагрузка

цеха

, кВтP

3700

4220

1500

880

1100

4000

2100

910

630

4500

3250

1970

рр

, кВАQ

2100

2110

990

780

800

2000

1600

780

510

2700

1800

1540

Схема распределительного

устройства подстанции

по прил. 1

Примечание: 1 – ЭС – энергосистема; 2 – ВН – высокое напряжение; 3 – СН/НН – среднее

напряжение/низкое напряжение.