Технологические системы и подсистемы

В разделе 2.1 дано определение понятий «системы и подсистема», применительно к энергетическим системам, которые имеют общеотраслевое применение (отопление, производство сжатого воздуха, вентиляция и т.д.). В [4] рассматриваются именно эти системы, и предлагаемые наилучшие доступные технологии (НДТ) распространяются на указанный тип общеэнергетических систем. Поэтому [4] не содержит информации, специфичной для отдельных отраслей. Для них в ЕС составляются отдельные справочные документы. В связи с этим здесь приводятся общие сведения по некоторым видам электротехнологических систем. Сюда же условно отнесены и осветительные установки. Более подробно по данным системам см. [1–3, 6–8].

Экономия электроэнергии в электротермических установках. К электротермическим установкам относят электрические печи различного принципа действия (электрические печи сопротивления, дуговые, индукционные, нагревательные приборы электрического отопления (электрокалориферы, инфракрасные обогреватели, электрические масляные радиаторы и др.), электрические котлы.

Электрические печи сопротивления — наиболее распространенный вид электротермического оборудования. Теплота выделяется в нагревательных элементах печи при прохождении через них электрического тока. Многие печи сопротивления очень чувствительны к снижению напряжения, которое может приводить к увеличению продолжительности технологического процесса, а в ряде случаев — к ухудшению качества продукции. Коэффициент мощности таких печей чаще всего равен единице.

Принцип действия дуговых печей основан на использовании теплоты, выделяющейся в электрической дуге. Дуговые печи широко применяются для плавки металлов. Они являются одним из самых мощных электроприемников (мощность одной печи может достигать 100 МВт и более [7], поэтому на предприятиях, использующих такие печи, часто решается задача выравнивания суточного графика нагрузки. Для создания более равномерного графика нагрузки на предприятии необходимо иметь две (или более) дуговые печи.

На входе трансформатора дуговой печи необходимо иметь фильтр высших гармоник, чтобы исключить влияние работы печи на качество электроэнергии в сети.

Принцип действия индукционных печей и установок индукционного нагрева основан на выделении теплоты при взаимодействии переменного электромагнитного поля с проводящими электрический ток материалами. Эти печи малоинерционны и обеспечивают быстрый нагрев материала. В отличие от печей сопротивления они имеют малую аккумулирующую способность. Поскольку в состав индукционных электрических печей входят реактивные элементы, они являются потребителями реактивной мощности. Поддержание высоких значений коэффициента мощности — одно из важных мероприятий по экономии энергии на предприятиях, применяющих индукционные печи.

Во всех типах электрических печей для эффективного использования электроэнергии требуются:

поддержание в хорошем состоянии футеровки печей;

применение для футеровки эффективных видов тепловой изоляции;

снижение простоев печей до минимального уровня;

использование печей в трехсменном режиме работы;

оптимальная загрузка печей;

сокращение времени нахождения печи с открытым сводом.

Снижение потерь при проведении технологических процессов. Главным направлением снижения потерь электроэнергии при проведении технологических процессов является применение энергосберегающих технологий и более совершенного технологического оборудования: электротермических установок, электролизеров, подъемно-транспортного оборудования, сварочных аппаратов, оборудования станций зарядки аккумуляторных батарей и др. Наибольшее значение это направление имеет в энергоемких отраслях промышленности — металлургической, химической, а также в машиностроении.

Так, при внедрении автогенной плавки медно-никелевого сырья в агрегате непрерывного действия расход электроэнергии снижается более чем в 2 раза. При производстве магния применение бездиафрагмальных электролизеров позволяет уменьшить удельный расход электроэнергии на 8—10 % [2].Замена ручной дуговой сварки на электроконтактную снижает расход электроэнергии в 2,0 —2,6 раза. Замена сварки при постоянном токе на сварку при переменном токе позволяет снизить расход электроэнергии в 1,5 раза [6].

Применение более совершенного компрессорного, насосного и вентиляционного оборудования приводит к существенному снижению расхода электроэнергии на компрессорных станциях систем воздухоснабжения, в системах оборотного водоснабжения, тепловых сетях, системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Другим важным направлением экономии электроэнергии является повышение уровня эксплуатации и технологического обслуживания оборудования. Оно связано с управлением режимами электропотребления, под которым подразумеваются такие меры, как устранение внеплановых простоев оборудования, нерациональных режимов его работы (использование односменной работы мощных потребителей).

Важное значение имеет поддержание в хорошем состоянии теплоизоляции электротермических установок, холодильных камер парокомпрессионных установок, т.е. тех установок, в которых выработка теплоты или холода связана с большими затратами электроэнергии.

Уменьшение затрат электроэнергии связано с эксплуатацией не только собственно электрооборудования, но и других видов технологического оборудования и инженерных сетей. Так, экономия электроэнергии напрямую зависит от правильного выбора режимов организации многих теплотехнологических процессов. Например, выбор оптимальных режимов сушки позволяет сократить ее длительность и таким образом снизить время работы электродвигателей вентиляторов, подающих сушильный агент.

При эксплуатации инженерных сетей следует обратить внимание на уменьшение утечек воды, воздуха, кислорода, технологических газов и жидкостей из-за плохого состояния трубопроводов, фланцевых соединений, запорной и регулирующей арматуры.

При очистке и защите внутренней поверхности трубопроводов от отложений существенно уменьшаются гидравлические потери при транспортировке теплоносителей, следовательно, снижаются затраты электроэнергии на привод насосов. К этому же приводит применение запорной арматуры с меньшими гидравлическими сопротивлениями.

Экономию электроэнергии может обеспечить проведение мероприятий, связанных с экономией тепловой энергии. Так, технологические меры, которые позволяют экономить пар, приводят к экономии топлива на его выработку и в конечном итоге к уменьшению затрат электроэнергии на собственные нужды паровой котельной предприятия; использование предварительно изолированных труб в тепловых сетях, приводящее к снижению потерь теплоты, позволяет уменьшить затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя и т.п.

Работа по эффективному использованию электроэнергии на предприятиях должна включать в себя следующие основные этапы: учет и контроль затрат электроэнергии и показателей ее качества; анализ эффективности использования электроэнергии на предприятии и нормирование электропотребления; разработку и внедрение мероприятий по улучшению использования и экономии электроэнергии.

Рациональное использование энергии потребителями способствует лучшим условиям ее выработки на электростанциях, передачи и распределения, а также обеспечивает уменьшение потерь у самих потребителей.

Экономия электроэнергии в осветительных установках может быть получена повышением эффективности использования системы освещения и осветительных установок и управления этими установками. Повышение эффективности системы освещения связано с правильным выбором типов источников света, осветительных приборов и рациональным светораспределением [7, 8].

Повышение эффективности системы освещения дает использование локального освещения. Совместное применение общего и локального освещения позволяет экономить до 50 % электроэнергии. Дополнительное использование естественного света обеспечивает 20—45 % экономии электроэнергии.

Переход к использованию газоразрядных ламп вместо ламп накаливания позволяет получать большие световую отдачу (световую эффективность излучения) и освещенность при той же потребляемой электрической мощности. В табл. 2.4 приведены основные характеристики различных типов источников света. Замена обычной электромагнитной системы пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) на современные системы позволяет дополнительно уменьшить потери электроэнергии.

Данные табл. 2.5 дают представление о потерях, связанных с использованием различных типов пускорегулирующей аппаратуры.

Таблица 2.4

Характеристика источников света

Тип источника света	Марка	Световая отдача Е, лм/Вт	Срок службы, ч
Лампы накаливания	ЛН	8—18 (обычно 12)
Галогенные лампы накаливания	КГ	16—24 (обычно 18)
Ртутно-вольфрамовые лампы	РВЛ	20—28 (обычно 22)
Ртутные лампы высокого давления	ДРЛ	34—54 (обычно 50)
Натриевые лампы высокого давления	ДНаТ	90—120 (обычно 100)
Металлогалогенные лампы высокого давления	ДРИ	70—90 (обычно 80)
Люминесцентные лампы низкого давления	ЛБ	60—80 (обычно 70)
Люминесцентные лампы низкого давления с улучшенной цветопередачей	ЛБЦТ	70—95 (обычно 90)
Компактные люминесцентные лампы низкого давления	КЛ	60— 70 (обычно 67)
Натриевые лампы низкого давления	ДНаО	120—180

Таблица 2.5

Коэффициент потерь К _ПРА для различных типов ПРА

Марка лампы	Пускорегулирующая аппаратура	К ПРА
ЛБ	Обычная электромагнитная Электромагнитная с уменьшенными потерями Электронная	1,22 1,14 1,10
КЛ	Обычная электромагнитная Электромагнитная с уменьшенными потерями Электронная	1.27 1,15 1,10
ДРЛ, ДРИ	Обычная электромагнитная Электронная	1,08 1,06
ДНаТ	Обычная электромагнитная Электронная	1,10 1,06

Повышение эффективности использования осветительных приборов обеспечивается улучшением отражения света от поверхности осветительной арматуры и увеличением коэффициентов отражения поверхностей помещения. Увеличение коэффициента отражения стен и потолков на 20 % позволяет экономить до 15 % электроэнергии.

В последнее время в качестве источников света стали использоваться све-тодиоды (СД), которые потребляют лишь 17 % электрической энергии по отношению к лампам накаливания и 50 % по отношению к компактным люминесцентным лампам. Светодиоды в 20 раз долговечнее ламп накаливания и в 5 раз долговечнее компактных люминесцентных ламп, что существенно снижает расходы на эксплуатацию (например, светодиодную лампу можно будет не менять 20 лет). Они не содержат ртути, как люминесцентные лампы, и поэтому не представляют экологической опасности, имеют малую массу, устойчивы к деформациям и вибрациям, мгновенно включаются при подаче напряжения.

Световая отдача светодиодов на настоящий момент достигает 100—150 лм/Вт, что позволяет обеспечивать достаточную освещенность при потреблении мощности, составляющей несколько ватт. Осветительные установки на их основе имеют КПД 65—70 %, превышающий КПД газоразрядных ламп (40—45 %), и при малых габаритных размерах срок службы их в 1,5—2,0 раза больше, чем срок службы люминесцентных ламп.

Они нашли применение в полноцветных светодиодных дисплеях, в световой рекламе, в архитектурном освещении и др. Сверхяркие светодиоды начали вытеснять обычные лампы накаливания и галогенные лампы. В настоящее время белые светодиоды, используемые для освещения, по объему применения превышают 50 % всех ярких светодиодов.

Светодиоды не имеют стеклянных колб и нитей накаливания, что обеспечивает их высокую механическую прочность и надежность. Отсутствие разогрева и высоких напряжений гарантирует высокий уровень электро- и пожаробезопасности, а безынерционность делает светодиоды незаменимыми, когда требуется высокое быстродействие. Миниатюрность светодиода позволяет создавать плоские, компактные и удобные в установке осветительные приборы. Производители сверхъярких светодиодов декларируют срок службы более 100000 ч, т.е. более 11 лет непрерывной работы.

В настоящее время светодиодные источники света недостаточно распространены (менее 10 % всех источников света) из-за их высокой стоимости. У многих СД мала световая отдача, хотя в последнее время у некоторых из них она достигает 100—150 лм/Вт (для сравнения максимальная световая отдача газоразрядных ламп не превышает 70 лм/Вт).

В настоящее время есть технические и технологические возможности широкого использования светодиодов. При применении светодиодных ламп полностью отпадает необходимость использования как электронных балластов, так и схем, содержащих дроссели, стартеры, компенсирующие конденсаторы. Светодиоды могут обеспечить полноценную замену люминесцентных ламп, которые не могут работать при холодном запуске, при высоких коэффициентах мощности, при необходимости быстрого включения и выключения источников света.