архив» все записи»

Автор: Д. С. Кошкарев
Дата: 29.11.2013
«СтройПРОФИ» № 17
Рубрика: Энергосбережение


Системы интеллектуального управления энергопотреблением

Сегодня на розничном рынке электроэнергии помимо товара «энергия» фигурирует такое понятие, как «договорная (заявленная) мощность».

Гарантированное наличие оплаченногорезерва данного ресурса сводит к минимуму вероятность значительного подъема затрат в период максимальных нагрузок, а также снижает риск перерывов в электроснабжении, вызванных отключением электроустановки вследствие перегрузки.

Нередки ситуации, когда после расширения предприятия, открытия нового офиса или реконструкции каких-либо помещений нагрузки на электрическую сеть увеличиваются, но выделенная уставная мощность при этом не меняется.

В результате в период пиковых режимов работы действительная нагрузка может превышать допустимую контрактом величину. При этом, в зависимости от условий контракта, на потребителя накладываются штрафные санкции, в некоторых случаях достигающие четырехкратного размера от установленного тарифа. Выхода в данной ситуации два: первый — заключать новый контракт со сбытовой организацией, в котором будет заявлена новая установленная мощность и, соответственно, новая стоимость; второй — внедрение систем интеллектуального управления нагрузкой. Именно об этом как наиболее прогрессивном и экономически выгодном способе контроля потребляемой мощности и пойдет речь в данной статье.

Тарификация электроэнергии. Плата за мощность

Для регистрации показаний по двухставочному тарифу сбытовые компании используют электромагнитные или электронные приборы почасового учета энергопотребления, которые фиксируют:
– максимальное потребление (кВА или кВт),
– активную и реактивную энергию (кВт · ч) в расчетный период.

В течение всего расчетного периода интеллектуальный прибор учета регистрирует максимальное потребление. Оно определяется не как мгновенное значение мощности, а как средняя величина, зарегистрированная в каждом из установленных временных интервалов, на которые поделен весь расчетный период (в качестве примера на рис. 1 показан график для четырех временных отрезков).

Допустим, на промышленном предприятии суммарная потребленная мощность за период регистрации (30 минут) колеблется следующим образом:
– 2 500 кВА за 4 минуты;
– 3 600 кВА за 12 минут;
– 4 100 кВА за 6 минут;
– 3 800 кВА за 8 минут.
Таким образом, максимальное потребление за один интервал определяется путем деления суммарного объема потребленной за определенный период времени энергии на время этого периода:

максимальное потребление

При этом в счетах фигурирует наивысший уровень потребления из всех зафиксированных в течение месяца, даже если данный показатель присутствовал в течение всего одного цикла записи счетчика.

Предприятия или коммерческие организации имеют возможность существенно сэкономить, позаботившись об исключении длительных периодов потребления высокой мощности. Специально для этого разработаны системы комплексного управления нагрузками.

Управление энергопотреблением

Перед инженерами-энергетиками и главными специалистами современных коммерческих структур стоит нелегкая задача — создать систему, которая смогла бы включать и распределять по времени нагрузки, вызывающие пики потреб-ления энергии. Дополнительную сложность в структуру электрической сети и управление ею привносят современные технологии, которые направлены на повышение энергоэффективности.

В последнее время на рынке появилось достаточно много автоматизированного оборудования, способного управлять временем своего включения и отключения. Простейший пример — климатическая техника, которая запускается только в случае, когда параметры окружающей среды (температура и влажность) вышли за установленные пользователем пределы. С одной стороны, подобные приборы повышают эффективность использования энергии, ведь они не работают постоянно, а включаются лишь по мере надобности. Но с другой, в жаркий летний день все системы обеспечения комфортного микроклимата в здании начинают работать одновременно, создавая пик потребления.
Действительно, в любом здании в любой момент может произойти максимум потребления мощности. В таких условиях укладываться в установленные сбытовой компанией рамки довольно тяжело. Поэтому и необходима интеллектуальная система, которая свяжет все нагрузки в здании в единый управляемый комплекс, что упорядочит потребление электрической энергии и исключит бесконтрольный режим работы всех пользователей.

График среднего энергопотребления

Рис. 1. График среднего энергопотребления 

В целом, идея регулирования подключенной к электрической сети нагрузки не нова. Первое поколение подобных систем основано на интеграции в единое информационное пространство всех источников энергии и ее потребителей. При этом каждое устройство, входящее в состав сети контроля, снабжается компонентами управления, работа которых регулируется специализированным программным обес-печением. Чем сложнее электрическая система, тем больше потребуется элементов управления, что приведет к необходимости капиталовложений и трудозатрат в проектирование и реализацию описанного технического решения.

Сегодня на рынке есть устройства, которые по своему принципу действия относятся к более современному поколению систем управления нагрузкой. «Можно разделить всех потребителей на группы по степени важности и управлять каждой из них в отдельности, опираясь на список приоритетов, составленный пользователем, — поясняет Денис Нечаев, руководитель группы «Силовые автоматические выключатели» компании АВВ. — На подобном принципе основан запатентованный алгоритм функции Ekip Power Controller, которая реализована инженерами нашей компании в новых воздушных автоматических выключателях Emax 2. Защитный аппарат сам рассчитывает электропотребление и в случае превышения установленной величины возвращает нагрузку в допустимые пределы, отключая неприоритетные группы потребителей».
Приближенно рассчитаем, сколько можно сэкономить, если внедрить интеллектуальную систему управления энергопотреблением в деловом центре. Допустим, установленная мощность здания — 1,5 МВт, энергопотребление выходит за установленные рамки на 15% – на 2 ч в день 20 раз в год.

При расчете учтем общее снижение энергопотребления за счет управления нагрузками, а также возможные штрафные санкции за превышение договорной максимальной мощности (например, штраф = 4* ставка по тарифу):

снижение энергопотребления

В итоге получаем:
экономия в день =
= (1 500 кВт · 0,15) · 2 ч · 11,6 = 5 220 руб.
экономия в год = 5 220 руб. · 20 дней = 104 400 руб.

Примерами контролируемых нагрузок в современном бизнес-центре с развитой инфраструктурой могут быть:
– обогрев пандусов — 150 кВт;
– система антиобморожения крыши — 200 кВт;
– общеобменная вентиляция — 70 кВт;
– воздушно-тепловые завесы – 30 кВт;
– термонасосы циркуляции воды в бассейне фитнесс-центра — 15 кВт;
– вентиляция неответственных помещений — 150 кВт;
– система увлажнения воздуха — 20 кВт;
– система вентиляции и кондиционирования воздуха каждого этажа — 40 кВт/этаж.

Однолинейная схема гостиничного комплекса

Рис. 2. Однолинейная схема гостиничного комплекса

1. Кладовые/подсобные помещения.
2. Теннисный корт.
3. Уличное освещение.
4. Освещение лестниц. 5. Лифты.
6. Система кондиционирования. 7. СПА-салон. 8. Бассейн.
9. Система кондиционирования. 10. Коридоры. 11. Номера.
12. Система кондиционирования.
13. Конференц-зал.
14. Ресторан. 15. Кухня.
16. Морозильные камеры. 17. Электрические духовки.
18. Холл. 19. Бар.
20. Прачечная. 21. Парковка.

Для организации рассмотренной системы управления достаточно установить один автоматический выключатель с указанной функцией в качестве вводного в главном распределительном щите. Аппарат будет действовать в соответствии с заданными для алгоритма функции Ekip Power Controller настройками: проводить расчет потребляемой установкой электроэнергии и решать, когда и какую нагрузку необходимо отключать. Такой автоматический выключатель сможет осуществлять интеллектуальное управление 15-ю отходящими неприоритетными линиями.

Примечательно, что воздушный выключатель, оборудованный функцией управления нагрузками, при необходимости способен автоматически активировать резервные источники питания, например, генераторные установки. Команда управления нагрузкой может быть подана сигналом на реле или привод аппарата, коммутирующего нагрузки, либо через систему коммуникации.

Настоящая экономия

Оценить эффективность работы системы автоматического управления нагрузками можно на примере 4-звездного гостиничного комплекса. В здании 80 номеров и подземная автостоянка, а на территории раположены бассейн, спа-салон, теннисный корт и парковка.

Среднемесячное энергопотребление комплекса составляет приблизительно 150 МВт · ч. В разгар сезона максимальное суммарное энергопотребление достигает приблизительно 578 кВт. В таблице 1 представлены результаты более подробного анализа потребления электроэнергии разного рода нагрузками.

Энергопотребление по помещениям, Вт

Табл. 1. Энергопотребление по помещениям, Вт

Целью использования функции Ekip Power Controller является снижение максимального энергопотребления до 500 кВт. В перечень нагрузок, перерыв в работе которых допустим на непродолжительное время (несколько минут), входят следующие:
– система кондиционирования воздуха (поэтажно);
– системы подогрева воды и циркуляционные насосы бассейнов;
– отопление в сауне, турецкой бане, гидромассажные зоны;
– электрические плиты/духовки;
– прачечная;
– морозильные камеры;
– холодильники;
– освещение подземной парковки и уличные фонари.

На рисунке 2 изображена однолинейная схема, на которой показаны нагрузки и соответствующие им коммутационные аппараты. В таблице 2 приведено несколько примеров экономии на оплате такой электроустановки в различных странах.

Экономический эффект от внедрения автоматического контроля управления нагрузками

Табл. 2. Экономический эффект от внедрения автоматического контроля управления нагрузками

Становится очевидным, что в интересах обеспечения экономичного и эффективного энергопотребления требуется широкое внедрение интеллектуальных автоматизированных систем управления. Их использование на стороне низкого напряжения, несомненно, является значительным фактором в современной концепции построения «умной» электрической сети.


Полная или частичная перепечатка материалов - только с письменного разрешения редакции!


«« назад