Оптимизация режимов работы. Д.В. Жуков, Оптимизация режимов работы тепловых сетей крупных систем централизованного теплоснабжения. Переосмысление работы и жизни

Существует распространенное заблуждение, что все в жизни сводится ко времени. Ежедневно мы используем такие фразы:

«Если бы у меня было больше времени»
«Мне нужно еще несколько минут»
«Пара часов работы — только и всего»

Мы верим, что всего можно было бы достигнуть, будь у нас немного больше времени. Ошибочно полагаем, что все дело в его количестве, но наш рабочий день уже и так слишком длинный. Как все успевать и при этом не «сгореть на работе» — читайте в нашей сегодняшней статье.

Оковы свободы

С самого детства нас убеждают в важности распорядка дня, основанного на времени. Школьный день длится 8 часов, а структура урока подчиняется времени, а не тому, сколько должно быть изучено. Нас учат, что важнее уложиться в нужное время, чем закончить работу.

Однако сейчас мы все сильнее отходим от этой общепринятой практики. Все больше людей работает удаленно, частично, по контракту или вахтовым методом. Восьмичасовой рабочий день исчезает, но тот ли это отказ от временных рамок, на который мы так надеялись?

Свобода выполнять свои профессиональные обязанности где и когда угодно дает нам возможность работать по любому удобному графику. Это означает, что мы можем уложиться в короткие сроки или потратить на задачи массу времени — главное, чтобы работа была выполнена. Тем не менее исследования доказывают, что те, кому график позволяет работать меньше, в итоге трудятся значительно дольше.

Исследование, посвященное рабочему времени и продуктивности, проведенное Международной Организацией Труда, показало, что среднестатистический рабочий со свободным графиком работает 54 часа в неделю, а тот, кто подчиняется жесткому расписанию, всего 37. Эти 17 дополнительных часов являются следствием «свободы» устанавливать свой собственный график, но что еще хуже — эти часы не влияют на качество и продуктивность работы.

Когда Организация экономического сотрудничества и развития изучила влияние продолжительности работы на производительность в 18 европейских странах на протяжении 60-летнего периода, было обнаружено, что производительность в час при увеличении длительности рабочего времени всегда уменьшается. К тому же было замечено, что и результат ухудшается пропорционально росту рабочего времени.

После определенного момента все становится только хуже, ведь на следующий день часы будут потрачены на то, чтобы найти и исправить сделанные накануне ошибки.

Почему так получается?

Всем нам знакома ситуация, когда чувствуя сильную усталость и умственное истощение, мы продолжаем выполнять работу — просто для того, чтобы на свежую голову переделать большую ее часть. Возможно, это гордость или чувство ответственности, хотя более правильным кажется закон Паркинсона: «Работа занимает ровно столько времени, сколько на нее отведено».

Этот «закон» озвучил Сирил Норткот Паркинсон в рамках юмористического очерка в журнале «Экономист». Паркинсон приводит такой пример:

«Пожилая леди с массой свободного времени может потратить целый день на написание и отправление открытки своей племяннице в Богнор-Регис. Один час будет потрачен на поиски открытки, второй — на поиски очков, полчаса — на попытки вспомнить адрес, час с четвертью на написание и двадцать минут на то, чтобы решить — брать ли с собой зонт, чтобы дойти до почтового ящика на соседней улице. Вся работа, которая у занятого человека заняла бы не более трех минут, может заставить другого упасть замертво после целого дня сомнений, тревог и тяжелого труда».

Чем больше времени мы отводим на выполнение задания, тем больше времени мы на него тратим, а чем больше времени мы тратим, тем хуже в итоге выполняем само задание. Невозможно работать в полную силу в течение нескольких часов подряд. Мотивация, сила воли и сосредоточенность — это ограниченные ресурсы, которые надо использовать экономно в течение дня. Трата большего количества времени только убивает мотивацию и делает выполненную работу хуже.

Итак, если работать меньше, то можно показать высокую продуктивность?

Часто кажется, что у нас нет достаточно времени на встречи с друзьями, поддерживание отношений и все те вещи, которые делают нас счастливыми.

Даже учитывая, что отношения с семьей и друзьями — это основополагающие ценности, эта проблема все же является актуальной для большинства.

Возможность меньше работать дает время на общение и все те вещи, которые нужны для личного благополучия. Звучит безупречно, не так ли? Уделяйте меньше времени работе, и у вас будет больше времени на досуг и встречи с теми, кого вы любите.

Однако это не так.

Исследование Кристобаля Янга и Шаюна Лима из Стенфордского Университета показало, что из 500 000 рабочих у большинства уровень счастья зависит от продолжительности рабочей недели. Мы чувствуем себя абсолютно счастливыми в выходные и наименее довольными в понедельник и вторник. Очевидно, не так ли?

Удивительно, что та же тенденция существует и среди безработных: даже те, кому не нужно было присутствовать на рабочем месте в течение недели, все равно в будни чувствовали себя менее счастливыми. Янг и Лим связывают это с тем, что общение с другими людьми является более важным для нашего благополучия, чем просто свободное время: вы не получите полного удовольствия от выходного дня, если потратите день только на себя.

Уделяйте время только той работе, которая важна

Итак, мы не станем работать лучше, если потратим больше времени на работу, и мы не станем счастливее, если получим больше свободного времени.

Сфокусироваться на продуктивности, а не на конечном результате — вот наша цель.

Оправдывая работу затраченными ресурсами и временем, мы попадаем в ловушку: например, «Я потратил 60 часов/4 месяца/8 лет на это. Я заслужил успех».

Современная поговорка гласит, что дело не во времени, а в самой работе. Для многих удаленных сотрудников или тех, кто работает по гибкому графику, это означает выполнение любой ценой, но радоваться энному количеству затраченного времени вместо гораздо большего количества просто смешно. Если мы будем думать только о том, что сделано, не думая о том, как много времени потрачено на задание и какова продуктивность его выполнения, мы не увидим полной картины.

Как объясняет Линн Ву из Уортонской школы бизнеса, измерять продуктивность работы в ее результатах — бессмысленно. Продуктивность — это не только то, что сделано, но и то, как эффективно вы работали над заданием.

Недавнее исследование Джулиана Биркиншоу из Лондонской школы бизнеса показало, что большинство работников умственного труда — инженеров, писателей и тех, кто «думает, чтобы жить» — тратит в среднем 41% времени на работу, которую легко могли бы сделать другие.

Мы инстинктивно держимся за задания, которые делают нас «занятыми» (а значит, важными). Мы хорошо себя чувствуем, когда наш график расписан по минутам и приходится ждать, что вот-вот станет легче и появится время на наши жизненные потребности. Как ни парадоксально, все мы хотим больше свободного времени и при этом держимся за вещи, которые его отнимают.

Стремление работать более эффективно очень сложно отследить. Инвестирование в навыки, планирование или обучение других для того, чтобы освободиться самому, освобождают время для действительно важной работы — не просто для дел, которые делают нас «занятыми».

Переосмысление работы и жизни

Во всех аспектах жизни — как рабочих, так и личных — дело не в количестве времени. Мы никак не можем на это повлиять: не существует способа добавить часов в сутки. При этом комплексный эффект долгих рабочих дней и бессонных ночей заключается в том, что вы почти всегда показываете плохие результаты.

Дело в качестве, эффективности, умении определить, сколько времени потратить на работу и решить, как эффективнее использовать это время. Когда мы думаем так, мы перестаем воспринимать время как единицу измерения своего дня.

Существует несколько способов решить, как более продуктивно распорядиться своим временем — каждый из них может использоваться как индикатор вашей эффективности.

1. Планируйте задания, а не время

В своем эссе Пол Грэхем предполагает, что единицей измерения времени таких специалистов как писателей и программистов является как минимум половина дня, а не часовые или получасовые интервалы стандартного расписания.

Работа получается лучше всего тогда, когда она не требует соблюдения жестких дедлайнов и графиков. Чтение, сочинительство, редактура — все эти занятия получаются лучше, если не приходится растягивать время или, наоборот, спешить, чтобы уложиться в сроки.

Работа на результат дает ощущение успешности и помогает ответить на вопрос, эффективно ли вы работаете.

2. Когда смысл найден, продолжайте работать

Мотивация и энергия — ограниченные ресурсы, их растрачивание впустую сводит к нулю наши шансы и делает работу бессмысленной.

Эксперименты доктора Стила, посвященные мотивации и прокрастинации, показали, что значимость — самый важный аспект для поддержания мотивации. Когда выполняемая работа кажется нам важной, мы наиболее мотивированы на ее завершение. Так зачем же останавливаться? Встречи можно и перенести, а рабочий азарт не так просто восстановить.

3. Станьте лучше, быстрее, сильнее

Как сказал Генри Дэвид Торо, «Быть занятым недостаточно: таковыми бывают и муравьи. Вопрос в том, чем ты занят».

Необходимо учиться ежедневно сосредотачиваться на чем-то значительном, это позволит нам чувствовать себя состоявшимися.

Не стоит ходить на работу просто для того, чтобы отсидеть рабочий день и похвалить себя — сфокусируйтесь на том, чтобы выполнять свою работу и чувствовать удовлетворение от этого, и только после этого уходите.

Мы можем изменить то, как мы работаем, только если мы изменим свое мышление.

4. Просите помощи

Часто мы настолько погружаемся в работу, что забываем о возможности попросить помощи. Особенно в небольших компаниях, где кажется, что каждый сотрудник загружен работой по-максимуму, сама идея прервать чей-то рабочий процесс своей просьбой кажется странной.

Однако от одного маленького вопроса или коротенькой беседы может зависеть, потратите ли вы на задание 5 минут или целый час.

Используйте знания окружающих вас людей таким образом, чтобы вы вместе могли работать эффективно.

Вместо заключения

Вам не нужно больше времени — вам нужно время, потраченное с умом.
Это приходит только с пониманием, что долгие часы, затраченные на работу, не делают ее хорошей.

Как четко подметил Сет Годин: «Вам не нужно больше времени… вам просто нужно научиться принимать правильные решения». Время — это почти всегда вопрос качества, а не количества, поэтому определяйте цели и достигайте их.

Основная задача оптимизации - повышение эффективности использования энергоустановок. Эффективность можно рассматривать как меру реализации определенных целей и как соотношение между результатами и затратами, необходимыми для их получения. В качестве показателей эффективности используются показатели, выделенные в три основных блока: результативность, экономичность, рентабельность. При этом экономичность (или экономическая эффективность) рассматривается в двух аспектах: как производительность ресурсов и как удельные издержки производства (себестоимость продукции).

Оптимизационная задача - это задача приведения бизнес-системы или ее составных частей в наилучшее (оптимальное) состояние. Формализованная оптимизационная задача содержит: критерий оптимальности (функционально или стохастически зависящий от управляемых параметров); заданные управляемые параметры (вектор управлений); множество допустимых способов управления, определяемое совокупностью условий (ограничений, связей), воздействующих на управляемые параметры. В зависимости от содержания оптимизационной задачи возможны различные ее постановки (в том числе математические).

Существуют разные методы решения задачи оптимального распределения нагрузки между тепловыми электростанциями. Наиболее известным является метод равенства относительных приростов, разработанный на основе теории неопределенных множителей Лагранжа. Этот метод исходит из положения, что оптимизации в краткосрочном периоде подлежат только переменные издержки, основную часть из которых составляют издержки на топливо. Поскольку на разных электростанциях стоимость топлива различная, то с экономической точки зрения оптимизация распределения нагрузки будет иметь место при равенстве относительных приростов издержек на топливо.

В условиях плановой экономики эта методология применялась в энергосистемах не только с тепловыми электростанциями, но и с гидроэнергетическими, поскольку определялся наивыгоднейший режим, который обеспечивал (с учетом ограничений по водному режиму) наибольшую экономию издержек на топливо на тепловых электростанциях при увеличении расхода воды на ГЭС. При этом оптимизационные задачи решались с учетом потерь активной мощности в электрических сетях.

В условиях рыночной экономики задачи оптимизации режимов работы энергетического оборудования становятся намного сложнее из-за необходимости учитывать множество факторов, в том числе и определяемых особенностями модели рынка электроэнергии и мощности и его стадиями: регулируемый режим, частично конкурентный в переходный период, конкурентный режим при целевой модели.

Вместе с тем методология оптимизации находит место и в электроэнергетике, осуществляющей деятельность на конкурентной основе в соответствии с действующими рыночными механизмами и стимулами. Переход электроэнергетики от монополии к конкуренции означает также необходимость нового подхода к оптимизационным задачам в управлении режимами работы энергетического оборудования. Оптимизационные задачи должны решаться с учетом присутствующих на рынке электроэнергии рисков:

· риска рыночной цены (ценовой риск);

· риска объемов продаж (количественный риск);

· риска цены на топливо (конъюнктурный риск);

· риска готовности мощностей (технологический риск).

Для генерирующих компаний и их электростанций существенной является разновидность количественного риска - риск недозагрузки или неоптимальной загрузки имеющихся мощностей из-за недостаточного объема продаж вследствие конкуренции со стороны других производителей. Этот риск относится к области общего предпринимательского риска производителя и управляется через оптимальный подбор генерирующих установок разных мощностей и их характеристик, включая виды используемого топлива; ценовую политику; снижение издержек, расширение участия в других сегментах рынка, например, рынке мощности, отклонений (балансирующий сегмент рынка), готовности резервов, регулировании частоты и напряжения и др.).

Конкурентные цены и их оптимизация с учетом всех сегментов рынка позволяют производителям энергии получать доход, покрывающий их переменные и постоянные издержки, включая нормальную прибыль. Нормальная прибыль в среднесрочных и долгосрочных периодах свидетельствуют об оптимальном уровне эффективности использования производственных мощностей энергокомпаний.

Применяемые на практике кривые предельных издержек, по сути, являются кривыми относительных приростов. Для электростанций именно относительный прирост расхода топлива в основном отражает дополнительные издержки производства.

Если производитель, участвуя в конкурентном рынке, покрывает только свои переменные издержки, он может на рынке, не имеющем избытка мощностей, получить доход, необходимый для покрытия постоянных издержек и достаточный, чтобы оставаться конкурентоспособным на рынке за счет дополнительного источника дохода - высоких цен на электроэнергию в пиковые часы нагрузки энергосистемы, которые могут превышать предельные издержки самых «дорогих» производителей. Такой подход стимулирует энергокомпании на повышение эффективности использования установленных мощностей электростанций и на выполнение реконструктивных мероприятий, повышающих установленную мощность действующих энергоустановок.

Теплоэнергетика относится к весьма топливоемким отраслям экономики (основная составляющая издержек производства на ТЭС связана с топливом - 50-70 % себестоимости, причем в издержки входит и создание страховых резервных запасов топлива - мазута и угля). Поэтому задача улучшения эффективности топливоиспользования является наиважнейшей задачей оптимизации. Рентабельность (финансовая эффективность, характеризующая отдачу активов или капитала компании в виде показателей ROA - коэффициента рентабельности активов, ROTA - коэффициента рентабельности всех активов, ROE - коэффициента рентабельности собственного капитала, ROCE - коэффициента рентабельности обыкновенного акционерного капитала) служит конечным, обобщающим показателем деятельности энергокомпании. Она формируется исходя из результативности и экономичности, но является не простой суммой этих элементов эффективности, а итогом сложного взаимодействия энергокомпании с внешней средой.

Необходимость оптимизации режимов работы энергетического оборудования обусловлена и тем, что существует прямая конкуренция между энергокомпаниями-производителями, между энергокомпаниями и собственными генерирующими установками потребителей, между энергокомпаниями и генерирующими установками независимых производителей и др.

В сфере передачи и распределения электрической энергии в связи с отсутствием прямой конкуренции в силу естественного монополизма вступает в силу и действует конкуренция во внешней среде на рынке капитала для получения инвестиционных ресурсов. Поэтому даже электросетевые энергокомпании, оказывающие электросетевые услуги, вынуждены снижать издержки, чтобы быть привлекательными для инвесторов. Поэтому при оптимизации режимов работы электрических сетей первоочередной является задача оптимизации топологии, структуры и режимов работы сетей, чтобы снизить технологические потери в сетях.

Говоря об оптимизации режимов работы энергетического оборудования в условиях конкурентного рынка электроэнергии, мощности и рынка системных услуг, следует понимать, что переход к конкурентным отношениям со свободным ценообразованием может негативно отражаться на надежности и качестве электроснабжения в силу ряда причин. В регулируемой электроэнергетике в управлении надежностью в значительной степени преобладали методы административного принуждения без адекватной экономической обоснованности. Рыночная экономика не должна отказываться от внеэкономических методов регулирования и управления как надежностью, так и технико-экономической эффективностью в силу как реальных практических ожиданий потребителей, так и макроэкономических требований экономики страны.

Оперативное управление на энергопредприятиях осуществляется на основе непрерывного (повседневного) слежения за ходом всех производственных и финансово-экономических процессов и оказывает целенаправленное воздействие на коллективы служб, отделов, цехов, участков, смен и бригад, а также на рабочих, осуществляющих оперативное обслуживание оборудования для обеспечения безусловного выполнения утвержденных производственных программ. Развитие навыков оперативного управления позволяет менеджменту осуществлять ежедневную управленческую деятельность, обеспечивающую в итоге необходимую эффективность и надежность работы энергетического оборудования.

Для обеспечения надежного энергоснабжения потребителей, безаварийной и экономичной работы оборудования электростанции необходимо установить рациональные режимы работы оборудования, учитывающие спрос на энергию, технические и экономические характеристики. Основным, нормальным является установившийся режим работы оборудования, при котором обеспечивается мощность в соответствии с графиком нагрузки и выработка основного количества энергии в заданный период времени.

Одной из важнейших задач эксплуатации является экономичное распределение энергетической нагрузки между электростанциями энергосистемы и отдельными их блоками и агрегатами. Одновременно должен решаться вопрос о числе рабочих агрегатов, пуске или остановке отдельных агрегатов.

Экономичное распределение нагрузки между работающими агрегатами, обеспечивающее минимальный расход тепла и топлива на электростанции и в энергосистеме, производится на основе метода удельных (относительных) приростов расхода тепла.

Для применения этого метода необходимо располагать энергетическими характеристиками агрегатов, устанавливающими зависимость расхода тепла Q i от нагрузки агрегата W i:

Q 1 = f (W 1); Q 2 = f (W 2); …;

Q z = f (W z). (9.1)

Если функции Q i , выраженные уравнениями (9.1), являются непрерывными с непрерывно возрастающими производными при увеличении нагрузкиW i , то применение метода удельных приростов может быть математически обоснованно следующим образом.

Суммарная нагрузка W является заданной величиной и равняется сумме нагрузок всех агрегатов

W= W 1 + W 2 +…+ W z . (9.2)

Условие (9.2) можно представить также в виде вспомогательной функции Лагранжа

Экономичное распределение заданной суммарной нагрузки между данными z агрегатами находят, исходя из того, что суммарный расход тепла, топлива

Q= Q 1 + Q 2 +…+ Q z . (9.1а)

должен бить минимальным. Пользуясь методом условного экстремума Лагранжа и обозначая неопределенный множитель через r, ищем минимум функции F=Q+r*φ или

.

Приравнивая нулю частные производные функции F по величинам W i и имея в виду равенство (9.3), получаем уравнения

;
;…;

(9.3)

Таким образом, для обеспечения минимального расхода тепла и топлива, нагрузка работающих агрегатов должна быть такой, чтобы величина удельного прироста расхода тепла этих агрегатов была одинакова:

(9.3а)

Действительная энергетическая характеристика турбоагрегата отличается от только что рассмотренной теоретической. Для применения данного принципа оптимизации необходимые характеристики сглаживают.

Одной из особенностей энергетического производства является баланс между производством и потреблением электроэнергии и теплоты. Выпуск электроэнергии и тепла зависит от их потребности в энергосистеме. При планировании деятельности предприятий энергосистемы необходимо учитывать, что часть показателей носит прогнозный характер.

Режимы работы предприятий в энергосистеме взаимосвязаны единым графиком электрических нагрузок энергосистемы и определяются в результате оптимального распределения нагрузки между параллельно работающими в одной зоне нагрузки электростанциями, исходя из экономичности работы в целом.

Экономичное распределение нагрузки между работающими агрегатами, обеспечивающее минимальный расход тепла и топлива на электростанции и в энергосистеме, производится на основе метода удельных (относительных) приростов расхода тепла.

Для применения этого метода необходимо располагать энергетическими характеристиками агрегатов, устанавливающими зависимость расхода тепла от нагрузки агрегата.

Энергетическая характеристика отражает зависимость между входными, выходными параметрами и потерями. Существует три вида характеристик.

Абсолютные (расходные) характеристики.

Относительные характеристики.

Дифференциальные характеристики.

Абсолютные (расходные) характеристики показывают взаимосвязь между первичной и вторичной энергией. К ним относятся зависимости:

Расхода топлива электростанции от ее мощности

В ст = f (P ст)

Расхода топлива котла от его теплопроизводительности

В к = f (Q ч)

Расход тепла турбин в зависимости от ее электрической мощности

Q ч = f (P т)

Расходные характеристики в свою очередь подразделяются на весовые и энергетические .

Весовые характеристики:

для котла В к = f (D к), [т.н.т. / час]

для турбины D т = f (P т), [т пара / час].

Они используются для определения абсолютных значений расходов топлива, определения необходимой производственной мощности: соответствия производственной мощности котла и турбины.

2) Энергетические характеристики:

В т = f (Q к), [т.у.т. / час]

Q т = f (P т), [ГДж / час].

Относительные характеристики используются для расчета первичной энергии при заданных нагрузках. К ним относятся удельные расходы топлива и теплоты и КПД.

b уд = f (P ст)

η ст = f (P ст).

Удельные расходы характеризуют экономичность работы:

для котла

для турбин

для блока или электростанции

,

где В ч – часовой расход топлива котлом, тут/ч;

Q к – часовая производительность котла по теплоте, ГДж/ч;

Q т – расход пара турбиной, ГДж/ч;

Р т, Р – электрическая нагрузка турбоагрегата и электростанции, МВТ.

Дифференциальные характеристики используются для определения оптимальных режимов работы агрегатов; т.е. нахождения условий, при которых расход топлива, теплоты или себестоимости энергии будет минимальным при условии соблюдения графика нагрузки.

∂ В ст ∆ В ст

= f (P ст) = f (P ст).

∂ Р ст ∆ Р ст

Энергетические характеристики котлов. Расходные характеристики – это зависимости между количеством подводимого топлива и получаемой теплоты.

Составляются эти характеристики для установившегося режима и характерных условий эксплуатации, т.е. когда давление пара, температура питательной воды, вид топлива соответствуют нормам эксплуатации. Если при эксплуатации условия отличаются, то применяются нормы-поправки. Характеристики получают в результате испытаний котлов при разных тепловых нагрузках.

Расходные характеристики паровых котлов строятся на основе их тепловых балансов. Тепловой баланс может быть представлен в виде:

Q час к = Q 1 + ∆Q ,

где ∆Q = ∆Q 2 + ∆Q 3 + ∆Q 4 + ∆Q 5 + ∆Q 6 , ГДж/ч

где Q 1 – полезно используемое тепло;

∆Q 2 – потери тепла с уходящими газами;

∆Q 3 – потери тепла от химической неполноты сгорания;

∆Q 4 – потери тепла от механической неполноты сгорания;

∆Q 5 – потери тепла в окружающую среду от наружной поверхности агрегата;

∆Q 6 – потери тепла с физической теплотой шлаков.

Зависимость отдельных видов потерь от полезной нагрузки устанавливаются на основе испытаний парового котла (рис. 9.1).

Q 1 min Q 1 mах

Рис. 9.1. Зависимость отдельных видов потерь от полезной нагрузки.

Характеристики строятся в пределах от минимальной нагрузки до максимальной. Минимальная нагрузка – наименьшая нагрузка, с которой котел может работать длительно без нарушения циркуляции или процесса горения. Обычно Q 1min зависит от вида топлива и типа котла: для газа-мазута Q 1min = 30% Q ном; для твердого топлива Q 1min = 50% Q ном.

Расходная характеристика котла может быть представлена выражением (рис. 9.2):

В = 0,0342 (Q 1 + ∆Q ), тут/ч, где

где 29,3 – теплота сгорания 1 тут, ГДж.

Удельный расход топлива:

b уд = 0,0342 (1 + ∆Q / Q 1), тут/ГДж.

тут/час потери

полезная теплота

Q 1 , ГДж/час

Рис. 9.2. Расходная характеристика котла.

Характеристика относительных приростов расхода топлива котлом (дифференциальная характеристика) отражает изменение часового расхода топлива при повышении отдачи теплоты на 1 ГДж/ч.

r к = ;

d ∆Q

r к = 0,0342 1 + .

Следовательно, для определения r к надо найти производную потерь по полезной нагрузке. Это делается путем аналитического или графического дифференцирования.

Взаимосвязь между удельным расходом топлива b, относительным приростом расхода топлива r к и кпд η. Тангенс угла наклона расходной характеристики к оси Q в каждой точке соответствует удельному расходу топлива b = В /Q . Как видно из рис. 9.3. угол наклона кривой, а следовательно, и его тангенс сначала уменьшаются, а затем в какой-то момент времени начинают увеличиваться. Соответственно и удельный расход топлива при росте нагрузки сначала снижается (b а >b б > b г ), а затем вновь начинает возрастать (b б = b д ).

В , 1

тут/час 2

б ● г

а ● ●

Q , ГДж/час

η ●

● ● ●

Q , ГДж/час

Рис. 9.3. Взаимосвязь между удельным расходом топлива, относительным приростом расхода топлива и КПД котла.

В точке г удельный расход равен относительному приросту расхода топлива b = r к, т.к. луч совпадает с касательной, а относительный прирост расхода топлива численно равен тангенсу угла наклона касательной к энергетической характеристике. В этой же точке (г ) достигается минимум удельного расхода топлива (b ) и максимальное значение КПД:

Зоны I и III характеризуются снижением КПД и невыгодны для нормальной работы энергооборудования. Наиболее предпочтительна работа в зоне нагрузок II, что соответствует наиболее экономичной работе агрегатов, КПД близок к максимальному.

Расходные энергетические характеристики турбоагрегатов. Расходные характеристики паровых турбоагрегатов зависят от системы их регулирования и представляют собой выпуклые кривые или сочетания таких кривых (рис.9.4).

При возрастании нагрузки угол наклона касательной уменьшается. Это объясняется постепенным открытием дроссельного клапана, пропускающего пар в проточную часть турбины, и снижением потерь дросселирования.

QQ I+II+III Q

Р Р Р

r т r т r т

Р Р Р

Рис. 9.4. Расходные характеристики паровых турбоагрегатов: а) дроссельное регулирование, б) сопловое или клапанное регулирование, в) обводное регулирование.

Использование в практических расчетах криволинейных характеристик весьма сложно. Поэтому их заменяют прямолинейными (рис.9.5). Обычно проводят прямую через точки характеристики, соответствующие нагрузкам 50 и 100%.

Расходные характеристики таких турбоагрегатов могут быть описаны выражением вида:

Q ч = Q хх + Q наг = Q хх + r т *Р ,

где Q хх – расход теплоты на холостой ход агрегата, ГДж/ч;

r т – относительный прирост расхода теплоты турбоагрегатом, ГДж/(МВт*ч);

Р – текущая электрическая нагрузка турбоагрегата, МВт.

Например: для турбины К-300-240 расходная характеристика имеет вид:

Q ч = 158,8 + 7,68*Р , ГДж/ч.

Для увеличения пропуска пара через проточную часть турбин большой мощности применяется обводное регулирование, т.е. при больших нагрузках генератора пар пропускается непосредственно в одну из промежуточных ступеней (в обвод первых ступеней).

QQ

●Q наг ●

Q хх Q хх

50 100 Р ,% 50 100 Р,%

Рис. 9.5. Расходные характеристики паровых турбоагрегатов при замене криволинейных зависимостей прямолинейными

При обводном регулировании расходная характеристика представляет собой сочетание двух выпуклых кривых, из которых последняя имеет больший угол наклона (рис.9.6).

r т r т 2

Q перег

Q нагр

P min Р кр Р P m ах

Рис. 9.6. Расходная характеристика паровых турбоагрегатов при обводном регулировании

В зоне действия I клапана: ∆Q Q кр – Q min

tgα 1 = = = r т1

∆P Р кр – Р min

В зоне действия I и II клапанов: ∆Q Q mах - Q кр

tgα 2 = = = r т2

∆P Р mах – Р кр

Таким образом, при обводном регулировании меняется вид расходной характеристики, который можно описать уравнением:

Q ч = Q хх + r т1 *Р кр + r т2 * (Р – Р кр)

Введение
В условиях реструктуризации и перехода к рыночным механизмам в энергетике России приоритетными в развитии энергетической науки становятся направления, связанные со снижением себестоимости отпускаемой тепловой и электрической энергии на основе повышения эффективности их работы. При этом следует отметить, что речь идет не о введении дополнительных мощностей путем постройки новых источников энергии, а о повышении конкурентоспособности существующих.
На сегодняшний день разработанные методики оптимизации режимов работы и управления оборудованием ТЭЦ недостаточно учитывают фактическое состояние, связанное с устареванием и моральным износом основного и вспомогательного оборудования, а нормативная база энергетических характеристик оборудования требует постоянной корректировки в процессе эксплуатации. Существующие методы планирования оптимального управления режимами работы энергетическим оборудованием трудоемки и занимают много времени, что снижает оперативность принятия решений персоналом ТЭЦ не только в вопросах эффективного распределения нагрузок между агрегатами, но и подготовки и подачи качественных отчетов и ценовых заявок по участию ТЭЦ в реализации электроэнергии на ОРЭМ.
Рассмотрим некоторые методики оптимизации режимов работы энергетического оборудования.

Выбор оптимального состава агрегатов

Оптимальное распределение тепловой нагрузки между агрегатами ТЭЦ

Оптимизация режимов работы турбин при прохождении провалов электрических нагрузок

Экономия электроэнергии. При этом передача электроэнергии происходит по воздушным сетям линиям электропередачи с напряжением 35 110 150 220 кВ и до 1150 кВ по шкале номинальных напряжений которая утверждена ГОСТом. Пример принципиальной схемы передачи и распределения электроэнергии в электрических сетях показан на рис. Пример принципиальной схемы передачи и распределения электроэнергии в электрических сетях...

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

ЭКСПЛУАТАЦИЯ и ремонт ОБОРУДОВАНИЯ (5 курс)

ЛЕКЦИЯ №15

Оптимизация режимов работы электрооборудования

Учебные вопросы:

2. Выбор электрооборудования по экономическим критериям.

3. Экономия электроэнергии.

1. Оптимизация системы электроснабжения.

Совокупность электроустановок, которые предназначены для обеспечения электрической энергией различных потребителей, называется системой электроснабжения.

Система электроснабжения это комплекс инженерного оборудования и сооружений, которыми являются распределительные сети, трансформаторные подстанции, электрооборудование (системы наружного освещения, станки, насосы и др.).

Потребителями электрической энергии обычно являются электроприемник (агрегат, аппарат, или механизм, который предназначен для преобразования электрической энергии в другой вид энергии), либо группа электроприемников.

Вырабатываемая электростанциями электрическая энергия поступает к потребителям через систему взаимосвязанных передающих, распределяющих и преобразующих электроустановок. При этом передача электроэнергии происходит по воздушным сетям (линиям электропередачи) с напряжением 35, 110, 150, 220 кВ и до 1150 кВ по шкале номинальных напряжений, которая утверждена ГОСТом. Пример принципиальной схемы передачи и распределения электроэнергии в электрических сетях показан на рис. 1.

Рис. 1. Пример принципиальной схемы передачи и распределения

электроэнергии в электрических сетях

ТП -трансформаторные подстанции; Г1,Г2 -генераторы;

РП -распределительный пункт

Необходимо отметить, что электрическая энергия, которая вырабатывается генераторами электростанции, обычно имеющими номинальное напряжение 10-15 кВ, далее поступает в трансформаторы, где ее напряжение повышается обычно до 220 кВ. После этого эта электрическая энергия поступает на сборные шины открытой подстанции этой электростанции. Затем, при помощи ЛЭП, обычно напряжением 220 кВ, электрическая энергия поступает на шины 220 кВ понижающей подстанции, которая может быть связана с помощью ЛЭП также и с другими электростанциями.

На понижающей подстанции с помощью трансформаторов напряжение электрической энергии обычно понижается с 220 кВ до 6 или 10 кВ, причем с этим напряжением электрическая энергия поступает к распределительному пункту.

От распределительного пункта электрическая энергия поступает к подстанциям с силовыми трансформаторами, которые понижают напряжение обычно до 380 или 220 В, а далее эта электроэнергия поступает к потребителям.

Полная электрическая мощность, активная электрическая мощность и реактивная электрическая мощность. Полная электрическая мощность представляет собой максимальную мощность электрического тока, которая может быть использована потребителем электроэнергии. Активная электрическая мощность это мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока (источнику электроэнергии) нагрузки, имеющей активное (омическое) сопротивление.

Электрическое сопротивление, например, электрической цепи равно отношению напряжения (U), приложенного к этой цепи, к току (I), протекающему по этой цепи. При большом сопротивлении электрической цепи, прилагаемое к ней напряжение будет большим, а ток маленьким, а при малом сопротивлении электрической цепи, прилагаемое к ней напряжение будет маленьким, а ток большим.

Если нагрузка имеет только активное сопротивление (лампы накаливания, нагревательные приборы), то активная мощность будет равна полной мощности. Полная мощность непосредственно связана с активной и реактивной мощностями. Полная электрическая мощность равна:

S=U х I х cоs f.

Коэффициент активной мощности (cоs f) представляет собою отношение активной мощности к полной мощности.

Чем больше индуктивность или емкость включенного в электрическую сеть потребителя, тем большая доля полной мощности приходится на ее реактивную составляющую. С увеличением индуктивности или емкости нагрузки коэффициент активной мощности уменьшается и величина фактически используемой активной мощности снижается.

Приведем пример расчета коэффициента активной мощности (cоs f).

cоs f = Р (активная мощность в Вт) / S (полная мощность в В . А).

Например, cоs f= 16000 Вт/ 20000 В . А = 0,8.

Обычно значение cоs f указано в технических характеристиках конкретного потребителя электрической энергии.

Непроизводительные потери электроэнергии и мероприятия по сокращению этих потерь. Работа системы электроснабжения связана с наличием непроизводительных потерь электроэнергии, причем в ряде случаев эти потери составляют 10-20 %. В связи с постоянным ростом тарифов на электроэнергию целесообразен для потребителей выбор технологий, устройств или оборудования, которые позволят снизить эти потери.

Следует отметить, что поставщику электроэнергии не важно, что часть активной мощности преобразуется у потребителя в реактивную мощность и поэтому процент эффективного использования потребителем электроэнергии этой электроэнергии существенно уменьшается. Реактивная мощность (потери электроэнергии) наряду с активной мощностью учитывается поставщиками электроэнергии и следовательно подлежит оплате по действующим тарифам, причем составляет значительную часть счета за электроэнергию (в ряде случаев эти потери составляют 10-20 %).

При эксплуатации электрооборудования обычно возникают у потребителей существенные потери активной мощности. Это происходит в результате использования потребителями электроэнергии в промышленности и сельском хозяйстве неэффективного по своей конструкции электрического оборудования, причем даже у лучших образцов этого оборудования, а именно электродвигателей насосов, вентиляторов и компрессоров, различных станков, сварочного оборудования и другого оборудования, имеющего высокую индуктивную или емкостную составляющию мощности (индуктивную или емкостную нагрузку) с низким соs f. Кроме того, например, при прямом пуске асинхронного электродвигателя, большой пусковой ток вызывает резкое снижение напряжения в электрической сети, что приводит к увеличению скольжения остальных работающих электродвигателей.

Следует отметить, что имеются и потребители электроэнергии (например, лампы накаливания, нагревательные приборы), которые не имеют потерь активной мощности, а имеют только активную нагрузку с соs f=1.

Примеры соs f у различного электрооборудования.

Асинхронные электродвигатели - соs f=0,8.

Асинхронные электродвигатели при неполной загрузке (частом холостом ходе) - соs f=0,5.

Сварочные трансформаторы - соs f=0,4.

Мероприятия по сокращению непроизводительных потерь электроэнергии необходимы следующие:

1. Выявление мест наибольшего значения потерь электроэнергии у потребителей.
2. Анализ причин повышенных потерь электроэнергии в этих местах.
3. Определение путей уменьшения этих потерь.
4. Выполнение необходимых мероприятий для сокращения непроизводительных потерь электроэнергии.

Компенсация реактивной мощности. Необходима компенсация, причем выполняемая самими заинтересованными в этом потребителями, реактивной мощности ими у себя, что гарантированно позволит им повысить процент использования активной мощности, а значит снижать свои потери и соответственно снижать потребление энергоносителей.

Для улучшения качества работы электрической сети применяются, как нерегулируемые устройства компенсации реактивной мощности, так и регулируемые устройства компенсации реактивной мощности, причем у каждого устройства (УКРМ) имеются свои сферы применения.

Нерегулируемые устройства компенсации реактивной мощности.

К нерегулируемым устройствам компенсации реактивной мощности относятся следующие устройства:

БСК (батареи статических конденсаторов);

Реакторы;

ФКУ (фильтрокомпенсирующие устройства);

УПК (устройства продольной компенсации).

Регулируемые устройства компенсации реактивной мощности.

К регулируемым устройствам компенсации реактивной мощности относятся следующие устройства:

УБСК (УФКУ) – управляемые батареи статических конденсаторов или управляемые фильтрокомпенсирующие устройства;

ТУР (тиристорные управляемые регуляторы);

СТК (статические тиристорные компенсаторы);

Активные фильтры (статические компенсаторы реактивной мощности с возможностью фильтрации высших гармонических составляющих тока.

Необходимо отметить, что основным нормативным показателем поддержания в электросети, причем как в целом в электросети, так и в ее отдельных узлах нагрузки, баланса активной мощности, является частота переменного тока и уровень напряжения, симметрия фаз. Поэтому необходимо применение дополнительного источника (устройства компенсации реактивной мощности), который будет осуществлять периодические накопления электроэнергии с последующим возвратом ее в сеть.

БСК (батареи статических конденсаторов). Следует отметить, что их применение приводит к появлению в электрической сети высших гармонических составляющих (ВГС), в результате чего могут возникать резонансные явления на одной из частот ВГС, что сокращает срок службы батареи статических конденсаторов. Поэтому их применение в электрических сетях, где имеются электрические приемники с нелинейными характеристиками неэффективно. Их целесообразно применять для индивидуальной компенсации реактивной мощности электроприемников, которые значительно удалены от электропитания. Подключаются параллельно нагрузке.

Реакторы. Эти устройства обычно применяются для компенсации емкостной (зарядовой) реактивной мощности в высоковольтной линии при передаче электроэнергии на большие расстояния и представляют интерес только для МРСК и. т. д.

ФКУ (фильтрокомпенсирующие устройства). Эти устройства представляют собой усовершенствованные БСК (батареи статических конденсаторов), благодаря дополнительному включению в схему реактора, который включен последовательно батарее статических конденсаторов. При этом реактор выполняет функцию настройки колебательного контура «БСК – реактор – внешняя сеть» на заданную частоту и функцию ограничения токов включения. Эти функции позволяет использовать ФКУ в электрических сетях с высоким содержанием ВГС (высших гармонических составляющих), причем осуществлять фильтрацию ВГС в электросети. Подключаются параллельно нагрузке.

УПК (устройства продольной компенсации). Эти устройства отличаются схемой установки, а именно тем, что конденсаторные батареи подключаются последовательно нагрузке, а не параллельно, как во всех остальных устройствах. Эти устройства используются в основном на ЛЭП, причем использование их экономически эффективно только на вновь сооружаемых объектах. Подключаются последовательно нагрузке.

УБСК (УФКУ) – управляемые батареи статических конденсаторов или управляемые фильтрокомпенсирующие устройства имеющие несколько ступеней регулирования. Эти устройства перспективны для использования в паре с автономными генерирующими установками (ДГУ и т. д.). Необходимо отметить, что их отличие состоит в том, что управляемые конденсаторные установки более эффективны при наличии переменной нагрузки. Если нагрузка, например, изменяется в течение суток, то оптимальный режим может поддерживаться с помощью этих устройств. Подключаются параллельно нагрузке.

ТУР (тиристорные управляемые регуляторы) и СТК (статические тиристорные компенсаторы). Эти устройства обычно используются там, где имеются жесткие требования к стабильности напряжения и его качеству, например, на городских и тяговых подстанциях. При этом тиристорные управляемые регуляторы генерируют индуктивную составляющую, а статические тиристорные компенсаторы индуктивную и емкостную составляющие. Недостатком этих устройств является их высокая стоимость. Подключаются параллельно нагрузке.

Активные фильтры (статические компенсаторы реактивной мощности с возможностью фильтрации высших гармонических составляющих тока). Они обладают свойствами такими же, как и у всех ранее описанных устройств. Эти устройства перспективны для использования. Подключаются параллельно нагрузке.

Технические средства компенсации реактивной мощности у электрооборудования потребителей обычно включают в себя соответствующее электрооборудование, в том числе позволяющее и снизить несимметрию фаз. В качестве основных способов коммутации в устройствах компенсации реактивной мощности обычно применяются устройства управляемые реле (управляемые конденсаторные установки) и управляемые тиристорами (управляемые конденсаторные установки).

Применение тиристорного управления обеспечивает высокое быстродействие работы КУ, отсутствие бросков тока в момент коммутации, и уменьшает старение конденсаторов.

Коммутация конденсаторов в управляемых конденсаторных установках обычно происходит в момент нулевого напряжения.

Пример дефектов трехфазного напряжения, связанных с высокой реактивной мощностью у электрооборудования потребителя электроэнергии показан на рис. 2.

Рис. 2. Пример дефектов трехфазного напряжения, связанных с высокой реактивной мощностью у электрооборудования потребителя электроэнергии

Необходимо отметить, что при выборе мест установки конденсаторных установок необходимо стремиться к подключению их под общий коммутационный аппарат с электроприемником потребителя электрической энергии, чтобы избежать дополнительных затрат на дополнительный аппарат.

В конденсаторных установках необходимо наличие фильтров высших гармоник (снижающих помехи и защищающих конденсаторы).

Реактивная мощность, которая может быть скомпенсирована, соответствует той мощности, которая указана в паспорте установки, а также должен быть указан шаг компенсации (минимальная величина приращения, на которую изменяется емкость включенных конденсаторов).

Следует отметить, что конденсаторные установки необходимо ставить при эксплуатации на обслуживание, например, силами местных электриков предприятия (это электрооборудование обычно находится в их зоне ответственности), что несколько снизит их экономическую эффективность.

Необходимо также отметить, что конкретные технические решения по внедрению конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности можно разрабатывать и реализовывать исходя из анализа конкретных технических заданий.

Частотно-регулируемый электропривод. Как уже отмечалось, значительной эффективности при организации энергоснабжения на современном инновационном уровне можно достичь при использовании энергосберегающего регулируемого электропривода с преобразователями частоты. При этом на асинхронных низковольтных либо синхронных высоковольтных двигателях расход энергии сокращается до 50 %. Возможно регулирование скорости двигателя как в диапазоне от близкой к нулю до номинальной, так и выше номинальной. Увеличивается срок службы двигателя и приводного механизма, достигается мягкий, программируемый пуск двигателя. Улучшается технологический процесс и качество продукции, появляется возможность автоматизации и управления от АСУ ТП, сокращаются трудозатраты при эксплуатации привода и др.

К областям применения подобных приводов относятся:

насосы (от подкачек до магистральных);

компрессоры, воздуходувки, вентиляторы систем охлаждения, тягодутьевые вентиляторы котлов;

рольганги, конвейеры, транспортеры и другие транспортировочные устройства;

дробильное оборудование, мешалки, экструдеры;

центрифуги различных типов;

линии производства металлического листа, пленки, картона, бумаги и др.;

буровое оборудование (от насосного до спускоподъемного); устройства откачки нефти из скважин (станки-качалки, погружные насосы и др.);

краны (от тельферов до мостовых);

металлообрабатывающие станки, пилы, прессы и другое технологическое оборудование.

В качестве примера приведем использование преобразователя частоты на приводе водозаборной станции. В этом случае до 50 % сокращается расход электроэнергии за счет автоматического поддержания необходимого давления воды при изменении объема потребления, в 2 — 3 раза увеличивается срок службы двигателя, приводного механизма и электрокоммутационных устройств благодаря исключению пусковых перегрузок по току, гидравлических ударов при пуске электродвигателя. Увеличивается срок службы трубопроводов, сокращается расход воды из-за уменьшения потерь при избыточном давлении, сокращаются трудозатраты при эксплуатации в связи с увеличением межремонтных периодов электропривода.

Повышение эффективности и надежности энергоснабжения при использовании тиристорных преобразователей частоты для синхронных высоковольтных электродвигателей объясняется следующими причинами:

один преобразователь может быть использован для поочередного или группового пуска нескольких электроприводных агрегатов с синхронными двигателями;

пуск двигателя осуществляется плавно с токами меньше номинального значения, что не приводит к перегреву поверхности ротора, ударным механическим воздействиям на обмотки статора. Вследствие этого обеспечивается значительное увеличение ресурса двигателя;

отсутствие ограничений по числу частотных пусков электроприводного агрегата с синхронным двигателем от тиристорного преобразователя частоты. Экспериментально подтверждена возможность 15 пусков в течение одного часа серийных двигателей и более 2 000 пусков в течение одного года без какого-либо ремонта ротора или статора;

остановка электроприводного агрегата за счет рекуперативного электрического торможения обеспечивает возврат электроэнергии в питающую сеть;

реализация режима стационарной точной синхронизации электроприводного агрегата с питающей сетью гарантирует надежное переключение двигателя в сеть без бросков тока и механических ударов;

снижение требований к высоковольтной линии, питающей предприятие, поскольку при пуске очередного электроприводного агрегата не происходит посадки напряжения в линии (пусковой ток в 5 —10 раз меньше по сравнению с реакторным);

мощность тиристорного преобразователя частоты, используемого для пуска разгруженного двигателя, составляет 20... 30 % номинальной мощности электроприводного агрегата, что предопределяет высокие технико-экономические показатели.

Эффективность использования тиристорных преобразователей частоты в составе частотно-регулируемого электропривода с синхронными двигателями определяется не только перечисленными выше факторами, но и значительной экономией электроэнергии и расширением технологических возможностей, особенно в тех случаях, когда требуется большой диапазон регулирования частоты вращения электроприводного агрегата.

Целесообразен для потребителей выбор этих устройств, которые позволят снизить потери электроэнергии, которые в ряде случаев составляют до 20 %.

2. Выбор электрооборудования по экономическим критериям

Одним из способов повышения надежности работы электрооборудования является его правильный выбор. При выборе электрооборудования электроприводов необходимо учитывать: мощность необходимую для привода рабочей машины; исполнение электродвигателя; модификацию электродвигателя; устройство защиты электродвигателя.

В связи с массовостью применения электроприводов даже незначительные погрешности выбора, в конечном счете, приводят к огромному суммарному ущербу.

В настоящее время предлагаемые методики выбора электрооборудования предписывают строго рассчитывать их энергетические параметры. При этом особенности рабочих машин и условий эксплуатации учитываются приближенно. Это было оправдано на первом этапе развития электрификации, но сейчас, при возросших требованиях к электроприводу, требуется учитывать большое число факторов и связей.

Предлагаемая методика оптимального комплектования электроприводов может быть использована для выбора не регулируемых по частоте вращения асинхронных электродвигателей серии "4А" и аппаратуры управления ими. Кроме этого электродвигатели не должны иметь особых требований к пуску и торможению. Эта методика не заменяет рекомендации по выбору электрооборудования, предложенные в книгах:

Мартыненко И. Н., Тищенко Л. Н. Курсовое и дипломное проектирование по комплексной электрификации и автоматизации.-М.:Колос, 1978.

Проектирование комплексной электрификации/Под ред. Л. Г.Прищеп.-М:Колос 1983.

Система ППРЭсх.-М.:Агропромиздат, 1987.

А дополняет их за счет учета более широкого круга факторов.

17.2. Методика оптимального комплектования электроприводов

Методика оптимального комплектования электроприводов состоит из следующих этапов: подготовка исходных данных; выбор мощности электродвигателя; выбор частоты вращения электродвигателя; выбор модификации электродвигателя по пусковому моменту и скольжению; проверка устойчивости пуска и перегрузочной способности; выбор устройства защиты; выбор передаточного устройства.

Рассмотрим более подробно все эти этапы.

17.2.1. Подготовка исходных данных

Для оптимизации электропривода нам необходимо собрать следующие сведения: условия использования; дестабилизирующие воздействия; условия электроснабжения; уровень технической эксплуатации;

Условия использования включают в себя: назначение; эквивалентную мощность рабочей машины, кВт; частоту вращения вала рабочей машины, n, об/мин; пусковой, номинальный и максимальный моменты, Нм; занятость в течение суток, tс, час; занятость в течение года, m, месяц; номинально допустимый простой при отказе электропривода, tд, час.; технологический ущерб, выраженный в долях от стоимости капитального ремонта электродвигателя, v, о. е.;

Дестабилизирующие воздействия включают в себя: условия эксплуатации (по классификации ВИЭСХ - легкие, нормальные, тяжелые); климатические условия; интенсивность отказов, l, год-1; структуру аварийных ситуаций, a1, о. е.; увлажнение и агрессивное воздействие среды, aу; неполнофазный режим, aн; перегрузку, aп; затормаживание ротора, aт; прочие ситуации, aпр.

Условия электроснабжения должны включать в себя следующие данные: мощность трансформатора трансформаторной подстанции, Sтр, кВА; длину и марку проводов линии низкого напряжения, L[км], q [мм2]; напряжение на зажимах электродвигателей, U, В.

Данные о уровне технической эксплуатации должны содержать следующие сведения: периодичность и затраты на обслуживание; затраты на капитальный ремонт; время восстановления работоспособности электропривода после отказа, tв, час.

Лучше всего подготовку данных представить в виде таблицы (см. таблицу 17.1).

Таблица 17.1.

17.2.2. Выбор мощности электродвигателя

Для этого необходимо определить коэффициент нагрузки электродвигателя "b’". Его определяют, учитывая занятость "m" и технологический ущерб "v" по номограммам, приведенным на рисунке 17.1. (см. рис.20.а. Ерошенко Г. П. Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации электрооборудования /1/).

Примечание: в лекциях приведены качественные номограммы. Для расчетов необходимо пользоваться номограммами приведенными в / 1 /.

Определив коэффициент нагрузки "b" по формуле определяют расчетную мощность: Рр=Р/b , и по таблице 17.2 с учетом условий эксплуатации выбирают такой электродвигатель, интервал оптимальных нагрузок которого включает расчетную мощность Рр. Если из-за малых значений tc и v окажется, что Р < Рн, то допустимую перегрузку следует проверить по фактической температуре окружающей среды.

Рисунок 17.1 - Номограмма для определения коэффициента нагрузки электродвигателя

Таблица 17.2 - Оптимальные интервалы нагрузок электродвигателей серии 4А

17.2.3. Выбор электродвигателя по условиям окружающей среды

Нам необходимо определить допустимую относительную стоимость К’д электродвигателя специального исполнения (сельскохозяйственного, химостойкого и т. п.) Ее определяют по номограмме приведенной на рисунке 17.2.

Для этого необходимо знать интенсивность отказов "l", долю отказов из-за увлажнения “aу", технологический ущерб "v". Далее необходимо найти прейскурантную стоимость "Кс" электродвигателя специализированного исполнения и вычислить фактическую относительную стоимость:

Кдф=Кс/Ко,

где Ко - стоимость электродвигателя основного исполнения IP44 такой же мощности.

Если фактическая относительная стоимость меньше допустимой, т. е. если Кдф < К’д, то целесообразно выбрать электродвигатель специализированного исполнения. В противном случае следует остановиться на электродвигателе основного исполнения, так как удорожание из-за применения электродвигателя специализированного исполнения не компенсируется достигаемым снижением затрат на его капитальный ремонт за нормативный срок службы.

Рисунок 17.2 - Номограмма для определения допустимой относительной стоимости электродвигателя специального исполнения

17.2.4. Выбор устройства защиты

Нам необходимо определить целесообразность использования того или иного вида защиты электрооборудования. Для этого необходимо определить допустимую относительную стоимость устройства защиты "Кз*". Ее определяют по рисунку 17.3 (или см. рис.20.в./1/). При чем необходимо учесть интенсивность отказов "l", технологический ущерб "v" и ожидаемую добротность защиты Рз, т. е. долю устраняемых отказов. Эти данные можно выбрать из таблицы 17.3. (или см. таблицу 4.7./1/).

Рисунок 17.3 - Номограмма для определения допустимой относительной стоимости устройства защиты

Таблица 17.3 - Характеристика сельскохозяйственных машин по возможным технологическим ущербам и аварийным ситуациям

Примечание: В числителе - для животноводства, в знаменателе - для растениеводства; для поточных линий технологический ущерб 1,5...2,5 раза больше чем указанный в таблице.

После этого находят по прейскуранту стоимость "Кз" принимаемой защиты и ее фактическое значение:

Кзф*=Кз/Кд,

где Кд - стоимость выбранного электродвигателя.

Если фактическая стоимость защиты меньше ее допустимой стоимости, то устройство проходит по технико-экономическому критерию т. е.

Кзф*<Кз’

В противном случае целесообразно выбрать другое, менее дорогое устройство защиты. Так, например, УВТЗ в целом не эффективны в электроприводах мощностью менее 4 кВт, при технологическом ущербе v<2 и интенсивности аварийных ситуаций l<0,1, хотя они уменьшают число отказов почти в два раза.

17.3. Пример рационального выбора электрооборудования

Нам необходимо проверить комплектование электропривода вакуумного насоса (РВН-40/350) доильной установки.

Исходные данные.

Условия использования: Р=2,3кВт; n=1450 об/мин.

Занятость в течение суток: tс=8час.

Занятость в течение года: m=6 мес.

Допустимый простой: tд=1 час.

Технологический ущерб в долях от стоимости капитального ремонта электродвигателя: v=5 о. е.(определяется по табл.2.)

Дестабилизирующие воздействия (в сумме все дестабилизирующие воздействия равны 1):

Условия эксплуатации - нормальные;

Интенсивность отказов - l=0,3, см. табл.2.;

Увлажнение и агрессивное воздействие среды - aу=0,1, см. табл.2.;

Неполнофазный режим - aн=0,15, см. табл.2.;

Затормаживание ротора - aт=0,5, см. табл.2.;

Прочие ситуации - aпр=0,15, см. табл.2.;

Перегрузка - aп=0,1, см. табл.2.;

Условия электроснабжения: Sтр=160 кВА; L=0,25 км; q=35мм2;

U=380/220 В.

Техническая эксплуатация - по системе ППР и ТО.

Время восстановления работоспособности - tв=6 час.

Выбор мощности электродвигателя. Зная значения tс, m и v по рис.1. находим коэффициент нагрузки электродвигателя "b", b=0,618. Тогда расчетная мощность: Рр=Р/b=2,3/0,618=3,72 кВт.

По табл.2. для нормальных условий эксплуатации выбираем мощность электродвигателя, она находится в диапазоне 3,71....5,20 кВт. Этому интервалу соответствует электродвигатель мощностью 5,5 кВт.

Выбор частоты вращения электродвигателя. Так как частота вращения вала рабочей машины равна 1450 об/мин, то принимаем электродвигатель с частотой вращения поля статора 1500 об/мин.

Выбор модификации электродвигателя по пусковому моменту и скольжению. При выборе модификации электродвигателя по пусковому моменту и скольжению необходимо учитывать условия пуска электродвигателя и рабочей машины.

Проверка устойчивости пуска и перегрузочной способности. Так как мощность трансформатора больше мощности электродвигателя более чем в три раза и длина линии менее 300 м, то проверку на устойчивость при пуске производить не требуется. Почему мы сделали такой вывод, рассмотрим более подробно в следующей лекции, а сейчас ограничимся этим допущением.

Выбор электродвигателя по условиям окружающей среды. По рис.2. находим допустимую относительную стоимость электродвигателя специализированного исполнения (зная l, aу и v), она равна 1,18. Зная ее мы можем определить фактическую относительную стоимость:

Кдф*=Кс/Ко=77/70=1,1,

где Кс=77 у. е., стоимость электродвигателя 4А112М4У3сх;

Ко=70 у. е., стоимость электродвигателя 4А112М4У3.

В нашем случае Кдф*<Кд*, значит мы должны выбрать электродвигатель 4А112М4У3сх.

Выбор устройства защиты. По рис.3. находим допустимую относительную стоимость устройства защиты "Кз*", учитывая, что Рз=aн+aп+aпр и учитывая еще l и v. В нашем случае Кз*=1,1. Учитывая большой технологический ущерб (v=5), принимаем защиту УВТЗ и определяем Кзф*. Так как УВТЗ стоит 48у. е., а электродвигатель стоит 77у. е., тогда Кзф*=Кз/Кд=48/77=0,6. Так как Кзф*<Кз* (0,6<1,1) окончательно выбираем УВТЗ.

Выбор передаточного устройства. Так как большая доля аварийных ситуаций приходится на заклинивание (aт=0,5) насоса, то целесообразно предусмотреть соединение электродвигателя с рабочей машиной через предохранительную муфту или клиноременную передачу.

3. Экономия электроэнергии

Основные принципы экономии электроэнергии. Вопросы экономии электроэнергии приобретают в настоящее время особое значение. Следует отметить, что экономия электроэнергии не есть простое ограничение полезного ее потребления.

Экономия электроэнергии должна состоять:

Из уменьшения потерь электроэнергии;

Из снижения энергоемкости продукции.

Во всех случаях мероприятия по экономии электроэнергии необходимо рассматривать с народнохозяйственных позиций. Другими словами, следует внедрять только те мероприятия, которые окупятся не более чем за нормативный срок окупаемости, равный 6,6 года. Это означает, что дополнительные затраты на экономию электроэнергии оправданы, если экономия электроэнергии составляет не менее 100 кВт´ч в год в течение нормативного срока окупаемости.

Успешная работа по экономии электроэнергии связана с разработкой плана организационно-технических мероприятий.

Составление плана организационно-технических мероприятий .

Нам необходимо определиться в том, что относят к организационно-техническим мероприятиям:

К организационно-техническим мероприятиям условно относят те мероприятия, на осуществление которых не требуется сверхнормативных капитальных вложений или эксплуатационных издержек.

На следующем этапе определим цель составления этого плана.

Цель - выявление очагов потерь или нерационального использования электроэнергии и разработка конкретных эффективных способов наибольшей экономии электроэнергии.

Очаги потерь или нерационального использования электроэнергии выявляют путем анализа состояния эксплуатации электрооборудования и потребления электроэнергии. К известным способам экономии электроэнергии можно отнести: поддержание электрооборудования в исправном состоянии; выбор и поддержание оптимальных режимов работы оборудования; автоматизация технологических процессов; внедрение новой энергосберегающей техники и технологии.

Выявление очагов потерь или мест нерационального использования электроэнергии.

Одной из главных задач руководителя электротехнической службы хозяйства является рациональное использование электрической энергии, ее экономия при выполнении тех или иных технологических процессов. В это понятие входит и снижение потерь электрической энергии.

Выявить очаги потерь электроэнергии бывает довольно сложно. Однако существуют методы, упрощающие этот процесс. Среди них можно выделить: функционально-стоимостной анализ (ФСА); метод контрольных вопросов (МКВ).

Следует отметить, что правильно провести ФСА довольно сложно не подготовленному специалисту. Для его выполнения следует обращаться к специалистам - инженерам ФСА. Однако таких специалистов (к сожалению) в сельскохозяйственном производстве нет, их просто не готовили и не готовят. И другой аргумент, этот метод предпочтительнее применять для решения сложных, глобальных проблем. Поэтому более предпочтительным в таком случае будет использование метода контрольных вопросов (МКВ). Контрольные вопросы (КВ) могут изменяться пользователем и применяться в удобной для него форме.

Предлагаемый вашему вниманию КВ составлены из списков контрольных вопросов Эйлоарта, А. Ф. Осборна, ФСА и ТРИЗ (теории решения изобретательских задач). Данный вопросник состоит из четырех блоков вопросов. Первый блок вопросов направлен на выявление главной функции, которую выполняет электроэнергия в технологическом процессе и функций, обеспечивающих ее, учету возникающих нежелательных эффектов и традиционных средств их устранения. Часть вопросов ориентирована на формулировку идеального конечного результата (ИКР) и уходу от традиционных основ функционирования системы, использующей электрическую энергию. Второй блок позволяет анализировать взаимодействие электрической энергии с внешней средой, управляющей системой и на выявление ограничений и возможности свертывания. Третий блок направлен на анализ подсистем и их взаимосвязей. Четвертый блок направлен на анализ возможных неисправностей и уточнение ИКР.

При работе с предлагаемым вопросником необходимо ответы излагать в простой, доступной форме, без специальных терминов. Это вроде бы простое требование, однако, выполнить его очень сложно. А теперь рассмотрим этот вопросник.

Первый блок

1. Какова главная функция электроэнергии в данном технологическом процессе?

2. Что надо делать, чтобы выполнялась главная функция?

3. Какие проблемы возникают при этом?

4. Как обычно с ними можно бороться?

5. Какие и сколько функций выполняется с помощью электроэнергии в этом технологическом процессе, какие из них полезные, а какие вредные?

6. Нельзя ли часть функций выполняемых с помощью электроэнергии в этом технологическом процессе сократить?

7. Нельзя ли часть функций выполняемых с помощью электроэнергии в этом технологическом процессе увеличить?

8. Нельзя ли часть вредных функций выполняемых с помощью электроэнергии в этом технологическом процессе перевести в полезные и наоборот?

9. Что представляло бы собой идеальное выполнение главной функции?

10. Как иначе можно выполнить основную функцию?

11. Нельзя ли упростить технологический процесс, добиваясь не 100% полезного эффекта, а чуть меньше или больше?

12. Перечислите основные недостатки традиционных решений.

13. Постройте, если можно, механическую, электрическую, гидравлическую или иную модель функционирования или распределения потоков в технологическом процессе.

Второй блок

14. Что произойдет если убрать электроэнергию из технологического процесса и заменить ее другим видом энергии?

15. Что произойдет если заменить электроэнергию в технологическом процессе другим видом энергии?

16. Измените технологический процесс с точки зрения:

Скорости работы (быстрее или медленнее в 10, 100, 1000 раз);

Времени (средний цикл работы уменьшите до нуля, увеличьте до бесконечности);

Размеров (производительность технологического процесса очень большая или очень маленькая);

Стоимость единицы продукции или услуги (большая или маленькая).

17. Определите общепринятые ограничения и причины их возникновения.

18. В какой отрасли техники или другой деятельности наилучшим образом выполняется данная или похожая главная функция и нельзя ли позаимствовать одно из этих решений?

19. Можно ли упростить форму, усовершенствовать прочие элементы технологического процесса?

20. Можно ли заменить специальные “блоки” стандартными?

21. Какие дополнительные функции может выполнять электрическая энергия в технологическом процессе?

22. Можно ли изменить основу выполнения технологического процесса?

23. Можно ли уменьшить отходы или использовать их?

24. Сформулируйте задачу на конкурс “Преврати нерациональные расходы электроэнергии в доходы”.

Третий блок

25. Можно ли разделить технологический процесс на части?

26. Можно ли объединить несколько технологических процессов?

27. Можно ли “мягкие” связи сделать “жесткими” и наоборот?

28. Можно ли “неподвижные” блоки сделать ”подвижными” и наоборот?

29. Можно ли использовать работу оборудования на холостом ходу?

30. Можно ли перейти от периодического действия к непрерывному или наоборот?

31. Можно ли поменять последовательность операций в технологическом процессе если нет то почему?

32. Можно ли ввести или исключить предварительные операции?

33. Где в технологическом процессе заложены излишние запасы, нельзя ли их сократить?

34. Нельзя ли использовать более дешевые источники энергии?

Четвертый блок.

35. Определите и опишите альтернативные технологические процессы.

36. Какой из элементов технологического процесса наиболее энергоемкий, нельзя ли его отделить, снизить в нем потребление электроэнергии?

37. Какие факторы в процессе выполнения технологического процесса наиболее вредны?

38. Нельзя ли использовать их с пользой для дела?

39. Какое оборудование в технологическом процессе изнашивается в первую очередь?

40. Какие ошибки наиболее часто совершает обслуживающий персонал?

41. По каким причинам чаще всего нарушается технологический процесс?

42. Какая неисправность наиболее опасна для вашего технологического процесса?

43. Как предотвратить эту неисправность?

44. Какой технологический процесс, для получения продукции, вам наиболее подходит и почему?

45. Какую информацию о ходе технологического процесса вы бы тщательно скрывали от конкурентов?

46. Узнайте мнение о потреблении электроэнергии, данным технологическим процессом, совершенно не осведомленных людей.

47. В каком случае потребление электроэнергии в технологическом процессе отвечает идеальным нормам?

48. Какие вопросы еще не заданы? Задайте их сами и ответьте на них.

Представленный вопросник не является окончательным, его можно корректировать и дополнять. После небольшой корректировки его можно использовать для выявления очагов потерь любых видов энергии.

PAGE \* MERGEFORMAT 1

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
13545.		АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛАЗЕРОВ	612.93 KB
	Параметры лазерного излучения Лазеры являются наиболее распространенными и наиболее перспективными квантовыми приборами. Обычно под лазерами понимают квантовые автогенераторы причем блок – схема практически любого такого генератора может быть представлена схемой рис. Рис 1 Такое возбуждение может быть импульсным непрерывным или комбинированным причем не только по времени возбуждения но и по способам; 31 и 32 зеркала образующие открытый резонатор УЭуправляющий элемент обычно расположенный внутри лазера и служащий для реализации того...
6088.		ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ	20.73 KB
	Энергетические показатели электрооборудования Сигналом о неблагополучии а следовательно и необходимости обследования степени эффективности энергоснабжения на промышленном предприятии служит резкое отличие фактических удельных расходов энергии от нормативных показателей. В последнем случае доверительность резко повышается если использовать автоматизированные системы учета и контроля за потреблением электроэнергии а именно каналы связи с автоматизированным рабочим местом АРМ контроля расхода электроэнергии. имеется связь между...
20318.		Моделирование статических режимов работы элементов автономной ветродизельной электроэнергетической системы	76.31 KB
	1 Обоснование целесообразности применения ветродизельных электроэнергетических систем для электроснабжения автономного потребителя } Оценка статьи: (Пока оценок нет) Загрузка... Поделиться с друзьями: Похожие публикации Методы контроля включают в себя Семейное положение на английском в резюме Составление графика планово-предупредительного ремонта (ппр) Общая характеристика азс