Энергетическая отрасль Российской Федерации переживает принципиально важный виток развития после введения Федерального закона РФ от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ", который регулирует отношения по энергосбережению и повышению энергетической эффективности. Для промышленных потребителей и сетевых компаний этот закон является основным регулирующим актом в их деятельности.
Мощности производственных предприятий постоянно наращиваются для увеличения прибыли предприятия и расширения присутствия в той или иной отрасли на внутреннем и международном рынках. Все расходы, связанные с передачей электроэнергии от поставщика к потребителю ложатся именно на плечи потребителя, в то время как основные потери электроэнергии приходятся на хозяйства сетевых компаний.
Как в такой ситуации потребитель может экономить на получаемой им электроэнергии? Как снизить колоссальные расходы, связанные с распределением электроэнергии внутри производственных площадок промышленных потребителей?
Производство электрической энергии на электростанциях с мощными генераторами, размещенных вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов, делает возможным получать в этих районах большие количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Подлинное использование дешевой электрической энергии, непосредственно у потребителей, находящихся на значительном удалении, рассредоточенных на территории страны, требует при этом создания сложных систем разветвленных электрических сетей.
Безусловно, силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а, следовательно, и энергетики страны. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее генерации до места потребления в современных сетях требует высокой степени трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.
Учитывая, что силовые трансформаторы являются основными элементами электрической сети при передаче электроэнергии на большие расстояния и на отдалённых участках сети, мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают. В результате этого значительная часть материалов, расходуемых на все силовые трансформаторы, вкладывается в наиболее отдаленные части сети, то есть в трансформаторы с высшим напряжением 10 и 35 кВ. В этих же трансформаторах возникает основная масса потерь электроэнергии, оплачиваемых потребителем по наиболее высокой цене.
Вот тут и необходимо учитывать основные потери, возникающие в сети для оценки экономической эффективности. К основным потерям в первую очередь относятся потери холостого хода трансформатора которые являются величиной постоянной, независящей от тока нагрузки и возникает в магнитной системе трансформатора в течение всего времени, пока силовой трансформатор подключен к сети. Потери короткого замыкания (или выражаясь иными словами потери под нагрузкой) изменяются с изменением тока нагрузки и зависят от графика нагрузки трансформатора. Характер суточного или годового графика нагрузки трансформатора зависит от его места в распределительной сети и характера нагрузки - промышленная, бытовая, сельскохозяйственная и т.д. Для расчетов эффективности трансформаторов, сети принято разделять на:
трансформаторы генерирующих электрических станций, основной сети на напряжения 110 кВ и выше;
трансформаторы распределительной сети, непосредственно питающие потребителей при напряжениях 10 и 35 кВ.
Наиболее важными задачами при повышении качества трансформаторного оборудования являются – использование передовых технологий их производства, качество и экономия материалов при изготовлении трансформаторов и максимально возможные низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная их часть, что может привести к существенной потере энергии всего трансформаторного парка.
Уменьшение потерь короткого замыкания достигается главным образом снижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотках. В значительной мере это стало возможным после замены медного провода алюминиевым проводом и фольгой в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 30000 кВА.
Итак, потери холостого хода эффективно можно снизить путем:
увеличения сечения сердечника, что ведет к увеличению стоимости и габаритных размеров;
применения холоднокатаной рулонной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью;
применения аморфных металлов в сердечнике. Данный способ является наиболее дорогостоящим и пока не нашел широкого применения в российской энергетике.
В основном потери нагрузки могут быть снижены путем:
увеличения значений сечения проводника обмотки, что ведет к снижению сопротивления и, следовательно, потерь. Реализация этого метода, ведет к увеличению стоимости и габаритов трансформаторов, хотя частично рост габаритных размеров компенсируется меньшим тепловыделением, что приводит к уменьшению размеров и расходов на охлаждающие конструкции.
применения материалов повышенной электропроводности, вплоть до сверхпроводников. Данная технология еще не достигла нужного уровня развития и все еще относится к очень дорогим технологиям. Нерешенной проблемой для сверхпроводниковых обмоток является уязвимость для величин токов коротких замыканий, наиболее часто встречающихся в сетях среднего напряжения.
Иначе говоря, технические резервы снижения потерь до конца не исчерпаны, и уровень эффективности КПД трансформатора может быть повышен с использованием уже известных технологий и принципов. Необходимо помнить, что при дальнейшем совершенствовании конструкции приходится учитывать множество взаимосвязанных факторов, от габаритных размеров до шумности, и необходимость сведения к минимуму технологических рисков. Потребители трансформаторов весьма консервативно относятся ко всем новшествам, и вряд ли кто-нибудь возьмется их упрекнуть в этом, осознавая возможный масштаб и продолжительность последствий выхода из строя изделия. Однако и тут компания «GBE S.p.A.» (Италия) дистрибьютором которой является ЗАО «Электронмаш» нашла выход, разделив производственный цикл на цех по производству энергоэффективных сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TD3R, и цех по производству сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TS3R со стандартными потерями. Сроки поставки в связи с этим являются равнозначными, как энергоэффективных трансформаторов, так и трансформаторов со стандартными потерями.
Новые конструкции магнитопровода трансформаторов характеризуются применением косых стыков пластин в углах системы (технология Step-Lap), стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек в старых конструкциях и многоступенчатой формой сечения ярма в плоских магнитных системах. Также находят применение стыковые пространственные магнитные системы со стержнями, собранными из плоских пластин, и с ярмами, навитыми из ленты холоднокатаной стали, и магнитные системы, собранные только из навитых элементов. Эти конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода.
Остро стоящие вопросы экономии электрической энергии, связанной с уменьшением потерь в силовых трансформаторах стимулируют развитие энергосберегающих технологий на современном этапе развития трансформаторостроения. Для снижения расходов, связанных с распределением электроэнергии, как для сетевых компаний, так и для промышленных предприятий ЗАО «Электронмаш» предлагает энергоэффективные сухие силовые трансформаторы T3R с литой изоляцией для распределительных сетей, серии TD3R, производства «GBE S.p.A.» (Италия).
Серия энергоэффективных сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TD3R отличается от стандартной серии трансформаторов TS3R своими характеристиками потерь холостого хода (Ро) от 35% до 40%.
Рассмотрим реальную калькуляцию потерь и затрат с ними связанных на примере одного из наиболее крупных реализованных проектов, где потребители предпочли снизить свои расходы – «Реконструкция трансформаторных подстанций ОАО «Новоросцемент» в 2011 году, куда ЗАО «Электронмаш» были поставлены трансформаторы специального исполнения со сниженными потерями. В данном проекте к энергоэффективным трансформаторам, также были предъявлены требования в части сейсмостойкости до 9 баллов по шкале MSK-64 и эксплуатации в суровых климатических условиях.
Табл.1. Мощности трансформаторов: 1000 кВА и 2500 кВА.
№ п/п
Наименование трансформатора
Класс напряжения, кВ (Класс изоляции, кВ)
Мощность, кВА
Потери холостого хода, Ро, кВт
Потери короткого замыкания (потери под нагрузкой) Рсс, кВт
1
TS3R12.1000*
10 (12)
1000
2,1
10
2
TD3R12.1000*
10 (12)
1000
1,5
8,8
3
TS3R12.2500*
10 (12)
2500
4,3
21
4
TD3R12.2500*
10 (12)
2500
3,2
18
Табл.2. Вводные данные.
Стоимость кВт/ч, с НДС
3,35
рублей
Количество часов в году
8760
часов/год
Количество рабочих дней в году
250
дней/год
Количество выходных и праздничных дней в году
115
дней/год
Количество часов в год на полной нагрузке
4209
часов/год
Срок службы трансформатора
30
лет
Табл.3. Расчет экономики трансформаторов.
Наименование трансформатора
TS3R12.1000
TD3R12.1000
TS3R12.2500
TD3R12.2500
Потери холостого хода в год, кВт (Ро х Кол-во часов в году)
18396
13140
37668
28032
Потери под нагрузкой в год, кВт
(Рсс х Кол-во часов году на полной нагрузке)
42090
37039,2
88389
75762
Суммарные потери в год, кВт
60486
50179,2
126057
103794
Экономия в год, кВт
10306,8
10306,8
22263,0
22263,0
Экономия в год, рублей, с учетом НДС
34 534,31р.
34 534,31р.
74 595,16р.
74 595,16р.
Эксплуатационные расходы за весь срок эксплуатации
, рублей, с учетом НДС
(Суммарные затраты на потерях Po + Pcc x Срок службы трансформатора
+ Стоимость монтажа и периодических осмотров)
6 002 544,24р.
4 979 712,13р.
12 509 716,61р.
10 300 368,29р.
Стоимость трансформатора, рублей, с учетом НДС
749 394,32р.
795 415,82р.
1 364 241,56р.
1 454 811,88р.
Общие затраты на весь срок эксплуатации, рублей, с учетом НДС
6 751 938,56р.
5 775 127,95р.
13 873 958,18р.
11 755 180,17р.
Экономия за весь срок эксплуатации, рублей, с учетом НДС
976 810,61р.
976 810,61р.
2 118 778,01р.
2 118 778,01р.
* - в качестве сравниваемых, приняты типовые трансформаторы с алюминиевыми обмотками, степенью защиты IP00, с естественной вентиляцией, с блоком контроля температуры обмоток.
Из данного примера видно, что эксплуатация энергоэффективных сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TD3R позволяют снизить расходы предприятий-потребителей до 20% и это только из расчета эксплуатации одного трансформатора. А когда потребитель обслуживает большой парк трансформаторного оборудования, то это позволит сэкономить еще большие средства.
Ниже представлены графики стоимости владения (сроков окупаемости) рассматриваемых трансформаторов:
Данные графики наглядно отражают, что срок окупаемости энергоэффективных трансформаторов в сравнении с трансформаторами со стандартными потерями составляет чуть больше 1-го года. При этом последующие содержание энергоэффективного трансформаторного парка позволяет экономить денежные средства.
В итоге, можно экономить только на этапе приобретения и ввода в эксплуатацию и затем тратить огромные денежные средства на содержание и эксплуатацию силовых трансформаторов или экономить на протяжении длительного срока эксплуатации, вложив при этом незначительно отличающиеся средства от стоимости трансформаторов со стандартными потерями. В любом случае, выбор остается за потребителем и специалисты АО «Электронмаш» всегда готовы помочь Вам сделать этот выбор правильным и экономичным!