Облік і контроль електроенергії

Облік по підприємству в цілому служить для визначення кількості електричної енергії, отриманої від енергопостачальної організації. Він здійснюється за допомогою розрахункових лічильників електричної енергії, що розміщають на межі поділу мережі енергопостачальної організації й підприємства.

Облік по основним цехам і окремим енергоємним установкам слугує для контролю за виконанням питомих норм витрати електричної енергії. Облік по допоміжним цехам і об'єктам дозволяє визначити норми витрати електричної енергії на допоміжні потреби.

В даний час при створенні оптимальної структури керування енергогосподарством промислових підприємств однією з найважливіших задач є правильний вибір принципів керування системою електроспоживання в цілому. У зв'язку із цим виникає необхідність створення цільової функціональної системи керування процесами в промисловій енергетиці

Використання АСУЕ дозволяє вирішувати наступні задачі:

1) комплексний автоматизований комерційний і технічний облік електроенергії і енергоносіїв по підприємству з метою зовнішніх і внутрішніх розрахунків відповідно до діючих тарифних систем і забезпечення раціональної витрати енергоресурсів;

2) контроль електроспоживання по всіх енергоносіях, точках обліку і структур обліку в заданих тимчасових інтервалах (3 і 30 хв., зона, зміна, доба, місяць, квартал і т.д.) щодо заданих лімітів, режимних і технологічних обмежень з метою економії енергоресурсів і забезпечення безпеки енергопостачання;

3) фіксація відхилень контрольованих величин енергообліку і їх оцінка;

4) сигналізація відхилень контрольованих величин понад допустимий діапазон значень із метою прийняття оперативних рішень;

5) прогнозування значень параметрів енергообліку з метою планування електроспоживання;

6) автоматичне керування енергоспоживанням на основі заданих критеріїв і пріоритетних схем вмикання-вимикання споживачів;

7) внутрішній госпрозрахунок по енергоресурсах між цехами й підрозділами заводу з метою економії енергоресурсів і їхньої раціональної витрати на робочих місцях;

8) точний розрахунок із субабонентами підприємства за енергоспоживання з метою пропорційного розподілу енерговитрат.

Питання раціональної організації обліку витрати енергоресурсів на промислових підприємствах вирішується лише на основі системного підходу в комплексі з іншими елементами раціональної організації енерговикористання (впорядкуванням і аналізом енергобалансів підприємства, окремих цехів і найбільш енергоємних агрегатів, розробкою й проведенням організаційно-технічних заходів щодо поліпшення енерговикористання; організацією діючої системи матеріального заохочення до раціонального використання й економії енергії).

Сьогодні в Україні впроваджується трьохзонна система обліку.

Економічну доцільність впровадження системи трьохзонного тарифу можна визначити шляхом порівняння затрат на оплату електроенергії до впровадження системи Здо і після Зпісля:

 

,

,

 

де: W – кількість спожитої електроенергії; Т – існуючий тариф на електроенергію; W1, W2, W3, Т1, Т2, Т3 – кількість срожитої електроенергії та тарифи на неї в нічний, піковий та позапіковий періоди відповідно; В – вартість системи обліку.

 

Нормування витрат енергії

Всі промислові підприємства з приєднаною (встановленою або дозволеною до використання) електричною потужністю 100 кВт і вище зобов'язані мати розроблені і затверджені у встановленому порядку норми питомої витрати електричної енергії незалежно від джерел електропостачання (енергосистема або власна електростанція).

Нормуванню підлягає вся витрата електроенергії по підприємству як на основні і допоміжні технологічні процеси, так і на підсобні потреби виробництв, включаючи виробництво стиснутого повітря, кисню, освітлення, водопостачання, опалення, вентиляцію і втрати у внутрішньозаводських мережах і перетворювачах.

Під нормуванням витрати електроенергії розуміється встановлення планового розміру витрати електроенергії на виробництво одиниці продукції, переробку сировини або виконуваний об'єм роботи.

Норми витрати електроенергії і плани організаційно-технічних заходів щодо економії електроенергії, як правило, розробляються на підприємствах і затверджуються керівником підприємства або міністерством.

Кількість електроенергії, що витрачається на виробництво одиниці продукції, прийнято називати питомою витратою електроенергії.

Норма питомої витрати електроенергії встановлюється на основі техніко-економічного розрахунку і є максимально допустимою величиною витрат електроенергії для виробництва одиниці продукції (або об'єму роботи) установленої якості.

Як правило, для промислових підприємств установлюються річні норми питомих витрат електричної енергії з диференціацією їх по кварталах року з обліком впливу сезонності, а також по цехах, енергоємним технологічним процесам і агрегатам.

Норми витрати палива, теплової й електричної енергії у виробництві класифікуються за наступними основними ознаками:

а) за ступенем агрегації - на індивідуальні і групові;

б) за складом витрат - на технологічні й загальновиробничі;

в) за періодом дії - на річні і квартальні (на підприємствах можуть установлюватися також і норма по місяцях).

Індивідуальною називається норма витрати палива, теплової й електричної енергії на виробництво одиниці продукції (роботи), що встановлюється по типах або окремим енергоспоживаючим установкам, машинам (печам, автомобілям і т.п.), технологічним схемам стосовно визначених умов виробництва продукції (роботи).

Груповою називається норма витрати палива, теплової й електричної енергії на виробництво планованого об'єму однойменної продукції (роботи) відповідно до встановленої номенклатури по рівнях планування: народне господарство, міністерство (відомство), об'єднання, підприємство.

Технологічною називається норма витрати палива, теплової й електричної енергії, що враховує їх витрати на основні і допоміжні технологічні процеси виробництва даного виду продукції (роботи), витрати на підтримку технологічних агрегатів у гарячому резерві, на їх розігрів і пуск після поточних ремонтів і простоїв, а також технічно неминучі втрати енергії при роботі устаткування, технологічних агрегатів і установок.

Загальновиробничою називається норма витрати теплової й електричної енергії, що враховує витрати на основні і допоміжні технологічні процеси, на допоміжні потреби виробництва (загальновиробниче цехове і заводське споживання на опалення, вентиляцію, освітлення й ін.), а також технічно неминучі втрати енергії в перетворювачах, теплових і електричних мережах підприємства (цеху), віднесені на виробництво даної продукції (роботи).

 

Енергетичні баланси

 

При розгляді питань з підвищення ефективності раціонального використання електроенергії та нормування електроспоживання важливе значення має проведення об'єктивної оцінки аналізу режимів електроспоживання на базі електробалансу промислового підприємства.

Енергетичний баланс промислових підприємств - система взаємозалежних показників одержання і використання усіх видів палива й енергії - є основним узагальнюючим документом для комплексного вивчення, планування роботи і розробки заходів щодо раціоналізації енергетичного господарства підприємства, створення науково-технічної бази нормування витрат палива та енергії.

Енергетичні баланси підприємств підрозділяються на баланси: окремих процесів, агрегатів або груп однотипних агрегатів; сукупних виробничих процесів, ділянок, цехів; всього промислового підприємства. За призначенням вони поділяються на планові і фактичні. Останні, у свою чергу, бувають звітними й аналітичними.

Основна спрямованість звітних балансів полягає у виявленні непродуктивних витрат енергії агрегатами, цехами, окремими групами споживачів і підприємством у цілому.

Основною задачею упорядкування звітних паливно-енергетичних балансів є визначення оптимальних енергетичних співвідношень:

а) між окремими видами установок і апаратів, що споживають енергію;

б) між окремими видами енергогенеруючих установок;

     в) між окремими видами паливно-енергетичних ресурсів.

Таким чином, розробкою раціонального паливно-енергетичного балансу вирішуються три основних питання енергетичного господарства:

1) правильний вибір енергії і палива для окремих категорій виробничих і побутових процесів з обліком усіх технічних і економічних показників, що впливають на ефективність технології виробництва;

2) раціональний вибір енергогенеруючих установок;

3) вибір паливно-енергетичних ресурсів для окремих типів енергетичних установок.

Умова балансу активної енергії (потужності) визначається рівністю прибуткової частини та суми всієї споживаної електроенергії, включаючи сумарні втрати в мережі, перетворювальних установках і безпосередньо в робочих машинах, кВт•год:

 

,                            (2.4)

де Wпр - прибуткова частина електробаланса;

Wпi - корисна витрата електроенергії i-ми споживачами електроенергії;      

Wj - втрати електроенергії в різних j-х елементах електропостачання.

 

4. Вимоги енергосистеми до планування електроспоживання. Планування розподілу потужності в умовах її дефіциту

 

1. Вимоги енергосистеми до планування електроспоживання

1.1 Принципи побудови взаємовідносин між енергосистемою та споживачами

 

Планування електроспоживання на підприємстві в значній мірі залежить від вимог енергосистеми.

Процес споживання електричної енергії і відповідно управління цим процесом регламентуються рядом директивних, нормативних та інструктивних матеріалів, до яких, в першу чергу, відносяться “Правила пользования электрической и тепловой энергией” та “Правила користування електричною енергією”.

Взаємовідносини між енергосистемою та електроспоживачами в процесі електроспоживання діляться на дві групи: юридично - правові та оперативно - диспетчерські.

До першої групи відносять такі питання:

1) регламентація приєднання електроустановок до мереж енергосистеми;

2) розмежування балансової приналежності обладнання та мереж і експлуатаційної відповідальності за них між споживачами та енергосистемою;

3) визначення порядку допуску персоналу енергосистеми до електроустановок споживачів;

4) вибір тарифів і системи розрахунків за електроспоживання;

5) визначення умов електропостачання споживачів в період виникнення дефіцитів потужності чи енергії в енергосистемі;

6) визначення прав та відповідальності енергосистеми і споживачів за надійність електропостачання, якість електроенергії і виконання правил користування нею.

До другої групи відносяться питання поточного управління режимами роботи електроустановок з метою забезпечення:

1) електропостачання споживачів з потрібною надійністю;

2) нормальних умов експлуатації та ремонту обладнання мереж, енергосистем та споживачів;

3) нормованих показників якості електроенергії;

4) економічних режимів роботи енергосистем і електроустановок споживачів;

5) розвантаження енергосистеми для забезпечення її стійкості при виникненні дефіциту потужності чи енергоресурсів.

В цілому координація взаємовідносин зв’язаних з споживанням електроенергії між енергосистемою і споживачами здійснюються підприємством енергозбуту.

Основними завданнями і функціями енергозбуту є:

1) забезпечення суворого контролю за виконанням споживачами дисципліни по лімітах і режимах електроспоживання;

2) організація і вдосконалення обліку електроенергії та потужності, що відпускаються споживачам;

3) реалізація електроенергії відповідно до затверджених планів по існуючих тарифах;

4) впровадження для споживачів лімітів потужності;

5) розробка та впровадження графіків обмежень потужності та аварійних відключень споживачів і контроль за їх виконанням;

6) розробка заходів регулювання потужності споживачів;

7) проведення розрахунків за спожиту електроенергію;

8) здійснення контролю показників якості електроенергії на межі балансової приналежності електричних мереж енергосистем та споживачів;

організація установки, заміни, ремонту та випробовування приладів обліку та контролю електроенергії.

Необхідно відмітити, що пункти 3, 4, 5 не відповідають природі ринкових відносин і через певний час вони повинні зникнути. Крім цього сьогодні відносини споживача електроенергії та енергосистеми не є ринковими відносинами між покупцем та виробником (продавцем), коли більша частина прав завжди у покупця.

Питаннями збереження електроенергії безпосередньо займається інспекція по енергозбереженню.

Основні завдання інспекції по енергозбереженню:

1) здійснення контролю за раціональним використанням електроенергії і виконання завдань її економії;

2) здійснення контролю за розробкою, затвердженням і виконанням норм витрат електроенергії.

Нижче приводяться основні положення нормативних та інструктивних матеріалів, що регламентують взаємовідносини енергосистеми і споживачів в області електроспоживання.

 

1.2 Основні відомості про ліміти електроенергії та потужності

 

Річні ліміти електроенергії розраховуються виходячи із запланованого на наступний рік загального об’єму продукції, планових завдань на виробництво продукції, а також норм витрат електроенергії і завдань її економії.

В ліміт споживання електроенергії підприємств включаються втрати в електромережах, а також споживання електроенергії:

а) на виробничі потреби;

б) на освітлення, опалення і вентиляцію виробничих та адміністративних споруд;

в) підприємствами та організаціями комунального та культурно-побутового призначення, підсобними господарствами, будівельними, транспортними та іншими організаціями.

Відпуск електричної енергії проводиться підприємствам енергосистеми відповідно місячних лімітів електроенергії з урахуванням проведених в установленому порядку змін.

Ліміти електричної потужності (в подальшому ліміти) установлюються енергосистемою споживачам на періоди ранкового та вечірнього максимуму енергосистеми і є найвищою межею для їх споживання в ці періоди.

Для забезпечення дотримання встановлених лімітів потужності споживачі зобов’язані розробляти та впроваджувати додаткові регулюючі заходи по зниженню навантаження.

Ліміти потужності встановлюються споживачам електроенергії на періоди ранкового та вечірнього максимумів енергосистеми. В інші періоди споживачам дозволяється споживати потужність в межах добового споживання електроенергії.

Періоди проходження ранкового та вечірнього максимумів установлюються енергосистемою.

В розрахунок лімітів потужності споживачів приймаються добові графіки навантаження за режимні дні трьох попередніх років з найвищим коефіцієнтом заповнення графіка відповідно в ранкові та вечірні періоди максимальних навантажень енергосистем:

 ; ,                           (1)

де Рс - середньодобове навантаження;  - максимальне навантаження відповідно в періоди ранкового та вечірнього максимумів навантаження енергосистеми.

Для розрахунку лімітів потужності на I та IV квартали коефіцієнти заповнення графіка навантаження приймаються по графіках навантаження за режимний день грудня, на II, III квартали – по графіках навантаження за режимний день червня.

Розрахункові потужності споживачів в періоди максимуму навантаження енергосистеми визначаються за формулами:

                    (2)

де  - добовий ліміт електроенергії в робочий день, визначений на основі місячних лімітів електроенергії.

При складанні з споживачами регулюючих постійно діючих додаткових заходів по зниженню потужності на величину  (не враховану коефіцієнтами  і ) ця величина знімається з розрахункової потужності споживача електроенергії:

;                (3)

Гранична величина потужності в цілому по енергосистемі задається енергосистемою.

Ліміти потужності на кожний місяць кварталу доводяться до споживачів за місяць до початку наступного кварталу.

Якщо сумарний максимум лімітів виявиться більше граничної величини потужності в цілому по енергосистемі, то розраховані споживачам ліміти потужності зменшуються.

Енергосистема при невиконанні споживачами електроенергії вимог зниження потужності до встановленого ліміту після попередження примусово обмежує відпуск електроенергії в розмірі, який забезпечує задану величину зниження потужності споживача.

Енергосистема стягує із споживача плату за електроенергію, спожиту понад місячного ліміту, в п’ятикратному розмірі і плату за потужність, спожиту понад установленого ліміту, в десятикратному розмірі основної ставки.

 

1.3 Розрахунки за електроенергію

 

Споживачі електроенергії розраховуються з енергосистемою по одноставочному або двохставочному тарифах в залежності від приєднаної потужності. Якщо установлена потужність трансформаторів споживачів менше 750 кВА, вони розраховуються по одноставочному тарифу, а якщо потужність 750 кВА і більше, плата за електроенергію:

,                            (4)

де b – додатковий тариф плати за електроенергію; W – кількість спожитої електроенергії.

Максимальна потужність фіксується в договорі на споживання електроенергії поквартально і періодично контролюється енергопостачальною організацією по фактичному 30-ти хвилинному максимуму навантаження споживача, визначеному за показами приладів обліку.

Період контролю за фактичною потужністю споживача установлюють енергопостачальною організацією також поквартально і фіксують в договорі на користування електроенергією.

Споживачі мають право укласти з енергосистемою угоду на трьохзонний облік. В цьому випадку плата за електроенергію визначається таким чином:

,                   (5)

де  - тарифи на електроенергію відповідно в нічний, піковий та позапіковий періоди (зони);

 - величини електроенергії, які споживаються в указані періоди.

 

Планування розподілу потужності в умовах її дефіциту

 

Крім поквартального (місячного) лімітування потужності в енергосистемі може виникнути оперативний дефіцит потужності.

При виникненні оперативного дефіциту потужності в енергосистемі на підприємствах вводяться обмеження на її споживання. Відповідно виникає задача розподілу потужності між підприємствами в умовах обмежень.

Такий розподіл можна здійснювати відповідно двох критеріїв.

Величини потужностей, одержувані підприємствами в періоди обмежень, розраховуються пропорційно рівномірності їх графіків. Тобто підприємства, в яких більш рівномірний графік, сприяють зниженню дефіциту потужності і тому одержують від енергосистеми більшу величину потужності в періоди її обмежень.

Критерієм оптимальності розподілу потужностей є мінімум збитків, які появляються в результаті обмежень.

Розглянемо розподіл потужності в періоди її обмеження між підприємствами, які задані своїми максимальними та середніми навантаженнями, Рмі, Рсі по першому критерію.

В основу розподілу покладено те, що більшу потужність в періоди обмежень повинно одержувати те підприємство, в якого більш рівномірний графік. Метод розв¢язання задачі відповідно цього принципу заключається в наступному.

Потужність, яка підлягає розподілу між підприємствами в періоди її обмеження, визначається як:

Pрозп. = Pобм. - Pн.о.,                            (6)

де Робм. – задана потужність обмеження; Pн.о. – сумарна потужність підприємств, які не підлягають обмеженню.

В підприємствах, в яких Pмi < Pсi, графік досить рівномірний і обмеження для них не вводиться. Тобто величина потужності, яка підлягає розподілу, зменшується таким чином:

 = Pрозп. - Pсі>мі,                      (7)

де - і = 1,…,m; m – кількість підприємств для яких Pмi < Pсi.

Всім підприємствам, між якими розподіляються , рекомендується в однаковій мірі вирівнювати графік навантажень. Ця міра характеризується коефіцієнтом d, який визначається як:

,                               (8)

де ; j =1,…, n; n – кількість підприємств, для яких .

Відповідно величини потужностей, які доцільно передавати підприємствам в періоди обмежень, визначаються таким чином:

                           (9)

З формул (8, 9) видно, що більшу потужність одержать підприємства за більш рівномірним графіком.

Таким чином запропонований підхід передбачає встановлення підприємству величини обмеження виходячи з середньої потужності підприємства. Даний принцип дозволяє визначити відхилення між середньою і дозволеною до споживання потужністю в однаковому процентному відношенню, що характеризується величиною d. В більшій мірі обмежуються підприємства, які мають більшу нерівномірність електроспоживання.

Цю властивість можна проілюструвати, якщо провести аналіз відносного значення обмеження навантаження:

,                      (10)

де Kм = .

Із залежності можна визначити, що, наприклад, при d=1,6 потужність підприємства, в якого Kм=1,6 обмежується на 15%, а для підприємства з Kм=1,2 – на 6,67%.

Відповідно 2-го критерію розподіл потужності Ррозп між підприємствами в періоди її обмеження відповідає мінімізації функції:

                    (11)

при виконанні обмеження:

                       (12)

де k = 1, …, n + m; 3пk – питомий збиток від недовипуску продукції на k-ому підприємстві при зниженні навантаження на DPk. Формула (12) відображає, що зниження потужності підприємств на величини DPk приводить до збитків величиною Зпk, DPk, а з іншої сторони це дає підприємствам економічний ефект величиною а×DPk. Оптимальні величини DPk знаходяться методами лінійного програмування.

Визначення питомих затрат Зпk є окремою задачею. Величина Зпk залежить від величини DPk. Характер залежності Зпk(DPk) подібний залежності З(DP), яка показана на рис. 1.2. Тобто початкові зміни DPk мало впливають на Зпk, оскільки вони здійснюються за рахунок відключення неосновного виробничого обладнання. При значних величинах DPk величина Зпk також змінюється значно, оскільки в цьому випадку здійснюється відключення основного технологічного обладнання.

Величина Зпk є різною для різних підприємств і її розрахунок пов’язаний з великим об’ємом роботи. Приблизно середнє значення Зпk можна визначити як:

                              (13)

де wпk – питомі витрати електроенергії на k-ому підприємстві. Інформація про величини wпk є на кожному підприємстві, оскільки ця величина є основним показником електроспоживання.

Таким чином, середнє значення Зпk можна визначити за формулою (13), що дозволить спрощено розподілити потужність в умовах її обмеження з урахуванням збитків.

Отже, в ринкових умовах прогнозування максимуму активного навантаження доцільно проводити з урахуванням можливого його зниження в періоди максимальних навантажень енергосистеми, враховуючи при цьому зниження плати за електроенергію з однієї сторони і збитки від недовипуску продукції з іншої. При плануванні основних показників електроспоживання промислових підприємств необхідно враховувати юридично-правові та оперативно-диспетчерські вимоги енергосистеми. В умовах дефіциту потужності в енергосистемі розподіл її проводиться в залежності від рівномірності графіків навантаження підприємств та збитків, зумовлених відключенням частини навантаження підприємств.

Підсумок

Студент повинен знати: що собою являють вимоги енергосистеми до планування електроспоживання та яким чином здійснюється планування розподілу потужності в умовах її дефіциту.

Студент повинен вміти: робити розрахунок лімітів потужності споживачів, розрахунки за електроенергію, яким чином виконується планування розподілу потужності в умовах її дефіциту.

 

Контрольні запитання

1. На які дві групи діляться взаємовідносини між енергосистемою та електроспоживачами в процесі електроспоживання?

2. Які питання відносять до юридично – правової групи?

3. Які питання відносять до оперативно – диспетчерської групи?

4. Що є основними завданнями і функціями енергозбуту?

5. Які основні завдання інспекції по енергозбереженню?

6. Виходячи із чого розраховуються річні ліміти електроенергії?

7. Що включаються в ліміт споживання електроенергії підприємства?

8. Для чого установлюються ліміти електричної потужності?

9. Яким чином виконується розрахунок лімітів потужності споживачів?

10. Яким чином виконуються розрахунки за електроенергію?

11. Що собою являє оперативний дефіцит потужності в енергосистемі?

12. Яким чином виконується планування розподілу потужності в умовах її дефіциту?

Джерела інформації

1. Демов О.Д. Планування електроспоживання промислових підприємств та управління ним. - Вінниця: ²Універсум-Вінниця², 2000. -105с.

 

Глосарій, персоналій

Електроспоживання, споживач, промислове підприємство, енергосистема, ліміти електроенергії та потужності періоди максимальних навантажень енергосистеми, дефіциту потужності, одноставочний тариф, двоставочний тариф, енергозбут, інспекція по енергозбереженню, оперативного дефіциту потужності в енергосистемі.