Введение 3
1 Анализ литературных источников по исследуемой проблеме 8
1.1 Основные цели и задачи повышения энергоэффективности 8
1.2 Алгоритм формирования программы повышения энергоэффективности
на предприятиях 16
1.3 Структура и мероприятия программы энергетической эффективности 19
2. Разработка мероприятий по повышению энергоэффективности в системе электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов 26
2.1 Общие сведения о станциях электрохимзащиты магистральных газопроводов 26
2.2 Характеристика системы электроснабжения станций
электрохимзащиты магистральных газопроводов 29
2.3 Анализ мероприятий по повышению энергоэффективности в системе
электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов 33
3. Технико-экономическое обоснование мероприятий по повышению энергоэффективности в системе электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов 46
3.1 Техническое обоснование мероприятий по повышению
энергоэффективности в системе электроснабжения станций
электрохимзащиты магистральных газопроводов 46
3.2 Экономическое обоснование мероприятий по повышению
энергоэффективности в системе электроснабжения станций
электрохимзащиты магистральных газопроводов 62
Заключение 67
Список используемых источников 70
Энергоэффективность при энергосбережении является одной из важнейших задач современной отечественной и мировой энергетики [1]. Известно, что одна треть мирового потребления энергии приходится на промышленность, и это отношение постоянно увеличивается [2].
Бесспорным является факт, состоящий в том, что повышение энергоэффективности является одним из основных государственных направлений и одной из важнейших задач не только в Российской Федерации, но и во всём мире в целом [29].
Известно, что энергетический ресурс, входящий в раздел затрат предприятия, при правильном методологическом подходе значительно улучшает энергетическую эффективность и уменьшает энергетические затраты [2].
Как показывает практика организации, которые разрабатывают и внедряют программы, повышающие энергетическую эффективность, а также разрабатывают и реализуют мероприятия по модернизации энергоустановок, снижают свои энергетические затраты более чем на 30% [5].
В данном вопросе пристальное внимание уделяется теоретической и методологической базе, связанной с анализом целей, задач, методов и мероприятий для их применения в системах электроснабжения предприятий [5].
Внимание акцентируется на разработках и внедрениях качественного алгоритма формирования программы повышения энергоэффективности на предприятиях [4].
В данном направлении исследованы работы следующих авторов, занимающихся подобными исследованиями: Арутюнян А.А., Булатов И. С., Гуськова Н.Д., Ульянкин О.В., Железко Ю.В., Воротницкий В.В., Макаров Е. Ф., Войтов О. Н., J. Anthony, E. Mills и другие.
Первый магистральный газопровод был запущен в работу 11 сентября 1946 и соединял месторождения газа в Саратовской и Сталинградской областях и Москвой.
После открытия месторождений Сибири, Якутии, и Крайнего сервера появилась необходимость строительства более протяженных магистралей. Для защиты от коррозии стальных труб было решено внедрять ранее успешно применяемый способ сдвига потенциала трубы в отрицательную сторону.
Краснотурьинское ЛПУМГ является транспортной частью производственного комплекса по снабжению природным газом как внутренних потребителей, так и для организации экспорта ископаемых предельных углеводородов. Газотранспортная система же является опасным производственным объектом первого класса (чрезвычайно высокой опасности) по классификации федеральным законом №116 от 21.07.1997 «О промышленной безопасности», поэтому защита от коррозии объектов магистральных газопроводов является одним из основных направлений производственной деятельности газовой промышленности по обеспечению бесперебойной и надежной работы газотранспортной системы Российской Федерации.
Для обеспечения защиты на протяжении всей транспортной магистрали применяются установки катодной защиты (УКЗ), состоящие из комплектной трансформаторной подстанции (КТП УКЗ) и станций катодной защиты. Электроснабжения станции осуществляется через КТП от проходящей вдоль коридора транспортной системы воздушной линии 10 кВ.
В связи с тем, что строительство воздушной линии и монтаж КТП УКЗ производилось в восьмидесятых-девяностых годах прошлого столетия, а капитальные ремонты проводились не регулярно, оборудование КТП и ВЛ на данный момент физически и морально устарело и не соответствуют современным требованиям. И как следствие не способно работать эффективно с точки зрения энергосбережения и экономической эффективности.
В связи с вышесказанным можно сделать вывод о необходимости проведения мероприятий по повышению энергоэффективности электроснабжения установок электрохимзащиты магистральных газопроводов. Следовательно, вопросы, связанные с повышением энергоэффективности систем электроснабжения, которые рассматриваются и исследуются в работе, носят актуальный характер.
Целью диссертационной работы является повышение энергоэффективности системы электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Югорск» Филиал - Краснотурьинское ЛПУМГ за счёт модернизации электрических сетей и оборудования.
Объектом исследования является система электроснабжения предприятия ООО «Газпром трансгаз Югорск» Филиал - Краснотурьинское ЛПУМГ.
Предметом исследования являются система электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов предприятия ООО «Газпром трансгаз Югорск» Филиал - Краснотурьинское ЛПУМГ.
Гипотеза исследования состоит в том, что повышение энергоэффективности системы электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов будет, если:
- внедрять современные энергосберегающие технологии и передовые технические и технологические решения в системах электроснабжения объектов;
- добиться оптимальной загрузки оборудования, в результате чего произвести замену данного оборудования на оборудование меньшей мощности, благодаря чему уменьшатся технические потери электроэнергии в оборудовании;
- использовать современные марки проводников с меньшим удельным сопротивлением, благодаря чему уменьшатся нагрузочные потери электроэнергии;
- использовать современные марки силовых трансформаторов, выбирая их по нагрузочной способности, благодаря чему уменьшаются нагрузочные потери в трансформаторах.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
- провести детальный анализ литературных источников по исследуемой проблеме энергетической эффективности в системах электроснабжения предприятий;
- разработать комплекс мероприятий по повышению энергоэффективности в системе электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов;
- провести технико-экономическое обоснование предложенных мероприятий по повышению энергоэффективности в системе электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов объекта исследования.
При выполнении работы в основном используются аналитический метод и методы расчета электрических цепей.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- показано, что разработанный комплекс мероприятий по повышению энергоэффективности в системе электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов требует комплексного и индивидуального подхода и может использоваться непосредственно в целях энергосбережения объекта исследования и на аналогичных объектах;
- показано, что мероприятия по повышению энергоэффективности в системе электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов эффективны с технической стороны и приводят к существенному повышению технических характеристик, в частности, улучшению надёжности и качества электроэнергии, а также уменьшению технических потерь электроэнергии;
- показано, что мероприятия по повышению энергоэффективности в системе электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов эффективны экономически и приводят к существенной экономии денежных средств за счёт значительного уменьшения энергопотребления и сокращения оплаты за ресурсы.
Теоретическая значимость работы заключается в применении основных теоретических положений разработанного комплекса мероприятий по повышению энергоэффективности в системе электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов, в системах
электроснабжения аналогичных объектов.
Практическая значимость работы заключается в непосредственном применении полученных результатов на предприятии ООО «Г азпром трансгаз Югорск» Филиал - Краснотурьинское ЛПУМГ с целью повышения энергоэффективности путём снижения потерь электроэнергии в системе электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов данного предприятия. Результаты работы могут быть использованы в системах электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов.
В результате выполнения работы обоснована необходимость повышения энергоэффективности системы электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Югорск» Филиал - Краснотурьинское ЛПУМГ.
Для выбора комплекса мероприятий по повышению энергоэффективности системы электроснабжения станций электрохимзащиты магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Югорск» Филиал - Краснотурьинское ЛПУМГ проведен анализ нормативной, технической и научной информации, касающийся способов решения аналогичных проблем. При этом выявлено:
- в данном вопросе пристальное внимание уделяется теоретической и методологической базе, связанной с анализом целей, задач, методов и типов мероприятий для их обоснованного применения в системах электроснабжения предприятий;
- при разработке программ энергосбережения на предприятиях рекомендуется применять комплексный подход, включающий проведение энергетического аудита, энергоменеджмента, разработку проекта, привлечение инвестиций, получение результата и мониторинг данных;
- имеется базовый алгоритм анализа энергетического комплекса и типовая структура программы энергетической эффективности предприятий, которых целесообразно придерживаться на стадии разработки проекта;
- на стадии внедрения программы энергосбережения на предприятии, следует выделять группы организационных и технических мероприятий.
Проведен анализ электрооборудования станций электрохимзащиты магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Югорск» Филиал - Краснотурьинское ЛПУМГ, в ходе которого выявлены ключевые элементы и проблемные места, имеющиеся в системе электроснабжения объекта исследования. В частности констатировано:
- для осуществления электрохимзащиты магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Югорск» Филиал - Краснотурьинское ЛПУМГ применяются три блок-бокса серий БСКЗ-Э и БСКЗ;
- для организации питания станций электрохимзащиты применяются устаревшие проводники марки АС, выработавшие свой ресурс и находящиеся в аварийном состоянии;
- на трансформаторных подстанциях объекта исследования применяются завышенные типономиналы силовых трансформаторов.
На основе проведенного анализа сделан выбор о разработке мероприятий по повышению энергоэффективности объекта, имеющих технический характер. В частности предложено:
- произвести замену устаревших и изношенных воздушных линий ВЛ¬10 кВ на инновационные проводники марки СИП, обладающие более высокой надёжностью, практичностью, электробезопасностью, удобством монтажа и качеством, а также меньшим удельным сопротивлением по сравнению с проводами марки АС;
- заменить силовые масляные трансформаторы ТМ-100/10 на ТСЗ- 25/10, что позволить повысить их коэффициенты загрузки и снизить потери электроэнергии на холостой ход.
Проведена технико-экономическая оценка предложенных технических мероприятий по повышению энергоэффективности, в ходе которой установлено:
- потери активной мощности после проведённой реконструкции уменьшаться на 2458372 кВт, что составит 23,6 % от значения потерь мощности до проведения реконструкции в процентном отношении;
- потери электроэнергии после проведённой реконструкции на одной ТП-10/0,4 кВ с учётом количества трансформаторов уменьшаться на 3508347,2 кВт-ч, что составляет 43,7 %;
- суммарные потери активной электроэнергии после проведённой реконструкции на всех ТП-10/0,4 кВ уменьшаться на 10525041,6 кВт-ч, что составит 43,7 %;
- суммарный экономический эффект в долгосрочной перспективе от внедрения мероприятий по повышению энергоэффективности составит 61411,5 тыс. руб.
Полученные результаты свидетельствуют о повышении энергоэффективности системы электроснабжения и станции электрохимзащиты в целом. Таким образом, цель данной выпускной квалификационной работы достигнута.
Учитывая полученные результаты, на основе положений и рекомендаций нормативных документов, можно сделать вывод, что данные мероприятия экономически эффективны и целесообразны. Следовательно, они могут быть рекомендованы для применения на объекте исследования, а также на аналогичных объектах, в долгосрочной перспективе. Что свидетельствует о практической значимости результатов работы.
1. Арутюнян А.А. Основы энергосбережения. Методы расчета и анализа потерь электроэнергии, энергетическое обследование и энергоаудит, способы учета и снижения потерь, экономический эффект - М: Энергосервис, 2017. 621 с.
2. БСКЗ-Э. ООО «Озёрский завод энергоустановок». Режим доступа: https://www.ozeu.ru/catalog/ehz/bskz-e.shtml Дата обращения: 12.12.2021
3. Булатов И. С. Энергосбережение в промышленности - И.С. Булатов. - М.: Мир, 2012. 148 с.
4. Войтов О. Н. Алгоритмы оценки потерь электроэнергии в электрической сети и их программная реализация. - Электричество. 2015. № 10.
5. Воротницкий В.Э. Потери электроэнергии в электрических сетях: анализ и опыт снижения - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2016. - 104 с.
6. Воротницкий В.Э. Расчет, нормирование и снижение потерь электроэнергии в электрических сетях. Уч. - метод. пособ. - М.: ИПК. 2014.
7. Гордеев А. С., Огородников Д.Д., Юдаев И.В. Энергосбережение в сельском хозяйстве. Учебное пособие - М.: Лань, 2014. - 400 c.
8. Железко Ю. С. Минимизация потерь электроэнергии в электрических сетях. Программное обеспечение расчетов. - Электрические станции. 2015. № 9.
9. Железко Ю. С. Методы и модели расчёта и снижения потерь электроэнергии в сетях 0,38-220 кВ. - Электрические станции. 2017. № 3.
10. Лисенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладышев М.Г. Хрестоматия Энергосбережения - М.: Гостехиздат, 2015. 439 с.
11. Макаров Е. Ф. Резервы снижения потерь электроэнергии в распределительных сетях. - Электрические станции. - 2017. - № 3.
12. Меркер Э. Э. Энергосбережение в промышленности и эксергетический анализ технологических процессов. Учебное пособие - М.: Высшая школа, 2014. 316 c.
13. ООО «Газпром трансгаз Югорск». Режим доступа: https://yugorsk- tr.gazprom.ru/ Дата обращения: 12.12.2021
14. Основы энергосбережения промышленных предприятий. - М.:
Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005. 971 с.
15. Правила устройства электроустановок. - М.: Главгосэнергонадзор России, 2016. 692 с.
16. Самарин О. Д. Технико-экономические основы теплотехнической безопасности и энергосбережения в зданиях и сооружениях - М.: МГСУ, 2007. 160 c.
17. Самарин О. Д. Энергосбережение. Энергоэффективность - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2011. 296 c.
18. Свидерская О. В. Основы энергосбережения - М.: ТетраСистемс, 2009. 176 c.
19. Семенов В.С. Основы энергосбережения - М.: Книга по Требованию, 2013. 259 c.
20. Сибикин Ю. Д, Сибикин М.Ю. Технология энергосбережения. Энергоэффективность - М.: Форум, 2012. 352 с.
21. Сибикин Ю. Д. Электроснабжение. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2017. 328 c.
22. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: ЭНАС, 2018. 312 с.
23. СТО 56947007-29.240.30.010-2008. «Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кВ. Типовые решения». [Электронный ресурс]: URL: https://www.twirpx.com/file/24666/ (дата обращения: 12.04.2022).
24. СТО Газпром 398.45.4037.5-2002. Требования к обеспечению запаса мощности силовых трансформаторов ЭХЗ - Электронная библиотека Газпром, 2002. 127 с.
25. Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ (ред. от 29.07.2017) «Об энергосбережении, повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
26. Шеховцов В. П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению. - М.: Форум, Инфра. 2015. 136 с.
27. Энергетическая стратегия РФ на период до 2035 года.
Распоряжение Правительства РФ от 9 июня 2020 г. № 1523-р - М.:
Министерство энергетики, 2020. 142 с.
28. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. ГОСТ Р 51387-99. - Л.: Энергия, 2014. 201 с.
29. Copley P. Marketing Communications Management: Concepts and Theories, Cases and Practices. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2014. 441 p.
30. Hirsch J.E. An Index to Quantify an Individual's Scientific Research Output that Takes into Account the Effect of Multiple Co-authorship. Scientometrics, 2020, vol. 85, no. 3, pp. 741-754. doi: 10.1007/s11192-010-0193-9
31. Lezhniuk P., Netrebskiy V., Teptia V., Vydmysh V. Hamilton’s Principle as the Method of Self-Optimization Electric Systems. Nauka i Studia. Przemysl. 2019. №5 (136). Р. 63-69. ISSN 1561-6894.
32. Lezhnyuk P.D., Petrushenko O.J., Petrushenko J.V. Approximation of implicitly expressed optimality criteria by pozynom and analysis of their sensitivity. Materials digest of the XXXIX international Research and Practice Conference “Physico-mathematical and technical sciences as postindustrial foundation of the informational society evolution”. London, 2018. Р. 23-26.
33. Potter E.H. Branding Canada. Projecting Canada’s Soft Power through Public Diplomacy. Montreal: McGill-Queen’s University Press, 2019. 464 p.