Помощь студентам в учебе
Повышение энергоэффективности компрессорной станции
|
Введение 3
1 Анализ эксплуатационных режимов и особенностей работы
электрооборудования компрессорной станции 7
1.1 Характеристика компрессорной станции 7
1.2 Определение расчетной нагрузки подстанции 10
2 Разработка системы мероприятий по повышению энергоэффективности
компрессорной станции 17
2.1 Анализ мероприятий по повышению энергоэффективности
предприятий 17
2.2 Принцип действия и анализ характеристик устройств компенсации
реактивно мощности 20
2.3 Расчет параметров устройств компенсации реактивной мощности .. 40
3 Технико-экономическая оценка мероприятий по повышению
энергоэффективности компрессорной станции 50
3.1 Расчет затрат 50
3.2 Расчет экономического эффекта 53
3.3 Расчет срока окупаемости 56
Заключение 69
Список используемых источников
1 Анализ эксплуатационных режимов и особенностей работы
электрооборудования компрессорной станции 7
1.1 Характеристика компрессорной станции 7
1.2 Определение расчетной нагрузки подстанции 10
2 Разработка системы мероприятий по повышению энергоэффективности
компрессорной станции 17
2.1 Анализ мероприятий по повышению энергоэффективности
предприятий 17
2.2 Принцип действия и анализ характеристик устройств компенсации
реактивно мощности 20
2.3 Расчет параметров устройств компенсации реактивной мощности .. 40
3 Технико-экономическая оценка мероприятий по повышению
энергоэффективности компрессорной станции 50
3.1 Расчет затрат 50
3.2 Расчет экономического эффекта 53
3.3 Расчет срока окупаемости 56
Заключение 69
Список используемых источников
В настоящее время большинство промышленных предприятий заинтересованы в разработке собственной программы энергосбережения и повышения энергоэффективности задействованного в технологическом процессе оборудования. Это в полной мере относится к Перегребненскому линейному производственному управлению магистральных газопроводов (филиал ООО Газпром Трансгаз Югорск). В ведении этой организации находится компрессорная станция, электрооборудование которой, используемое при транзите газа на дальние расстояния, является весьма энергозатратным.
Для выполнения функции по компримированию природного газа станция оснащена семью газоперекачивающими агрегатами по 32 МВт. Проектная мощность станции - 224 МВт.
Характеристики агрегата газоперекачивающего ГПА-32 «Ладога»:
Напряжение - 380/220 В (основные вводы);
Потребляемые мощности: при предпусковой подготовке - 421 кВт; при пуске - 392 кВт; при работе - 317 кВт; при останове - 350 кВт; работа при электроснабжении от аварийного источника КС - 318 кВт.
Максимальный объем потребляемой реактивной мощности компрессорной станцией, на данный момент, превышает 4000 квар.
«Наиболее распространенными электроприемниками на предприятиях являются электродвигатели и система освещения, вентильные преобразователи и электротермические установки» [3].
Отклонение напряжения негативно сказывается на работе асинхронных двигателей. Так, при снижении напряжения повышается потребляемый ток, что приводит к чрезмерному нагреву и износу изоляции, что в свою очередь, снижает срок службы асинхронного двигателя. Также, пониженное напряжение приводит к снижению частоты вращения двигателя. В случае работы асинхронного двигателя при пониженном напряжении и полной загрузке может произойти «опрокидывание» двигателя, другими словами, его остановка, что приводит к его повреждениям. «Остановка будет вызвана, в данном случае, с превышением момента сопротивления механизма по сравнению с вращающим моментом. В то же время, повышенное напряжение приводит в повышенному потреблению реактивно мощности, что является причиной повышенных потерь электрической энергии в распределительных сетях» [4].
С учетом того, что уровень напряжения подвержен колебаниям, возникает необходимость контроля потребления реактивной мощности в энергосистеме. «Причем, контроль должен проводиться в различных точках системы электроснабжения предприятия» [5]. Таким образом, для обеспечения надлежащего качества электроэнергии необходимо контролировать и поддерживать на определенном уровне не только параметры напряжения, но и тока (такие как потребление реактивной мощности, коэффициент мощности и ряд других параметров) [29], [30], [31].
В Федеральном законе «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» (№ 261-ФЗ от 23.11.2009 г.), термин «энергосбережение» определен как «реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг)». Здесь же дано определение энергетической эффективности - «характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта, применительно к продукции, технологическому процессу, юридическому лицу, индивидуальному предпринимателю».
Как известно, «мероприятия по энергосбережению, в том числе и мероприятия по снижению потерь электроэнергии, можно разделить на две группы [2]:
- Организационные мероприятия. В эту группу входят мероприятия, не требующие капитальных затрат. Для снижения потерь электроэнергии эффективными являются: выравнивание несимметричных нагрузок, стабилизация уровня напряжения, загрузка силовых трансформаторов в оптимальных значениях и т.д.
- Технические мероприятия. В эту группу входят мероприятия, требующие капитальных затрат» [21].
На данной момент на предприятии нет полного понимания того, какие именно мероприятия позволят повысить энергоэффективность компрессорной Перегребненской станции и получат обоснование с экономической точки зрения. Этот факт определяет цель и актуальность темы данной работы.
Учитывая номенклатуру и энергозатратность установленного на компрессорной станции электрооборудования обеспечить энергоэффективность данного объекта, можно за счет проведения технических мероприятий, то есть за счет применения энергосберегающих технических средств. Например, за счет установки на ГНИ объекта устройств компенсации потребляемой реактивной мощности [1], [8], [9].
Цель исследования - повышение энергоэффективности компрессорной станции в Перегребненском ЛПУМГ (филиал ООО Газпром Трансгаз Югорск) за счет разработки технических мероприятий.
Объектом исследования в представленной работе является компрессорная станция «Перегребненская».
Предметом исследования - электрооборудование компрессорной станции «Перегребненская».
В соответствии с поставленной целью в работе планирует решение следующих задач:
- анализ эксплуатационных режимов и особенностей работы электрооборудования компрессорной станции;
- анализ перспективных технических решений по повышению энергоэффективности компрессорной станции;
- технико-экономическая оценка мероприятий по повышению энергоэффективности компрессорной станции.
Теоретико-методологическую основу исследования составили работы Акуловой Я.Н., Ливчак В.И., Резникова М.Б., а также федеральные законы и нормативные акты.
Базовыми для настоящего исследования явились также: учебные пособия, электронные библиотеки, материалы научных конференций и семинаров, диссертационные исследования, интернет-ресурсы.
Методы исследования: систематизация, классификация, выборка и сравнения полученных результатов, методы инженерного проектирования, методы инструментального исследования.
Опытно-экспериментальная база исследования заключается в сборе, систематизации и анализе данных по потреблению энергии компрессорной станцией, диссертационные исследования, направленные на определение классов энергоэффективности зданий и сооружений.
Научная новизна исследования заключается в доказательстве необходимости внедрения устройства компенсации реактивной мощности УКРМ-10,5-600.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что снижение полной потребляемой мощности позволит повысит пропускную способность питающей и распределительной сети, а также понизить потери электрической энергии в силовых трансформаторах и кабельных линиях.
Практическая значимость исследования заключается в том, что в диссертации предложены базовые мероприятия, которые позволят существенно повысить эффективность системы КС и могут быть использованы в любом проекте по повышению энергетической эффективности.
Для выполнения функции по компримированию природного газа станция оснащена семью газоперекачивающими агрегатами по 32 МВт. Проектная мощность станции - 224 МВт.
Характеристики агрегата газоперекачивающего ГПА-32 «Ладога»:
Напряжение - 380/220 В (основные вводы);
Потребляемые мощности: при предпусковой подготовке - 421 кВт; при пуске - 392 кВт; при работе - 317 кВт; при останове - 350 кВт; работа при электроснабжении от аварийного источника КС - 318 кВт.
Максимальный объем потребляемой реактивной мощности компрессорной станцией, на данный момент, превышает 4000 квар.
«Наиболее распространенными электроприемниками на предприятиях являются электродвигатели и система освещения, вентильные преобразователи и электротермические установки» [3].
Отклонение напряжения негативно сказывается на работе асинхронных двигателей. Так, при снижении напряжения повышается потребляемый ток, что приводит к чрезмерному нагреву и износу изоляции, что в свою очередь, снижает срок службы асинхронного двигателя. Также, пониженное напряжение приводит к снижению частоты вращения двигателя. В случае работы асинхронного двигателя при пониженном напряжении и полной загрузке может произойти «опрокидывание» двигателя, другими словами, его остановка, что приводит к его повреждениям. «Остановка будет вызвана, в данном случае, с превышением момента сопротивления механизма по сравнению с вращающим моментом. В то же время, повышенное напряжение приводит в повышенному потреблению реактивно мощности, что является причиной повышенных потерь электрической энергии в распределительных сетях» [4].
С учетом того, что уровень напряжения подвержен колебаниям, возникает необходимость контроля потребления реактивной мощности в энергосистеме. «Причем, контроль должен проводиться в различных точках системы электроснабжения предприятия» [5]. Таким образом, для обеспечения надлежащего качества электроэнергии необходимо контролировать и поддерживать на определенном уровне не только параметры напряжения, но и тока (такие как потребление реактивной мощности, коэффициент мощности и ряд других параметров) [29], [30], [31].
В Федеральном законе «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» (№ 261-ФЗ от 23.11.2009 г.), термин «энергосбережение» определен как «реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг)». Здесь же дано определение энергетической эффективности - «характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта, применительно к продукции, технологическому процессу, юридическому лицу, индивидуальному предпринимателю».
Как известно, «мероприятия по энергосбережению, в том числе и мероприятия по снижению потерь электроэнергии, можно разделить на две группы [2]:
- Организационные мероприятия. В эту группу входят мероприятия, не требующие капитальных затрат. Для снижения потерь электроэнергии эффективными являются: выравнивание несимметричных нагрузок, стабилизация уровня напряжения, загрузка силовых трансформаторов в оптимальных значениях и т.д.
- Технические мероприятия. В эту группу входят мероприятия, требующие капитальных затрат» [21].
На данной момент на предприятии нет полного понимания того, какие именно мероприятия позволят повысить энергоэффективность компрессорной Перегребненской станции и получат обоснование с экономической точки зрения. Этот факт определяет цель и актуальность темы данной работы.
Учитывая номенклатуру и энергозатратность установленного на компрессорной станции электрооборудования обеспечить энергоэффективность данного объекта, можно за счет проведения технических мероприятий, то есть за счет применения энергосберегающих технических средств. Например, за счет установки на ГНИ объекта устройств компенсации потребляемой реактивной мощности [1], [8], [9].
Цель исследования - повышение энергоэффективности компрессорной станции в Перегребненском ЛПУМГ (филиал ООО Газпром Трансгаз Югорск) за счет разработки технических мероприятий.
Объектом исследования в представленной работе является компрессорная станция «Перегребненская».
Предметом исследования - электрооборудование компрессорной станции «Перегребненская».
В соответствии с поставленной целью в работе планирует решение следующих задач:
- анализ эксплуатационных режимов и особенностей работы электрооборудования компрессорной станции;
- анализ перспективных технических решений по повышению энергоэффективности компрессорной станции;
- технико-экономическая оценка мероприятий по повышению энергоэффективности компрессорной станции.
Теоретико-методологическую основу исследования составили работы Акуловой Я.Н., Ливчак В.И., Резникова М.Б., а также федеральные законы и нормативные акты.
Базовыми для настоящего исследования явились также: учебные пособия, электронные библиотеки, материалы научных конференций и семинаров, диссертационные исследования, интернет-ресурсы.
Методы исследования: систематизация, классификация, выборка и сравнения полученных результатов, методы инженерного проектирования, методы инструментального исследования.
Опытно-экспериментальная база исследования заключается в сборе, систематизации и анализе данных по потреблению энергии компрессорной станцией, диссертационные исследования, направленные на определение классов энергоэффективности зданий и сооружений.
Научная новизна исследования заключается в доказательстве необходимости внедрения устройства компенсации реактивной мощности УКРМ-10,5-600.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что снижение полной потребляемой мощности позволит повысит пропускную способность питающей и распределительной сети, а также понизить потери электрической энергии в силовых трансформаторах и кабельных линиях.
Практическая значимость исследования заключается в том, что в диссертации предложены базовые мероприятия, которые позволят существенно повысить эффективность системы КС и могут быть использованы в любом проекте по повышению энергетической эффективности.
В соответствии с поставленной целью в работе произведено решение следующих задач:
- проведен анализ эксплуатационных режимов и особенностей работы электрооборудования компрессорной станции;
- разработана система мероприятий по повышению энергоэффективности компрессорной станции;
- проведена технико-экономическая оценка мероприятий по повышению энергоэффективности компрессорной станции.
При решении первой задачи выявлено, что технологический процесс газоперекачивающей компрессорной станции «Перегребненская»
сопровождается потреблением реактивной мощности в объеме 4376,5 квар. Внедрение установок компенсации реактивной мощности позволит повысить
В результате решения второй задачи на основе проведенных расчетов определено, что значение коэффициента реактивной мощности ниже оптимального - фактический косинус углаф (cosp)составил 0,86, в то время как нормативное значение для сетей 10 кВ составляет - 0,928.
Для повышения коэффициента реактивной мощности принято решение установить две установки УКРМ, мощностью @КУ =600 квар, напряжением 10,5 кВ, что по позволит снизить потребление реактивной мощности с 4376,5 квар до 2966,0 квар. То есть, снижение потребления реактивной мощности составит 1410,5 квар. В результате установки двух устройств УКРМ-600-10,5 значение фактического косинуса угла ф (cosp)будет составлять 0,93, что отвечает требуемым значениям.
Снижение полной потребляемой мощности позволит повысить пропускную способность питающей и распределительной сети, а также понизить потери электрической энергии в силовых трансформаторах и кабельных линиях сети электроснабжения газоперекачивающей станции.
На основе проведенных расчетов установлено, что для реализации проекта по компенсации реактивной мощности на газоперекачивающей компрессорной станции «Перегребненская» потребуется 508 тыс. руб. В тоже время, данное мероприятие позволит снизить затраты на электрическую энергию в размере 1221 тыс. руб.
Оптимистический сценарий подразумевает срок окупаемости 1,7 года. Пессимистический сценарий подразумевает срок окупаемости 2,3 года. Наиболее реальный сценарий подразумевает срок окупаемости 1,9 года. На основании проведенных расчетов было определено, что при любых сценариях развития событий, внедрение устройств компенсации реактивной мощности принесет прибыль.
В результате можно сделать вывод, что выбранные устройства - эффективные и рекомендуются к установке на реальном объекте. Таким образом, в результате выполнения работы достигнута цель исследования - повышение энергоэффективности компрессорной станции в Перегребненском ЛПУМГ (филиал ООО Газпром Трансгаз Югорск) за счет разработки технических мероприятий.
Предполагаемая практическая значимость работы состоит в применимости разработанных мероприятий для других подобных объектов.
- проведен анализ эксплуатационных режимов и особенностей работы электрооборудования компрессорной станции;
- разработана система мероприятий по повышению энергоэффективности компрессорной станции;
- проведена технико-экономическая оценка мероприятий по повышению энергоэффективности компрессорной станции.
При решении первой задачи выявлено, что технологический процесс газоперекачивающей компрессорной станции «Перегребненская»
сопровождается потреблением реактивной мощности в объеме 4376,5 квар. Внедрение установок компенсации реактивной мощности позволит повысить
В результате решения второй задачи на основе проведенных расчетов определено, что значение коэффициента реактивной мощности ниже оптимального - фактический косинус углаф (cosp)составил 0,86, в то время как нормативное значение для сетей 10 кВ составляет - 0,928.
Для повышения коэффициента реактивной мощности принято решение установить две установки УКРМ, мощностью @КУ =600 квар, напряжением 10,5 кВ, что по позволит снизить потребление реактивной мощности с 4376,5 квар до 2966,0 квар. То есть, снижение потребления реактивной мощности составит 1410,5 квар. В результате установки двух устройств УКРМ-600-10,5 значение фактического косинуса угла ф (cosp)будет составлять 0,93, что отвечает требуемым значениям.
Снижение полной потребляемой мощности позволит повысить пропускную способность питающей и распределительной сети, а также понизить потери электрической энергии в силовых трансформаторах и кабельных линиях сети электроснабжения газоперекачивающей станции.
На основе проведенных расчетов установлено, что для реализации проекта по компенсации реактивной мощности на газоперекачивающей компрессорной станции «Перегребненская» потребуется 508 тыс. руб. В тоже время, данное мероприятие позволит снизить затраты на электрическую энергию в размере 1221 тыс. руб.
Оптимистический сценарий подразумевает срок окупаемости 1,7 года. Пессимистический сценарий подразумевает срок окупаемости 2,3 года. Наиболее реальный сценарий подразумевает срок окупаемости 1,9 года. На основании проведенных расчетов было определено, что при любых сценариях развития событий, внедрение устройств компенсации реактивной мощности принесет прибыль.
В результате можно сделать вывод, что выбранные устройства - эффективные и рекомендуются к установке на реальном объекте. Таким образом, в результате выполнения работы достигнута цель исследования - повышение энергоэффективности компрессорной станции в Перегребненском ЛПУМГ (филиал ООО Газпром Трансгаз Югорск) за счет разработки технических мероприятий.
Предполагаемая практическая значимость работы состоит в применимости разработанных мероприятий для других подобных объектов.