Расчет экономичности схемы электроснабжения

Расчет экономичности схемы электроснабжения

Список используемых источников 22

Современные крупные и средние промышленные предприятия потребляют большое количество энергии в её различных формах. Для многих электроёмких производств в структуре используемых энергоносителей доминирующую роль играет электрическая энергия, которая наряду с газом, продуктами нефте- и углепереработки, горячей водой и паром является основой формирования в энергобалансе предприятий. Общая величина электропотребления складывается не только из расходов электроэнергии на основные и вспомогательные технологические процессы, но включает также расходы на общепроизводственные цели, на освещение, отопление, вентиляцию, хозяйственно-бытовые нужды и потери при передачи и распределении энергии. Кроме того, системы электроснабжения промышленных предприятий часто обеспечивают отпуск электроэнергии сторонним потребителям в районе своего размещения. Таким образом, на базе промышленных предприятий формируются крупные нагрузочные узлы, максимальная нагрузка которых может достигать нескольких сотен мегаватт, а основным источником их электроснабжения, как правило являются системообразующие и распределительные линии электропередач и подстанции электроэнергетических систем (ЭЭС).

Системы электроснабжения представляют собой сложный комплекс сооружений и оборудования, требующий значительных затрат средств как капитальных, при их создании, так и текущих, при их эксплуатации и обслуживании. Так, в структуре основного капитала предприятий доля стоимости основных фондов систем электроснабжения, включающая электрооборудование потребляющих установок, для наиболее электроёмких производств может достигать 25-30%. А энергетическая составляющая себестоимости продукции, включающая стоимость покупной электроэнергии, эксплуатационные затраты на ремонт и обслуживание электроустановок, может составлять 50-60% и более (например, при производстве алюминия). Таким образом, системы электроснабжения оказывают существенное влияние на экономику предприятий, а их рациональное построение и эксплуатация, использование энергосберегающих технологий являются необходимым условием повышения конкурентоспособности производимой продукции. Именно с таких позиций следует рассматривать сегодня вопросы проектирования и эксплуатации этих систем.

Проектирование систем электроснабжения в современных экономических условиях, характеризующихся многообразием форм собственности, свободой выбора целей и средств их достижения хозяйствующими субъектами, должно выполняться на основе принципов и методов, адекватных этим условиям. В настоящее время происходит переход к новым для России, но широко и успешно используемым в развитых странах, формам организации и технологиям проектирования, основанным на концепциях и методологии «Управления проектами» и «Инвестиционного проектирования».

До принятия решения об осуществлении проекта необходимо рассмотреть его различные аспекты на протяжении всего периода жизненного цикла. Для этого проводятся прединвестиционные исследования, включающие следующие виды проектного анализа: технический, коммерческий, финансовый, экономический, организационный, социальный и экологический. Основной целью такого анализа является оценка жизнеспособности проекта на основе предварительного определения его коммерческой и экономической эффективности и финансовой реализуемости.

В настоящей работе крупное промышленное предприятие рассматривает возможность существенного увеличения производства. Предварительный маркетинговый анализ определяет благоприятные перспективы для производства и сбыта продукции предприятия как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Однако увеличение объёмов производства и продаж требует повышения конкурентоспособности продукции. Для этого предполагаются ликвидация некоторых устаревших производств, частичная реконструкция действующих мощностей и существенное расширение предприятия путём строительства трёх новых корпусов, оснащённых более совершенной технологией и оборудованием. Принято решение об организации разработки проекта расширения и реконструкции предприятия. Так как продукция предприятия имеет высокую электроёмкость, то в рамках проекта выдвигается подпроект расширения и реконструкции системы электроснабжения, охватывающий все внутренние сети и электроустановки предприятия. Что касается схемы внешнего электроснабжения, то ситуация здесь характеризуется следующим образом. Питание предприятия осуществляется по линиям 110 и 35 кВ от сетей и подстанций энергосистемы. К настоящему времени питающие линии, находящиеся в эксплуатации более 30 лет, имеют высокую степень износа, а часть линий 35кВ, выполненных на деревянных опорах, подлежат демонтажу. Кроме того, с шин 10 кВ подстанций предприятия осуществляется электроснабжение потребителей прилегающего района. В связи с расширением предприятия ожидаются развитие социально-бытовой сферы и рост нагрузок мелких промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых потребителей района расположения предприятия. Для обеспечения надежного электроснабжения и перспективного уровня собственного электропотребления предприятия и сторонних потребителей, предполагается строительство новых ЛЭП и главной понижающей подстанции (ГПП).

1 Описательная часть

Область применения технико-экономических расчетов в энергетике очень широка. Они связаны как с проведением проблемных энергоэкономических исследований и разработкой стратегии развития энергетики, так и с решением частных энергетических задач.

К крупным, глобальным проблемам в энергетике нужно отнести следующие: определение перспектив развития всего топливно-энергетического комплекса страны; выявления эффективных направлений развития энергетических систем (электроэнергетической, системы газо -, нефте -углеснабжения, ядерной энергетике); прогнозирование энергетических и экономических показателей развития; установление оптимального уровня концентрации, централизации и комбинирования в энергетике. Решение таких проблем предполагает учет перспективы развития на 10-15 лет вперед.

Кроме того, существует много более узких, частных, конкретных технико-экономических задач, относящихся к нижнему иерархическому уровню управления энергетикой. Эти задачи решаются, как правило, в проектных, научно-исследовательских организациях энергетического и отраслевого профиля и даже на уровне предприятия. К ним могут быть отнесены: обоснование перспективных схем энергоснабжения района; выбор вариантов развития энергетического объекта; выбор рациональных энергоносителей для различных процессов во всех отраслях народного хозяйства; обоснование эффективности, создания и внедрения новых технологий с учетом разных требований к энергетике; определение оптимальных потерь и экономической плотности тока в электропередачах; решение вопросов реконструкции и модернизации оборудования; обоснование мероприятий по экономии теплоты, электроэнергии и топлива, а также уровня использования вторичных энергоресурсов; сопоставление многообразных вариантов различных

технических решений; обоснование оптимальных сроков службы основных фондов; выбор вида топлива и др.

Все виды технико-экономических задач в энергетике можно распределить на два уровня: системные и децентрализованные, связанные с обоснованием конкретных решений.

Важной особенностью технико-экономических расчетов в энергетике является наличие количественной и качественной взаимосвязи между задачами различного уровня. Необходимость такой взаимосвязи вытекает из того, что энергетика — это комплекс взаимосвязанных систем, состоящих из энергетических объектов, объединенных для обеспечения народного хозяйства всеми видами энергии. Изменение в каком-либо одном элементе энергетического хозяйства вызывают изменения во всем комплексе. Поэтому энергетика должна изучаться с позиции комплексного метода исследований.

В энергетике невозможно изолированно решать технико-экономические вопросы. Наличие системных связей, широкой взаимозаменяемости между всеми видами энергии, неразрывность процессов производства энергии и ее потребления ведет к необходимости согласовывать децентрализованные и централизованные решения. Это выражается в решении любой частной задачи на основе комплексно-энергетического метода, в приведении вариантов к равному энергетическому эффекту.

Комплексно-экономический метод при сравнение вариантов предполагает, что технико-экономические расчеты и анализ должны учитывать не только затраты собственно в энергетический объект, но и все смежные затраты, которые несёт народное хозяйство при осуществлении данного варианта.

Особенность этого метода заключается в технико-экономическом изучении каждого звена энергетического хозяйства во взаимосвязи с другими звеньями, т.е. всесторонне учитывается влияние принимаемых решений на всё энергетическое хозяйство.

Затраты по вариантам должны формироваться в соответствии со структурой энергетической цепи. Определение капитальных вложений и ежегодных издержек производства в сравниваемых вариантах должно проводиться исходя из сопоставимого уровня цен и равной достоверности исходных материалов. Варианты должны удовлетворять потребителей продукцией одинакового качества, объема, состава, места и времени её возникновения при равной степени её надежности и качества, удовлетворяющем требованиям ГОСТа. Эти принципы обеспечивают экономическую сопоставимость вариантов.

В общем виде приведение вариантов к одинаковому экономическому эффекту означает нахождение таких сочетаний проектных вариантов, которые обеспечивали бы достижение одинакового эффекта у потребителя.

В нашем случае технико-экономические расчеты позволяют выбрать наиболее экономичный вариант электроснабжения в результате сравнения двух технически приемлемых и дающих одинаковый энергетический эффект, вариантов по их важнейшим экономическим показателям: капитальным затратам и ежегодным издержкам производства. Варианты сравнивают по приведенным годовым затратам Зг. Если сравниваемые варианты обеспечивают одинаковую надежность электроснабжения:

где Ен — нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;

К- Капиталовложения, тыс.руб.;

Иг — ежегодные издержки производства, тыс.руб.

Наиболее экономичен из числа сравниваемых вариант с наименьшими годовыми затратами.

При сравнении двух вариантов наиболее экономичный из них можно определить путем сопоставления расчетного и нормативного сроков окупаемости капиталовложений.

Расчетный срок окупаемости:

где К1. К2 — капиталовложения по первому и второму вариантам, тыс.руб;

И12 — ежегодные издержки производства по первому и второму вариантам, тыс.руб.

Нормативный срок окупаемости:

При Т=Тн — варианты экономически равноценны, при Т<Тн экономичнее второй вариант, при Т>Тн экономичнее первый вариант.

Для выявления наиболее экономичного варианта капиталовложения с достаточной степенью точности можно подсчитать по укрупненным показателям (стоимость ячейки РУ, подстанции, 1 км электрической линии и т.п.).

Капиталовложения в электрические сети при питании от энергосистемы в общем случае определяются как:

— суммарные капиталовложения на сооружение электрических линий, тыс.руб.;

— суммарные капиталовложения на сооружение подстанций, тыс.руб.;

Кя — суммарные капиталовложения на сооружение ячейки РУ в точке питания, тыс.руб.;

Кд — дополнительные капиталовложения, тыс.руб.

Ежегодные издержки производства, представляющие собой сумму всех отчислений и расходов, связанных с эксплуатацией данной электроустановки, для каждого звена электрической сети:

где Иа — амортизационные отчисления на восстановление (реновацию) и капитальный ремонт оборудования, тыс.руб.;

Иэ — расходы на эксплуатацию, включающие заработную плату, общесетевые расходы и расходы на текущий ремонт, тыс.руб.;

Ип — стоимость потерянной электроэнергии, тыс.руб.

где Ра% — норма амортизационных отчислений, %

— годовые расходы на обслуживание одной условной единицы, руб/у.е.;

nу.е. — число условных единиц, которыми оценивается данный элемент электроустановки, у.е.

=35 руб/у.е.- по /1, 329/

Ежегодные издержки на покрытие потерь электроэнергии в звеньях электрической сети:

а) в электрической линии

где Smax — максимальная мощность линии, кВА;

Uн — номинальное напряжение расчетного звена электрической сети, кВ;

rо — удельное активное сопротивление электрической сети, Ом/км;

l- длина электрической линии, км;

— время максимальных потерь, ч/год;

Цл — удельные затраты на возмещение потерь электроэнергии в линии, коп/кВт*ч.

б) в трансформаторе

где Smax — максимальная мощность трансформатора, кВА;

— потери короткого замыкания, кВт;

— потери холостого хода, кВт;

Sнт — номинальная мощность трансформатора, кВА;

— время максимальных потерь, ч/год;

t- число часов работы трансформатора за год, ч;

Цт — удельные затраты на возмещение потерь электроэнергии в линии, коп/кВт*ч.

Если приведенные годовые затраты по сравниваемым вариантам отличаются не более чем на 5%, то принимается к исполнению вариант, имеющий преимущества технического характера.

Превышение годовых затрат по второму варианту:

в процентах к затратам по первому варианту:

2 Расчётная часть

2.1 Технико-экономический расчёт вариантов

Выбирается для сравнения два варианта проектирования участка электроснабжения (рис. 1, 2),на странице 20-21.

Рассматривается два варианта выполнения подстанции:

а) вариант 1- с одним трансформатором типа ТМ-6300/35;

б) вариант 2- с двумя трансформаторами типа ТМ-2500/35.

В варианте 1 для обеспечения нормы надежности электроснабжения потребителей II и III категорий необходимо установить в КЛ-10 кВ четыре пункта автоматического секционирования, два пункта АВР.

В варианте 2 для обеспечения нормы надежности электроснабжения необходимо установить в КЛ-10 кВ два пункта автоматического секционирования и один пункт автоматического включения резерва (АВР).

Технико-экономические расчеты позволяют выбрать наиболее экономичный вариант электроснабжения в результате сравнения двух или большего числа технически приемлемых и дающих одинаковый энергетический эффект вариантов по их важнейшим показателям: капиталовложениям и ежегодным издержкам производства. Варианты сравнивают по приведенным годовым затратам Зг. тыс, руб которые определяются по формуле:

если сравниваемые варианты обеспечивают одинаковую надежность электроснабжения:

– нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, принимаемый в энергетике равным 0,12;

– капитальные вложения, т. руб.;

– ежегодные издержки производства, т. руб.;

Наиболее экономичен вариант с наименьшими приведенными годовыми затратами.

2.2 Определение капитальных вложений

Капиталовложения наиболее точно определяются по сметам, составленным по прейскурантам ценам на строительство объектов электроснабжения. Однако для выявления наиболее экономичного варианта капиталовложений с достаточной степенью точности можно подсчитать по укрупненным показателям (стоимость ячейки распределительного устройства, подстанции, 1 км электрической линии и т.п.), что значительно упрощает расчеты. Капитальные вложения в электрические сети при питании от энергосистемы в общем случае определяют по формуле:

— суммарные капитальные вложения на сооружение электрических линий, т. руб.;

— суммарные капитальные вложения на сооружение подстанций на 35 кВ, т. руб.;

— суммарные капитальные вложения на сооружение подстанций на 10 кВ, т. руб.;

— суммарные капитальные вложения на прокладку кабельных линий, т.руб.

2.2.1 Сооружение распределительного пункта 10/0,4 кВ

Для двух вариантов: стоимость двухтрансформаторной подстанции мощностью 400 кВА с кабельными вводами при наличии учета, защиты от токов КЗ и АВР,

= 6,69 тыс. руб, (принято по таблице № 28.4 [1] ).

2.2.2 Сооружение подстанции 35/10 кВ

1 вариант: стоимость однотрансформаторной подстанции с выключателями, мощностью 6300 кВА ,

= 43,1 тыс.руб, (принято по таблице №28.5 [1] ).

2 вариант: cтоимость двухтрансформаторной подстанции с выключателями, мощностью по 2500 кВА ,

= 84,7 тыс.руб, (принято по таблице №28.5 [1] ).

2.2.3 Сооружение ЛЭП и КЛ

Провода ЛЭП выбираем по экономической плотности тока.

Сечение провода Fэ, мм 2 вычисляется по формуле:

где Fэ – экономическая площадь сечения проводов, мм 2 ;

Imax – максимальный ток участка линии, А;

jэк – экономическая плотность тока, А/м­м­­ 2

jэк =1,0 А/мм 2 — по /2, 266/ при Тм >5000 ч/год

Наибольший ток участка Imax, А вычисляется по формуле:

где Smax — максимальная мощность нагрузки (трансформатора), кВА;

Uн – номинальное напряжение на высокой стороне, кВ;

n – количество линий в цепи.

Подставляя (12) в (13), получим формулу Fэ, мм 2 :

Для 1-го варианта: