1 Энергосбережение в Европе: применение энергоэффективных распределительных трансформаторов
Общие сведения
Общее численное выражение ресурса энергосбережения в Европейском Союзе при применении энергосберегающих трансформаторов составляет около 22 млрд кВт•ч в год, что в ценах 1999 года составляло около 1,171 млрд евро в денежном выражении. Несмотря на эффективность отдельных установок, в целом потери в распределительных трансформаторах составляют 2 % от всей произведенной электроэнергии, или 1/3 от всех потерь вообще. Потенциал энергосбережения в области распределительных трансформаторов соизмерим с потенциалом сбережения электропривода (электродвигателей) и бытовых электроприборов.[7]
Для оценки размера потерь достаточно сказать, что они соизмеримы с годовым потреблением электроэнергии 5,1 млн домов или годового производства трех самых крупных европейских угольных ГРЭС.
Из-за долгого жизненного цикла распределительных трансформаторов обновление происходит достаточно медленно, но даже при этом к 2010 году ожидается эффект энергосбережения в размере 7,3 млрд кВт•ч за счет применения новых энергосберегающих моделей.
Примером активной политики в области энергосбережения по снижению непроизводительных потерь в трансформаторах можно считать США, где такие организации, как Министерство энергетики (DOE) и Агентство по охране окружающей среды (US EPA), системно взаимодействуют с энергетическими компаниями, распространяют информацию и соответствующее математическое обеспечение.
Одним из естественных препятствий на пути широкого и быстрого внедрения энергосберегающих моделей распределительных трансформаторов является высококонкурентный рынок. При этом замечено, что профессиональные участники рынка, как правило, восприимчивы к рациональной аргументации при наличии точного экономического расчета и достоверных методик измерения и оценки параметров конкретной модели транcформатора. Другими словами, когда им убедительно демонстрируют экономические преимущества энергосбережения.
Подробные прогностические и оценочные данные по потерям за период 1970–2010 годов представлены на рисунке 1. Общая величина потерь составляет около 150 млрд кВт•ч, или около 6,5 % от всей произведенной электроэнергии, что примерно равно работе вхолостую 15 крупных электростанций. Но величина потерь устойчиво снижалась с уровня 7,5 % в 1970 году. Наименьшие потери в Германии, где данной проблемой системно занимались с 70-х годов. В свою очередь, в странах Восточной Европы средние величины потерь примерно в 2 раза выше средних значений Западной Европы. Так, в бывшей ГДР в 1992 году величина потерь составляла около 10,2 % против 4,7 % в ФРГ, хотя уже к 1995 году она снизилась до уровня 9,5 %.
Рисунок 1 - Прогностические и оценочные данные по потерям за период 1970–2010 годов[7]
Техническая концепция энергоснабжения
Современная техническая концепция энергоснабжения опирается на инженерные идеи и теорию конца XIX века, включающую принципы производства переменного тока, его потребления электроприводом, преобразования с помощью трансформаторов, сети высокого и низкого напряжения и принцип параллельного, а не последовательного подключения конечного потребителя. Эти основные принципы и позволили создать развитые системы энергоснабжения как в Европе, так и во всем развитом мире. Дальнейшее развитие технической мысли добавило в эту схему высокопроизводительные, но при этом удаленные на значительное расстояние от потребителей электростанции. Такие станции соединялись как друг с другом, так и с различными обобщенными потребителями (например, энергосистемой городов) посредствам воздушных или подземных линий передачи электричества, что в конечном счете улучшило соотношение между спросом и предложением и повысило качество. Сначала основным источником топлива были углеводороды и энергия падающей воды, впоследствии к ним добавилась ядерная энергия.
Потери при передаче электроэнергии напрямую связаны с применяемым напряжением электрического тока, поэтому для целей передачи на расстояние стремятся применить наибольшее возможное напряжение с учетом нагрузки и организации сети. Такое преобразование электрической энергии по напряжению – сначала его увеличение в месте производства, а затем обратное снижение в районе потребления – осуществляется при помощи трансформаторов, которые стали неотъемлемой и весьма важной частью любой энергосистемы.
Уровень энергоэффективности определяют два европейских стандарта:[7]
1. HD428: Трехфазные распределительные трансформаторы с рабочей частотой 50 Гц от 50 до 2500 кВ•А с масляным охлаждением и максимальным напряжением не выше 36 кВ;
2. HD538: Трехфазные распределительные трансформаторы с рабочей частотой 50 Гц от 100 до 2500 кВ•А с охлаждением сухого типа и максимальным напряжением не выше 36 кВ.
Согласно стандарту HD428 для распределительных трансформаторов с масляным охлаждением и максимальным напряжением до 24 кВ основными параметрами (показателями) энергетической эффективности являются приведенные в таблице 2 нормы потерь короткого замыкания (к.з.) и «холостого хода» (х.х.). Для масляных трансформаторов допускается три уровня потерь к.з. (А, В и С) и три уровня потерь х.х. (А’, В’ и С’), которые определяются по специальной методике с определенным допуском на погрешность. Авторы цитируемого исследования указывают, что общепринятого критерия энергоэффективности распределительного трансформатора пока нет. Возьмем на себя смелость утверждать, что в качестве такового стоит принять уровень суммарных потерь в трансформаторе (сумма потерь к.з. и потери и потерь холостого хода). По этому же показателю стоит устанавливать и класс энергоэффективности силового распределительного трансформатора.
Потенциальные механизмы внедрения энергоэффективных трансформаторов в ЕС:
-директивное введение минимальных требований по энергоэффективности применительно ко всем видам и типам распределительных трансформаторов;
-применения субсидирования, налоговых льгот и фискальной ответственности за потери;
-применение простой системы потребительской маркировки, иллюстрирующей степень энергоэффективности изделий для различных профилей нагрузок;
-стимулирование создания клубов потребителей силовых распределительных трансформаторов, где реализуется программа демонстраций коллективных закупок со скидками от производителей;
-создание и распространение среди мелких потребителей пособий с методикой рационального выбора силового распределительного трансформатора.