V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Современное состояние энергетики характеризуется ростом потребляемых мощностей. При этом повышенные требования предъявляются к силовым трансформаторам, суммарная мощность которых в 5-6 раз превышает генераторную мощность. Наиболее ответственными в этом отношении являются блочные трансформаторы с принудительным охлаждением, работающие в паре с генератором.

Поэтому актуальной является проблема оптимизации жизненного цикла блочных трансформаторов, предполагающая создание математических моделей, позволяющих на основе информации о конструкции трансформатора и результатах мониторинга прогнозировать протекание физических процессов в различных режимах и повысить надежность эксплуатации трансформатора. Решение задачи повышения эффективности эксплуатации трансформатора предполагает разработку программно-технических средств, позволяющих оценивать текущее состояние в режиме реального времени, выдать необходимые рекомендации и рассчитать технико-экономические параметры оборудования. Такая работа может быть классифицирована как решение актуальной научной проблемы с использованием современных средств и методов, позволяющее сократить расходы на эксплуатацию и обслуживание трансформаторов серии ТМГ.

В представленной работе показаны аналитические исследования и расчёты предприятия ОАО АК «Якутскэнерго» Каскад Вилюйских ГЭС имени Е.Н. Батенчука в сфере энергоэффективности и энергосбережения. Целью энергосбережения в целом является повышение энергоэффективности во всей стране, во всех ее городах и поселениях, во всех отраслях, для развития экономики страны и улучшения экологической ситуации, помочь оптимизировать потребление и исключить неоправданные затраты.

Задача – понять и определить, с помощью чего это возможно сделать, какие меры необходимо принимать и насколько все это возможно. Действенной мерой, повышающей надежность и экономичность систем электроснабжения, является применение нового электрооборудования, отвечающего требованиям современной энергетики.

Цель исследования:

• оптимизировать потребление и исключить неоправданные затраты предприятия ОАО АК «Якутскэнерго» Каскад Вилюйских ГЭС Им.Е.Н.Батенчука путем замены устаревших силовых трансформаторов ТМГ-10 на более современные ТМГ-12;

• проведение мероприятий по энергосбережению в производстве и передаче электрической энергии;

• проведение энергетических исследований, анализов и расчётов.

Для решения поставленных задач в работе применялись следующие методы:

1. Исследования на основании нормативных, технических и отчётных материалов КВГЭС имени Е.Н. Батенчука;

2. Обработка и сравнительный анализ расчётов;

3. Обобщение и сравнение полученных результатов.

Использование новых технологий в выработке энергии, более экономичного оборудования, использующегося для её преобразования, экономное расходование энергетических ресурсов, внедрение теплопроводов с пенополиуретановой изоляцией, частотно-регулируемых электроприводов, оптимизация режимов работы оборудования - это реальные пути энергосбережения в электроэнергетике. Нам необходима самая современная, самая продвинутая, лучшая техника и технология, которая способна по критерию – цена-качество конкурировать с кем угодно из существующих поставщиков.

ОАО (АК) «Якутскэнерго» - дочернее зависимое общество ОАО «РАО Энергетические системы Востока» - является крупнейшим гарантирующим поставщиком электрической энергии в Республике Саха (Якутия) и занимает одно из первых мест в России по площади обслуживания (1/5 часть страны) и по протяженности ЛЭП. На 1 января 2012 года установленная электрическая мощность объектов ОАО АК «Якутскэнерго» составляет 1453 МВт, тепловая - 1697,6 Гкал/ч. Вилюйский каскад ГЭС - комплекс гидравлических электростанций в России. Расположен на реке Вилюй в Якутии. Основная часть строительства осуществлена в советский период, возведение каскада связывалось с развитием промышленности и освоением значительного природного потенциала Якутии. Вилюйские ГЭС дали возможность начать широкомасштабную разработку алмазных месторождений Якутии. Основным потребителем электроэнергии является АК «АЛРОСА» (ОАО). ГЭС играют важную роль в обеспечении устойчивости энергосистемы Якутии. Выполняя повседневные задачи по энергосбережению, персонал ОАО АК «Якутскэнерго Каскад Вилюйских ГЭС Им.Е.Н.Батенчука не только проводит техническое обслуживание станции, но и активно принимает участие в реконструкции оборудования, тем самым углубляет свои знания и повышает уровень профессионализма, что немало способствует стабильной работе КВГЭС. На предприятии ведется планомерная систематическая работа по использованию новых технологий в выработке энергии.

Общие усилия, прилагаемые техперсоналом предприятия для модернизации оборудования, способствуют сохранению жизнеспособности и повышению уровня надежности Вилюйских гидроэлектростанций. Основным силовым оборудованием КВГЭС являются силовые трансформаторы, которые на сегодняшний день устарели и имеют низкий КПД.

По сравнению с устаревшими трансформаторами серии ТМГ-10, новое оборудование серии ТМГ-12 обладает более высокой механической прочностью, влагоустойчивостью, бесшумностью и компактностью. Кроме того, новые трансформаторы пожаробезопасны, устойчивы к коротким замыканиям.

Чтобы существенно увеличивать напряжение тока, которое поступает от электростанции используется повышающий трансформатор тока. Силовые трансформаторы (трансформаторы тока), которые сокращают высокое напряжение до необходимого для работы электрооборудования уровня, например, до 220 вольт - понижающие силовые трансформаторы. Такие трансформаторы в системе энергоснабжения осуществляют поднятие или уменьшение напряжения. При скачках напряжения на более старых, морально и физически устаревших трансформаторах может выходить из строя дорогостоящая техника, перегорать лампы, страдать дорогостоящее оборудование питающееся через электрическую сеть. Более новые, современные установки могут решить проблемы долговечной работы подключенного оборудования без сбоев в сети, не требуя к себе внимания обслуживающего персонала. Безопасность и надежность работы любой энергосистемы невозможны без постоянной модернизации. Среди наиболее важных мероприятий энергосбережения Каскада Вилюйских ГЭС им. Е.Н. Батенчука – замена силовых трансформаторов, регуляторов скорости гидроагрегатов станции, реконструкция компрессорного хозяйства, проектирование и монтаж контрольно-измерительной аппаратуры, создание локальной системы оповещения.

В связи с общемировой тенденцией к удорожанию энергоресурсов становится особенно актуальными вопросы снижения потерь электроэнергии в распределительных трансформаторах, составляющих большую часть парка всех электрических силовых трансформаторов. По результатам анализа технических характеристик трансформаторов ведущих мировых производителей и изменения стоимости электроэнергии принято решение по разработке и освоению производства энергосберегающих трансформаторов ТМГ-10 на трансформаторы новой серии – ТМГ-12. Трансформаторы ТМГ-12 имеют самый низкий уровень потерь холостого хода и короткого замыкания из всех серийно выпускаемых в СНГ силовых трансформаторов общего назначения и выбран в соответствии с рекомендациями Европейского комитета по электротехнике (CENELEC). Они также имеют сниженный уровень корректированной звуковой мощности. Таким образом, трансформаторы данной серии являются энергосберегающими и малошумными. Аналоги данной серии трансформаторов выпускаются ведущими мировыми производителями (SIEMENS, ABB, AREVA). В Западной Европе на тендерах по закупке трансформаторов уже давно используется подход к подсчету цены, учитывающий в цене потери за весь срок службы трансформатора. Технические характеристики трансформаторов этой серии (в 2009 года освоено серийное производство) - ТМГ12-400/10-У1(ХЛ1), ТМГ12-630/10-У1(ХЛ1) и ТМГ12-1000/10-У1(ХЛ1), их выгодность для потребителей, срок окупаемости по отношению к трансформаторам ТМГ10 при разных графиках нагрузки с учетом существующих тарифов на электроэнергию и тарифов на заявленную мощность приведены в приложениях. В стадии постановки на производство - трансформаторы серии ТМГ12 мощностью 1250 кВА Более низкий уровень потерь и шума достигается за счет вложения материалов, однако увеличение стоимости трансформатора (∆Ст) за счет этого очень быстро окупается.

Для выполнения программы энергосбережения на предприятии ОАО АК «Якутскэнерго Каскад Вилюйских ГЭС им. Е.Н. Батенчука ведется систематическая планомерная работа. Одним из важных мероприятий можно считать замену силовых трансформаторов серии ТМГ-10 на ТМГ-12, которые являются экономичными в эксплуатации, энергосберегающими и имеют самый низкий уровень потерь холостого хода и короткого замыкания.

Путем расчётов и анализа получены сравнительные характеристики трансформаторов серии ТМГ-12 разной мощности для среднесуточной загрузки 0,7.

Таблица 1. Расчетные данные трансформаторов серии ТМГ-12.

Марка трансформатора	ТМГ12-400/10	ТМГ12-630/10	ТМГ12-1000/10
Разница в цене, тыс. рублей:	19,6 тыс. рублей	24,1 тыс. рублей	34,9 тыс. рублей
Срок окупаемости:	1 год	1,45 года	2,83 года
Годовая экономия электроэнергии:	6,2 тыс. кВт·ч	5,3 тыс. кВт·ч	3,9 тыс. кВт·ч

На основании проведенных исследований, известно, что в год по России продается около 1200 трансформаторов 400 кВА, и около 1900 трансформаторов 630 кВА и около 1000 трансформаторов 1000 кВА. Приобретая трансформаторы ТМГ12 вместо ТМГ10 по самым скромным подсчетам можно сэкономить почти 21,4 млн кВт·ч. в год. По энергетике это соизмеримо с работой более 11 мини-ГЭС (так мини-ГЭС мощностью 260 кВт работая на полную проектную мощность за 365 дней (год) выработает примерно 22,8 млн кВт·ч. Но их строительство обойдется примерно 10 х 520 тыс. долларов США = 5,2 млн. долларов США, на протяжении всего срока службы потребуется их обслуживание. За 1200+1900+1000 трансформаторов ТМГ12 надо будет заплатить больше, чем за 1200+1900+1000 трансформаторов ТМГ10 примерно на 104 млн. рос. руб. (или на 3,6 млн. млн. долларов США) больше. Данная сумма окупиться за 1,55 года, по истечении срока окупаемости эти 1200+1900+1000 трансформаторов будут приносить эффект ежегодно более 67 млн. рублей. Ежегодно, на протяжении всего срока службы (не менее 25 лет) они будут экономить в народном хозяйстве почти столько электроэнергии, сколько ее вырабатывают указанные выше 10 мини-ГЭС. И это не потребует дополнительных затрат на эксплуатацию, отвод земли и т.д. (как в случае с мини-ГЭС). Данные показатели становятся еще более привлекательными при более высокой средней загрузке трансформаторов, при увеличении цены на электроэнергию более высокими темпами, чем на материалы. Учитывая высокий уровень изношенности электротехнического оборудования (более 60%) и необходимости повышения надежности электроснабжения на предприятии КВГЭС, можно прогнозировать и дальнейший спрос на силовые трансформаторы а, учитывая общемировые тенденции к энергосбережению, можно с уверенностью сказать, что выбирать необходимо ТМГ12.

Код для цитирования: Скопировать